基于锻轧成形工艺的KFC异型铜带组织性能研究.pdf
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1、第45卷第2 期2024年有色冶金设计与研究4月基于锻轧成形工艺的KFC异型铜带组织性能研究韩振斌1,赵昭,于国军1,刘冬1,蔺永花1,齐萧天1,杨述天1,刘建斌1(1.金昌镍都矿山实业有限公司,甘肃金昌7 37 10 0)(2.金川集团铜业有限公司,甘肃金昌7 37 10 0)【摘要】研究了KFC热轧合金带坏在锻轧工艺制备异型铜带过程中,通过冷锻、在线退火和轧制等工艺处理后内部组织的演变规律,并采用金相显微镜、电导率测试仪、维氏硬度仪及拉伸试验等检测了产品的综合性能指标。结果表明,带坏在冷锻加工率为6 9.45%时,带材薄料区域处晶粒不断细化,内部产生大量位错带,加工硬化作用显著,带材的强度
2、、硬度增大。对锻轧材料进行固溶退火处理后,晶粒不断加粗,且部分FeCu4固溶物质转变为Fe相的Cu相。经过锻轧复合加工,材料的总形变量为7 4.7 9%,其抗拉强度和硬度由热轧态的2 8 9 MPa和6 5.3HV提升至336 MPa和112 HV,电导率由8 5.12%IACS提升至8 9.2 3%,折弯次数在5次以上,展现出优异的综合性能。【关键词锻轧;异型铜带;晶粒;综合性能中图分类号:TG166.2Study on Structure and Performance of KFC Special-shaped Copper Strip Based on Forging and Roll
3、ingHAN Zhenbin,ZHAO Zhao,YU Guojun,LIU Dong,LIN Yonghua,QI Xiaotian,YANG Shutian,LIU JianbinAbstract The evolution of the internal structure of hot-rolled flat strip billet after cold forging,online annealing and rolling inthe process of preparing special-shaped copper strip by forging and rolling w
4、as studied,and the comprehensive performance of theproduct was tested by metallographic microscope,conductivity tester,vickers hardness tester and tensile test.The results show thatwhen the cold forging processing rate of the strip billet is 69.45%,the grain at the thin strip area is continuously re
5、fined,and a largenumber of dislocation belts are generated inside,the work hardening effect is significant,and the strength and hardness of the stripincrease sharply.After solution annealing of the forged material,the grain continues to increase,and part of the FeCu4 solid solutionmaterial is transf
6、ormed into Fe phase and cuphase.After forging and rolling composite processing,the total shape variable of thematerial is 74.79%,its tensile strength and hardness are increased from 289 MPa and 65.3HV in hot-rolled state to 336 MPa and 112HV,the conductivity is increased from 85.12%IACS to 89.23%,an
7、d the number of bending times is more than 5,showing excellentcomprehensive performance.Keywords forging;special-shaped copper strip;grain;comprehensive performance文献标志码:AComposite Forming Technology(1.Jinchang Niedu Mining Industrial Co.,Ltd.,Jinchang,Gansu 737100,China;2.Jinchuan Group Copper Indu
8、stry Co.,Ltd.,Jinchang,Gansu 737100,China)文章编号:10 0 4-4345(2 0 2 4)0 2-0 0 2 0-0 50前言引线框架作为电子元器件所需关键基础材料之一,发挥着导电、散热和信号传递等作用-4。随着科技信息的不断迭代更新,电子行业领域逐步向高精收稿日期:2 0 2 3-0 3-2 7基金项目:甘肃省科技重大专项项目(项目编号:2 0 2 2-0 10 1-GXC-0081);甘肃省联合科研基金重点项目(项目编号:2 3JRRC0017)作者简介:韩振斌(19 9 2 一),男,工程师,主要从事有色金属板带压延加工。尖方向发展,迫使所用电
9、子元器件也必须具备高安全性和稳定性。因此,异型铜带作为引线框架主要合金基材,须具备尺寸精度高、力学性能优、导电导热性能强等特点,才能满足高端电子领域需求-7。一般而言,异型铜带生产工艺主要包括轧制法和锻轧第2 期法,而锻轧复合成形工艺因制备的带材具备晶粒致密,力学性能优异等特点,是目前生产高端异型铜带的主流工艺8。为此,本文结合生产实践,对锻轧复合成形工艺生产KFC异型铜带进行深人研究,并对其内部晶粒组织变化规律、综合性能等进行分析,为锻轧复合工艺工业化生产提供实践依据。1实验材料及方法1.1试验材料及制备方法试验材料为KFC热轧合金平带坏,厚度为2.38mm,化学成分见表1所示。焊接夹送除油
10、放卷刷洗基于锻轧成形工艺的KFC异型铜带组织性能研究Fe标准值0.0500.150实测值0.095注:1)余量数据由1-w(Fe)-w(P)得到。热轧平带坏在锻打力8 0 0 kN、锻压频次6 50 r/min、锻压加工率6 9.7 5%条件下,通过型模将其冷锻至异型带坏,然后以走带速度为3m/min,通过8 0 0 的感应加热炉中进行固溶处理,最后在形变量为15.5%双辊精轧机下,冷轧制备高精度异型铜带。其工艺流程图如下所示。锻打精整边丝卷取感应退火21表1试验材料的化学成分%元素质量分数P0.0250.0400.033剪切研磨清洗制夹送0000000Cu余量199.860收卷图1锻轧复合成
11、形工艺流程1.2试验设备加工设备为MWS-S125/5-CAF110-RM160/400型自主研制高频锻打自动化生产线;制样设备有DK77型电火花线切割机、MP-2型抛光机;检测设备包括PZ-60A型电导率仪、AGS-X-50KN型岛津电子式万能试验机、Meta-X3DA型三目倒置式金相显微镜、TIME402SXV型显微硬度仪、ApolloXLT型扫描电镜。1.3试验方法分别取热轧带坏、冷锻异型带坏、热处理带坏、轧制材料,对力学性能、金相、硬度及折弯性能进行检测,研究合金内部组织变化规律和材料综合性能。1)力学性能测试按照室温拉伸试验方法(GB/T228.1)进行制样和检测,每组试验测试3个样
12、品,并取平均值。2)金相测试样品先经粗磨、细磨、清洗、抛光、烘干,精抛后的试样浸人 FeCl3+HCl+乙醇的浸蚀剂中10 s,然后立即用水冲洗并吹干,在金相显微镜下观察样品组织。将做完金相的样品用酒精清洗、烘干后,在扫描电镜下进行组织形貌观察。3)硬度测试按金属材料维氏硬度试验(GB/T43402009)进行制样和检测,尺寸为10 mmx10mm。测试前,样品表面用12 0 0 目金相砂纸进行抛光,显微硬度检测时,荷载为50 0 10 0 0 g,加载时间为30 s,测量次数不少于3次。4)折弯性能测试按照金属材料弯曲试验方法(GB/T232一2 0 10)进行折弯性能检测。2结果与分析2.
13、1金相组织分析对热轧带坏及冷锻、热处理、轧制后的带材,取锻轧面方向对其内部晶粒组织进行金相检测,其晶粒演变规律见图2。(a)热轧带环50um100um(c)热处理(d)轧制后50um100um锻轧方向图2 锻轧成形工艺晶粒演变从图2 中可以看出,热轧带坏未进行锻轧加工前,其晶粒直径较大,随着对其进行冷锻作用下,其组织破碎,晶粒不断细化,内部产生大量位错带,加工硬化作用显著,带材的强度、硬度急剧增大,平均晶粒尺寸由0.0 17 mm缩减至0.0 8 0 mm。将冷锻形变后的带材,通过感应加热对其进行固溶处理,其晶粒呈现块状晶,且不断增大,经测得晶粒尺寸为0.0 33mm。随之,对上述热处理的带材
14、在15.5%的冷轧条件下进行轧制,其晶粒又不断变小,且沿轧制方向出现明显的纤维状组织分布,测得晶粒尺寸(b)冷锻50um100um50um100um22为 0.0 11 mm。2.2显微组织分析为进一步探究复合工艺下,铜合金中在热处理过程中第二相的演变规律,采用SEM-EDS进行扫描测试,其测试结果见图3。1%w(P)2%w/Fe)96%w(Cu)有色治金设计与研究析,测试结果如图4所示。n/50um第45卷.FeCu,ACu.CuP,50um-102030405060708050um50um198000Cu176000154000132.00010.00088000660004400022:
15、0000.01sec:41.0oCnts0.000keVDet:Octane SuperA(a)热轧带坏形貌及元素分布1%w(P)2%w(Fe)96%w(Cu)198000Cu154.000176.000132.000f禁10 0 088:0006600044.00022000FP2.04.06.0能量/keVIsec:41.00.Cnts0.000keVDet:Octane SuperA(b)在线退火处理后形貌及元素分布图3热轧带坏及冷锻热处理后带坏的形貌、元素分析从图3可以看出,热轧带坏在SEM扫描电镜下,其表面含有大量的颗粒状物质,为探究其颗粒状物质,对其进行选点,并采用EDS进行元素含
16、量检测,测得Fe和P元素比重分别为0.2 8%和0.6 3%。然后对冷锻后在线退火的材料进行显微观察,发现其表面也存在颗粒物质,测得Fe和P元素比重分别为0.44%和0.15%,较热轧带坏而言,热处理后的带材P含量急剧减少,而Fe含量则有所增加。为明确含量变化的原因,采用XRD进行物相分9010020/()元素质量分数/%原子分数/%CuPFeCuCuPFeFe2.04.0(a)热轧坏料XRD衍射图0.631.290.290.3299.0898.396.08.0元10.012.0能量/keV50um50um元素质量分数/%原子分数/%CuPFeCuCuFeFe8.010.012.014.016
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