铁白铜铸锭性能及缺陷分析

目前，有色金属合金材料业发展迅速，对铜镍合金管材及管系附件的需求量日益扩大，船舶制造行业和电力行业用量相对较大，所以，BFe10-1-1合金在国内国际都有很大的市场空间。另由于此类产品的优良性能，市场需求量日益增加，也出现一定的供货不足问题。想要解决这一问题，就必须先完成对BFe10-1-1合金铸锭的生产工艺和铸造性能的研究，现以金川公司提供的铁白铜铸锭为试样，分析其铸锭缺陷，并针对其提出有效地防治措施和解决方案。

1 材料基本情况

1.1 铁白铜材料概述

铁白铜BFe10-1-1属于白铜中的一种结构白铜。白铜为铜镍合金，以Ni为主加元素，因多数呈银白色而得名[1]。

白铜是以铜为基、镍为主要合金元素的铜合金。常以B表示，例如：B10是Ni量为10%，Cu为90%的铜镍合金；B30是Ni量为30%，其余为Cu的铜镍合金。铜镍原子半径差值很小，且具有相同晶格类型，所以它们彼此可无限互溶，即无论彼此的比例是多少，而恒为α相。所以白铜具有良好的耐蚀性、耐热性、耐寒性，也具有中等强度，及良好的塑性，同时，其电学性能也很好，除用作结构材料外、还可用做高电阻和热电偶合金。另外，铜中加镍还能显著提高其耐蚀性、强度、硬度、电阻、热电势，并降低电阻率温度系数。为改善合金的组织和性能，常添加适量的锌，或者铁和锰，铁在白铜中溶解度比较小，所以在白铜中含量较低，它能提高白铜的力学性能，尤其是明显提高白铜在海水作用下抗冲击腐蚀的能力[2]。

铁白铜即Cu-Ni-Fe合金，有BFel0-1-1，BFe30-1-1以及等常见牌号。铁白铜即为普通白铜中加入少量铁作为合金元素，铁的加入量一般不超过2%，加入铁元素能显著细化晶粒，提高合金强度和耐蚀性，尤其是提高海水冲击腐蚀时的耐蚀性。因此，铁白铜被广泛应用于火力发电设备、船舶、石油、化工、电器仪表等行业。此外，铁元素加入量不得超过2%，否则，反而会引起腐蚀开裂[3]。

1.2 试样基本情况介绍

1.2.1 化学成分

本论文所研究的BFe10-1-1合金铸锭由金川公司生产提供，其主要成分为Cu、Ni、Fe、Mn等，具体成分见表1。

表1 BFel0-1-1合金化学成分Table 1 Chemical composition of BFel0-1-1 alloy化学成分质量/%化学成分质量/%Ni+Co9.0～～～余量Si0.15杂质总和0.7

1.2.2 铸造方法及技术条件

该铸锭采用半连续法生产，使用设备为中频感应电炉，熔炼所用原材料成分见表2，熔炼主要技术条件见表3。

表2 原材料成分Table 2 Ingredients of raw materials材料纯度/%电解Mn99.7电解Ni99.96紫铜99.9铁99

表3 熔炼技术条件Table 3 Smelting technical conditions熔炼炉炉衬出炉温度/℃覆盖剂脱氧剂中频熔炼炉整体1320～1350木炭Cu-Mg合金

2 铸锭组织及缺陷分析

2.1 取 样

取样部位的选择应根据检验的目的选择有代表性的区域[4]。本文所研究铸锭为圆柱形，沿其半径组织分布可能会有所区别，所以首先将此圆柱沿横截面任意直径分为两个半圆柱，然后沿径向切下15 mm厚的半圆形薄片，从此试样上分别选取宏观试样和微观试样。沿半径切下长为半径、宽为30～40 mm、厚为15 mm的近似长方体作为宏观试样，依然沿半径分别在边缘处、二分之一半径处和中心部位处各取一个尺寸合格的近似长方体作为微观试样。

2.2 宏观组织分析

试样厚度不得超过20 mm，或过大过重，且表层不得有严重的取样变形。试样按尺寸切好后，任选一个较平整较光洁的大平面作为观察面[4]，由于研究对象为铸态组织，组织内部晶粒无方向性，所以可以任选一个面作为观察面。

先粗磨，软材料可用锉锉平，磨时要用水冷却，以防止试样受热改变组织。将试样先在200 mm台式砂轮机上将凸起的多余边角打磨平，不需要检查表层组织的试样要倒角倒边。再细磨，目的是消除粗磨留下的划痕，为下一步的抛光作准备，选用不同粒度的砂纸由粗到细进行磨制。磨时将砂纸放在玻璃板上，手持试样单方向向前推磨，切不可来回磨制，用力均匀，不宜过重。依次用80号，100号，220号，320号，400号的水磨砂纸对试样进行磨光，直到无其他方向上的划痕可以换下一道砂纸，与此同时将试样转过90度后顺着一个方向磨，继续磨至无其他方向上的划痕即可换下一道砂纸。之后换400号的金相砂纸进行最后一道磨光，因为宏观试样相对微观试样观察表面要求较低，受验面加工粗糙度不得低于Ra=3.2 μm。试样细磨结束后，用水将试样冲洗干净待抛。

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