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铜及铜合金金相检验发布时间:2023-10-12   浏览量:445次

铜及铜合金具有优良的导电、导热性能,足够的强度、弹性和耐磨性,良好的耐腐蚀性能,在电气、石油化工、船舶、建筑、机械等行业中广泛用作导线、电极、接插件、蒸发器、耐腐蚀弹簧、高强耐磨齿轮、涡轮等。近几年来,随着人们生活水平的不断提高,甩于空调器和热水器中的紫铜管和家庭装潢中的给水铜管及管接头的思量也在不断增加。

据不完全统计,目前国际上定型的铜合金已达400多种,依传统的铜合金分类方法,可分为纯铜、黄铜、白铜和青铜四大类。依据加工方法的不同,又可分为铸造铜合金和形变铜合金。

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一、铜合金的宏观检验

1、宏观检验试样的制备

对铜合金铸件或铸锭可以从指定部位取样,对经过变形的加工铜合金根据检测目的可以分别取纵向和横向截面试样,切取的试样应将分析截面用精车或磨加工磨平,并将试样表面的油污去尽,以利于宏观组织或缺陷的清晰显示。宏观检验可以显示铜合金棒(坯)料的整体组织、挤压或锻件中晶粒大小的变化、铸件中的各类缺陷等。铜的宏观检验常采用硝酸水溶液侵蚀:即将试样在10mL/90mL(或50mL/50mL)硝酸水溶液中浸泡数分钟后取出,再用稀盐酸溶液将观察面上的黑色氧化膜擦除,试样的观察面上就会清晰地显示出铜合金的结晶状态和宏观缺陷。

2、铸造铜合金中的常见宏观缺陷

铸造铜合金中的常见宏观缺陷有:

①疏松。一般呈散乱的小孔,分布在铸件的枝晶间,疏松的存在是由于合金结晶温度范围较宽,铸件浇注速度太快,浇注温度偏低等原因所引起,造成铸件的结晶不致密,影响了铸件的强度和致密性。

②气孔。指铸件内部的表面光滑的圆形孔洞。是由于熔炼用原材料潮湿,熔炼温度太高,或在高温下停留时间过长,使熔剂未覆盖好的铜液吸收大量气体,而在浇注过程中又未及时逸出,从而在铸件中形成气孔。

③外来非金属和金属夹杂。由于冶炼场地不洁,有异种金属散放在场地上被夹带入金属液中;或因耐火材料强度不高,当融熔的金属液体倒入铸模时受到冲刷而掉下被注入铸件中等原因均会引起非金属或异种金属夹杂。这些外来夹杂尺寸较大且呈聚集分布,起着分割金属基体的作用,显著降低铸件的强度。

④铸造粗晶。铸件在凝固过程中因为浇注温度较高,冷却速度较慢,晶粒形核的核心较少,因而晶粒不断长大形成粗晶。粗晶的强度较低。

⑤冷隔。铸件浇注过程中因局部冷却较快,或因为金属液供应不足,导致靠近铸模部分的金属首先凝固,在后续的充型过程中先凝固的部分金属被卷入到铸件中,形成了铸件中的冷隔缺陷。

目前,铜合金的铸锻件的宏观缺陷的检验尚无统一的标准, 有关各方应根据产品质童的具体要求,在技术文件中规定各类缺陷及其允许的缺陷尺寸范围。

二、铜合金的微观组织检验

1、铜合金金相样品的制备技术

应根据需要从有代表性的部位取样,如铸件中的应力集中处、易产生疏松处,以及锻件的纵向或横向截面。铜合金试样可以用手工或机械的方法锯切,这样可以尽量减少制样过程中产生的由形变或热影响而造成的伪组织。可用锉刀先将磨制面锉平,再用金相砂纸由粗到细逐道磨制。要做好各道砂纸间的清洗工作,避免将粗砂粒带到下一道砂纸上。磨样时应注意手对试样的压力要适中,每一道磨制应将前道磨制所留下的磨痕消除为止。经正确的磨样后应得到一个磨痕细密的平整的磨面。抛光一般来用机械抛光法,选用丝绒作为抛光织物;可以分为粗抛和精抛两步,即一般先用W3~W5的金刚石研磨膏粗拋,然后用W0.5~W2.5的金刚石研磨膏细抛,抛光过程中可以沿着拋光盘来回运动。用力要适中,并及时滴入润滑剂。铜合金的抛光也可以采用化学抛光或电解抛光的方法,具体内容可以参考有关铜合金金相检验手册。

铜及铜合金的显微组织显示常用化学侵蚀或电解侵蚀法。常用的化学侵蚀试剂有三氯化铁盐酸水溶液[HCl(10mL)/FeCl3(5g)H20(80mL]、氢氧化评/氨双氧水水溶液[KOH(lg)H2O2(3%,20mL)NH4OH(20mL)H2O(50mL)]、 硝酸铁水溶液[FeNO3(lg)/H2O(100mL)。三氯化铁盐酸水溶液使黄铜中的β相变黑。硝酸铁水溶液适用于显示纯铜的晶界。

单相a黄铜耐蚀性能较好。锌含量较高的a +β两相黄铜在海水、含氧中性盐的水溶液中容易出现选择性脱锌腐蚀,且由于β相较a相在溶液中更呈阳性而优先被腐蚀。脱锌腐蚀后的黄铜表面变成海绵状的紫铜,其强度明显下降,容易发生突然断裂。为了评定各种黄铜制品对脱锌腐蚀的敏感程度,许多国家都建立了标准的检验方法,即通过铜合金金相检验的方法来评定黄铜经过在一定温度的CuCl2溶液中浸泡一定时间的腐蚀试验后的腐蚀形貌、脱锌层的最大深度和平均深度。黄铜中的锌含量越高,其脱锌腐蚀的倾向也越大。

黄铜还容易产生应力腐蚀。历史上黄铜的应力腐蚀表现为库存的黄铜炮弹壳的季节性(多为潮湿的雨季)爆裂,俗称“季裂”黄铜制品应力腐蚀倾向的评定一般采用氨熏法或硝酸汞检测法。可用GB/T10567.2-2007《铜及铜合金加工材残余应力检验方法氨薰试验法》标准检验。