علل ترک خوردگی نورد سرد نوارهای برنجی و اقدامات پیشگیرانه از آن
برنج یک ماده آلیاژ مس مهم است. به دلیل "عملکرد بالا و هزینه کم" آن به طور گسترده در زمینه های مختلف اقتصاد ملی استفاده می شود. نوار برنجی دارای درخشندگی زیبا، استحکام خوب، چقرمگی و مقاومت در برابر خوردگی است. به طور فزاینده ای در صنایع سبک، دکوراسیون و سایر صنایع استفاده می شود و چشم انداز بازار گسترده ای دارد.
منابع مس جهان محدود است. در سال های اخیر با افزایش تقاضای مس، قیمت مس به شدت افزایش یافته است. بنابراین، در صنعت فرآوری مس با رقابت فزاینده، به ویژه برخی از شرکت های کوچک و متوسط، عموماً از مقدار زیادی مواد قدیمی برای تولید نوارهای برنجی استفاده می کنند. با این حال، استفاده کورکورانه از حجم زیادی از مواد قدیمی یک سری مشکلات را برای تولید و کیفیت محصول به همراه خواهد داشت. در تولید نوارهای برنجی در کارخانهای که نویسنده در آن کار میکند، اغلب ترکهای غلتشی یا حتی ترکهایی روی سطح نوارها ظاهر میشود که در نتیجه تعداد نگرانکنندهای از اصلاحات و ضایعات محصول بهوجود میآید و کارایی تولید را بهطور جدی تحت تأثیر قرار میدهد و زیانهای اقتصادی هنگفتی به بار میآورد. این مقاله به طور عمده به تجزیه و تحلیل علل شکست نورد سرد نوارهای برنجی می پردازد و اقدامات کنترلی و پیشگیرانه مربوطه را پیشنهاد می کند که اهمیت نظری و عملی خاصی برای تولید دارد.
1. فرآیند تولید نوار برنجی
در تولید صفحات و نوارهای برنجی مدرن، معمولاً از ریخته گری پیوسته افقی برای به دست آوردن کلاف های بزرگ بیلت سنگین استفاده می شود [2]. پس از بازپخت همگن و آسیاب سطحی، بیلت با سرعت پردازش بالا نورد سرد می شود و سپس آنیل میانی و نورد نهایی انجام می شود. و سایر فرآیندها علاوه بر این، به منظور از بین بردن تنش داخلی و بهبود شکل صفحه، درمان با دمای پایین و کشش، خم شدن و صاف کردن باید انجام شود. جریان فرآیند اصلی عبارت است از: بچینگ، ذوب * ریخته گری پیوسته افقی، بازپخت همگن * آسیاب، نورد سرد سرد * بازپخت میانی - نورد پایین - بازپخت پایین * نورد محصول نهایی * چربی زدایی، تمیز کردن، عملیات غیرفعال سازی * کشش خم شدن و صاف کردن * دمای پایین درمان * بازرسی * شکاف. بسته. با کنترل معقول پارامترهای فرآیند، می توان به تولید صفحات و نوارهای برنجی با کیفیت بالا دست یافت.
2. تجزیه و تحلیل علل ترک خوردگی نورد سرد
در طول فرآیند نورد، زمانی که تغییر شکل موضعی فلز از درجه تغییر شکل نهایی خود فراتر می رود، نیروی پیوند بین اتم ها از بین می رود و ترک هایی ظاهر می شود. با توجه به حالت انتشار ترک، ترک را می توان به ترک بین دانه ای و ترک دانه ای تقسیم کرد. انبساط ترک ها از اصل حداقل مصرف انرژی پیروی می کند، یعنی انبساط ترک ها همیشه در جهتی پیش می رود که نیروی پیوند اتمی ضعیف ترین است. بیشتر ترکهای موجود در مواد پلیکریستالی، شکستگیهای بین دانهای هستند که به دلایلی در اثر ضعیف شدن سطح مشترک دانهها [st] ایجاد میشوند. این دلایل عبارتند از: بارش فاز دوم شکننده در مرز دانه. اثر دمای بالا باعث تضعیف سطح مشترک یا جداسازی اتم های ناخالصی به مرز دانه می شود. تضعیف اندرکنش بین مرز دانه و محیط مانند خوردگی تنشی و غیره. ترک خوردگی نوارهای برنجی بیشتر به دو دلیل اول مربوط می شود. هنگامی که عناصر مضر یا فازهای مضر وجود داشته باشند، جداسازی مرز دانه یا جداسازی معکوس ایجاد می شود که منجر به تضعیف نیروی پیوند بین مرزهای دانه می شود و در نتیجه باعث ایجاد ترک بین دانه ای یا شکستگی در اثر تنش می شود [` ].
2.1 تأثیر ساختار متالوگرافی
با در نظر گرفتن 6H5 برنج به عنوان مثال، از نمودار فاز Cu-Zn می توان دریافت که H65 یک برنج تک فاز در شرایط خنک کننده آهسته است. با این حال، در تولید واقعی، سرعت خنک کننده سریعتر است و تبلور غیر تعادلی است. فاز چاقوی تولید شده توسط واکنش پریکتتیک به موقع در دسترس نیست. کاملاً به فاز A تبدیل می شود و در داخل سازمان باقی می ماند [']. شکل پذیری فاز چاقو در دمای اتاق با فاز a متفاوت است. در طی فرآیند نورد، تغییر شکل دو فاز ناهموار است که به ناچار منجر به ایجاد نابجایی های لغزشی در سطح مشترک بین دو فاز خواهد شد. هنگامی که غلظت تنش موضعی ناشی از نابجایی ها به حد معینی می رسد، در این زمان، ماتریس فاز ماه برای تشکیل منبع ترک ترک می خورد و سپس ترک های ماکرو تحت تأثیر تنش کششی اضافی ایجاد می شوند. بنابراین، تعداد و توزیع فاز یین تأثیر قابل توجهی بر ترک های نورد سرد برنج H65 دارد.
تاثیر مهمی دارد. هنگامی که فازهای ماه زیادی وجود دارد، آنها به طور پیوسته در بین دندریت ها به شکل شبکه ای توزیع می شوند. این ساختار شبکه می تواند تمرکز تنش بیشتری را تحمل کند و احتمال کمتری برای ایجاد ترک دارد. وقتی فازهای ماه کم باشد، به دلیل فاصله زیاد بین فازهای چاقویی، ایجاد ترک آسان نیست. تمرکز استرس ایجاد می شود، بنابراین ترک ایجاد نمی شود. تحقیقات نشان می دهد که v1[، زمانی که کسر حجمی فاز چاقو بیشتر از 20٪ یا کمتر از 5٪ باشد، انعطاف پذیری در دمای بالا برنج H65 نسبتاً خوب است. اگرچه انعطاف پذیری فاز ماه در شرایط نورد گرم بهتر از فاز a است، اما اگر تنش در مرز فاز متمرکز شود، ترک نیز رخ می دهد.
اندازه دانه برنج نیز تأثیر خاصی در ترک خوردگی آن دارد. هر چه اندازه دانه بزرگتر باشد، تمایل به ترک خوردن بیشتر است. از تجزیه و تحلیل ساختار متالوگرافی برنج مشخص می شود که دانه های لایه بیرونی به طور قابل توجهی ضخیم تر از لایه داخلی هستند و لایه بیرونی در تماس مستقیم با محیط است، بنابراین به راحتی ایجاد ترک می شود. تحقیقات نشان می دهد که ترک خوردن با تغییر شکل سرد ناهموار مرتبط است. جداسازی محتوای آهن نیز اثرات نامطلوبی دارد.
2.2 اثر ناخالصی ها
اثرات چندین ناخالصی بر تولید برنج به شرح زیر است [']:
آهن: به عنوان یک ناخالصی وجود دارد و تاثیر قابل توجهی روی خواص مکانیکی ندارد. حلالیت آهن در برنج بسیار کم است و نقاط ناخالصی فاز غنی از آهن اغلب در ماتریس توزیع میشوند که اثر پالایش دانهها را دارد.
Lead and lead: Lead is a harmful impurity in simple brass and is distributed in granular form on the fusible eutectic at the grain boundary. when. When the lead content of brass is >0.03%، ترک خوردن اغلب در طول فرآیند نورد رخ می دهد. تأثیر رمز و راز تقریباً یکسان است.
آنتیموان: با کاهش دما، حلالیت آنتیموان در برنج به شدت کاهش مییابد و ترکیب شکننده CuZbS رسوب میکند که در یک شبکه توزیع میشود و به عملکرد سرد برنج آسیب جدی وارد میکند. فسفر: به ندرت محلول جامد در آلیاژ Cu-zn، در محتوای فسفر در برنج
اگر از {0}}.05% تا 0.06% تجاوز کند، یک فاز شکننده Cu3P ظاهر میشود که انعطافپذیری برنج را کاهش میدهد.
آرسنیک: حلالیت آرسنیک در برنج در دمای اتاق است<0.1%. Excessive amounts will produce a brittle compound Cu3sA, which is distributed on the grain boundaries and reduces the plasticity of brass. Containing 0.02% to 0.05% As, which can prevent dezincification of brass and improve corrosion resistance.
2.3 تأثیر فناوری تولید
معمولاً نوارهای برنجی در لبه ها ترک می خورد اما در وسط آن ترک نمی خورد. دو دلیل وجود دارد. اولاً، هنگامی که نوع رول واقعی در تولید یک رول تخت است، فلز لبه تمایل به جریان دارد، بنابراین سرعت جریان طولی آن کمتر از فلز در وسط نوار است. از آنجایی که نوار یک کل است، تغییر شکل قسمت های میانی و لبه متقابل مهار می شود. بنابراین، فلز در وسط صفحه در معرض تنش فشاری است، در حالی که فلز در دو طرف تحت تنش کششی قرار دارد. هنگامی که تنش کششی در لبه ها از حد مقاومت فلز فراتر رود، ترک خوردن (ترک خوردن) رخ می دهد. ثانیاً، در طول فرآیند نورد، افزایش دما باعث می شود که رول تحدب حرارتی ایجاد کند که باعث می شود شکاف رول میانی کوچکتر و شکاف رول لبه نسبتاً بزرگتر شود. بنابراین، مقدار کاهش مرکزی بزرگ و مقدار کاهش لبه کوچک است. این بیشتر باعث می شود که سرعت جریان فلز در وسط بیشتر از لبه ها باشد و تمایل به ترک خوردن لبه نوار را افزایش دهد. علاوه بر این، عواملی مانند کنترل نادرست پارامترهای فرآیند ریختهگری پیوسته افقی و نرخ عبور بیش از حد نورد منجر به زرد شدن خواهد شد. ترک ها در طول فرآیند نورد نوار مسی ایجاد می شوند.
3. اقدامات پیشگیرانه برای ترک خوردگی نورد سرد
3.1 مواد اولیه
① ترکیب ناخالصی مواد قدیمی به شدت تغییر می کند، بنابراین مواد قدیمی همان دسته باید قبل از استفاده به طور یکنواخت مخلوط شوند، که به سازگاری ترکیب ناخالصی هر بار کمک می کند. پیش نیاز این است که محتوای سرب شمش نهایی را در محدوده 0.02% کنترل کنید. اگر محتوای bP خیلی زیاد باشد، ممکن است به راحتی ترک بخورد.
② محتوای bP مواد قدیمی خریداری شده را بررسی کنید. هنگامی که محتوای bP بسیار زیاد است، باید به نسبت کاهش محتوای bP در شمش استفاده شود.
③هنگام دسته بندی مواد قدیمی، به بهداشت صنعتی توجه کنید تا از مخلوط شدن سایر ناخالصی های فلزی و مواد برنجی قدیمی جلوگیری شود.
3.2 فرآیند تولید
① شرایط فرآیند ذوب و ریخته گری را کنترل کنید، دمای ریخته گری را به طور مناسب کاهش دهید، شدت خنک کننده را افزایش دهید و فرآیند توقف را بهبود بخشید تا اثرات مضر bP، iB و سایر ناخالصی ها را کاهش دهید.
②کاهش سرعت پردازش و افزایش بازپخت میانی می تواند به طور موثر از ترک خوردگی ناشی از تمرکز تنش در مرز فاز جلوگیری کند. این روش ساده و آسان برای پیاده سازی است و در تولید واقعی تایید شده است.
③ برای ترک های لبه معمولی، رول رول را می توان به طور مناسب کاهش داد یا نیروی خمش رول را می توان تنظیم کرد تا تنش کششی لبه را کاهش دهد، در نتیجه از ترک خوردن لبه جلوگیری یا بهبود می یابد.
3.3 اقدامات کنترلی برای ساختار متالوگرافی
① برای تبدیل ساختار ریخته گری کریستال های ستونی ناهموار و کریستال های هم محور به ساختاری با انعطاف پذیری خوب و مناسب برای پردازش مساعد است و سرعت پردازش عبور و سرعت نورد خیلی بزرگ نیست.
② برخی اصلاح کننده ها باید به طور مناسب در طول ذوب اضافه شوند تا اثرات حذف ناخالصی ها، گاز زدایی و تصفیه دانه ها حاصل شود. برای حل مشکل ترک لبه نوار، لازم است مقدار bP در مرزهای دانه کاهش یابد، هر چه کمتر بهتر باشد. به این منظور، مقدار کمی خاک کمیاب اضافه می شود. عناصر خاکی کمیاب می توانند یک ترکیب با نقطه ذوب CePb3 با سرب در دمای بالاتر از 1100 درجه تشکیل دهند. هنگامی که آلیاژ متبلور می شود، ابتدا رسوب می کند و به یک هسته کریستالی غیر خود به خود تبدیل می شود. افزایش تعداد هستههای کریستالی میتواند دانهها را پالایش کند و تعداد مرزهای دانه را افزایش دهد و در نتیجه میزان سرب در مرز دانهها را کاهش دهد. CebP3 روی مرز دانه ها می تواند استحکام مرز دانه ها را افزایش دهد و به جلوگیری از ترک خوردگی مرز دانه کمک کند.
کلید جلوگیری از ترک خوردگی نورد سرد نوارهای برنجی، اطمینان از کیفیت مواد خام، کنترل فرآیند تولید و پارامترهای فرآیند و بهبود ساختار آلیاژی است.
4. نتیجه گیری
① عوامل زیادی وجود دارد که بر عمر قالب های اکستروژن آلیاژ مس تأثیر می گذارد. علاوه بر عوامل خود قالب مانند مواد قالب، طراحی ساختاری، فرآیند عملیات حرارتی و غیره، استفاده و نگهداری از قالب نیز از عوامل مهم هستند.
② برای پرس های اکستروژن آلیاژ مس با تناژ بالا، به ویژه پرس های اکستروژن معکوس، باید توجه زیادی به خنک سازی قالب شود. یک روش خنککننده معقول میتواند دمای کار قالب اکستروژن را زیر دمای نرمکننده بدون خنککردن بیش از حد قسمت خالی و قالب حفظ کند، در نتیجه از گرفتگی جلوگیری کرده و بر کیفیت محصول اکسترود شده تأثیر میگذارد.
③روش خنک کننده ایده آل فعلی خنک سازی نیتروژن مایع است. با تنظیم جریان نیتروژن مایع و فشار، می توان شدت سرمایش قالب را کنترل کرد و در نتیجه عمر مفید قالب را به حداکثر رساند.
