Образование макрорельефа деформации в латуни Л63 на операциях листовой штамповки и глубокой вытяжки

Макрорельеф деформации, известный в литературе как «апельсиновая корка», практически может быть образован на поверхности любого металла и сплава, имеющего перед деформацией исходную крупнозернистую структуру. Это явление может быть зафиксировано невооруженным глазом, если величина зерна превышает 50-60 мкм, и встречается в практике в основном на операциях листовой штамповки и глубокой вытяжки.

В тех случаях, когда качество поверхности полуфабриката или изделия регламентируется, появление «апельсиновой корки» считается практически неисправимым видом брака. Это требует от металловедов и технологов исследований, устанавливающих взаимосвязь макрорельефа деформации со структурой для конкретных промышленных сплавов.

Нами было проведено изучение основных факторов, определяющих появление «апельсиновой корки» в латуни Л63, широко используемой в производстве изделий методами листовой штамповки и глубокой вытяжки. Выявление макрорельефа деформации осуществляли путем растяжения разрывных образцов с исходной полированной поверхностью на испытательной машине «Инстрон». Анализ поверхности деформированных разрывных образцов, проведенный с использованием профилографа марки М 252, указывает на взаимосвязь величины макрорельефа деформации и содержания основных компонентов Л63 в пределах ГОСТ 15527—2004 при идентичных условиях предварительного отжига и деформации (см. рис. 3.4, б). Такое влияние состава на макрорельеф деформации вызвано особенностями формирования рекристалл изованной структуры латуни Л63. В свою очередь, величина зерна отожженных образов латуни в значительной степени обусловлена известными закономерностями фазового строения сплавов. Снижение объемного содержания (3-фазы, а затем ее полное исчезновение в сплаве при увеличении концентрации меди от 62 до 65 % приводит к ускоренному росту зерен в процессе отжига латуни (см. рис. 3.4, а).

Особенно эффективна роль (3-фазы, а точнее, межфазной а/(3-по- верхности, сдерживающей развитие рекристаллизации в сплаве при достаточно высоких температурах отжига (600—700 °С). Например, отжиг латунных образцов при 700 °С в течение одного часа привел к формированию рекристаллизованной структуры в сплаве, содержащем 62 % меди, со средней величиной зерна -30 мкм, в то время как в сплаве с 65 % меди размер зерна достигает -200 мкм (рис. 8.16).

Подобная аналогия в изменении величины зерна и макрорельефа деформации в зависимости от состава сплава указывает на строгую причинно-следственную связь между ними. Такая корреляция между величиной зерна и параметрами макрорельефа R_z (высотой неровностей профиля) наглядно отражена на рисунке 8.17. Характерно, что зависимость параметра R_z от величины зерна является общей для латуни Л 63, независимо от химического состава сплава.

В рамках проведенных исследований была предпринята попытка установить роль таких структурных факторов, как величина зерна, его фрагментация (с учетом наличия двойников) и ориентировка приграничных фрагментов зерен в формировании макрорельефа деформации крупнозернистого образца латуни Л63.

Проведенный эксперимент заключался в следующем: в исходном крупнозернистом образце отпечатками от пирамидки ПМТ-3 были зафиксированы определенные совокупности зерен. По расположению линий скольжения, вызванных отпечатком, относительно направле-

Рис. 8.16. Микроструктура латунной ленты после отжига при 700 °С в течение 1 часа. Содержание меди (% мае.): а - 62,0; б - 63,6; в - 65,0. Увел. 120

Рис. 8.17. Влияние величины зерна (d) на высоту неровностей профиля (R_z) поверхности латунной ленты после растяжения (е = 50%). Содержание меди (% мае.):

*-62,0; А-63,6; о-65,0

ния растяжения согласно методике [Корягина М.В., Хаютин С.Г. Заводская лаборатория. 1972. № 8. С. 962—963], были рассчитаны кристаллографические ориентировки зерен. После этого образцы деформировались растяжением (е ~5 %). Величину макрорельефа оценивали по смещению (искривлению) полос интерференции с помощью оптического интерферометра Линника МИИ-4. На рисунке 8.18 представлены металлографическое изображение некоторых фиксированных зерен и интерференционная картина, полученная после их деформации. Анализ интерференционной картины и ее сопоставление с металлографическим изображением структуры показывают, что максимальное искривление поверхности зерен, вызванное деформацией, наблюдается в приграничной области.

В таблице 8.3 представлены результаты измерения величины макрорельефа в зоне фиксированной границы, величина зерен, примыкающих к этой границе, их ориентировка и величина фрагментов зерен с этой ориентировкой.

Анализ полученных результатов позволяет сделать следующие выводы:

Рис. 8.18. Искривление интерференционных полос (а, в) в зоне границ зерен (б, г) после деформации

• 1. Величина макрорельефа t приграничной области вызвана, в основном, деформацией большего по размеру зерна.
• 2. Наибольшее значение t для конкретного зерна наблюдается в строго определенном участке границы. Переход к другой приграничной области в пределах данного зерна, сопровождающийся сменой зе- рен-соседей, приводит к снижению параметра макрорельефа t.
• 3. Величина макрорельефа деформации в значительной степени определяется величиной фрагмента зерна, прилегающего к границе и его ориентировкой (по результатам экспериментов ориентировка зерен с плоскостью прокатки {211} более благоприятна к образованию макрорельефа деформации, в сравнении, например, с плоскостью зерен {ПО}).

По мере перехода от двухфазного (ос+р)-состояния к однофазному, с увеличением содержания меди в Л63, значительно повышается вероятность формирования крупнозернистой структуры. Ранее мы отТаблица 8.3. Параметры структуры и величина макрорельефа

мечали целесообразность снижения максимально допустимой концентрации меди в сплаве от 65 до 64 %, что вызвано необходимостью повышения технологичности сплава при горячей обработке давлением. Проведенные исследования также указывают на целесообразность предложенного ранее [53, 211] изменения ГОСТ 15527-2004 на латунь Л63. Это позволит стабилизировать двухфазное строение сплава в широком интервале температур и, таким образом, практически исключить возможность образования крупнозернистой структуры с величиной зерна >90 мкм, приводящей к образованию «апельсиновой корки».

Особенно важное значение имеет такое ограничение состава для получения качественного латунного проката с регламентированными структурой и свойствами после отжига массивных рулонов (массой >3 т) в отжиговых печах рольгангового типа.

Согласно ГОСТ 2208—2007 при производстве латунной ленты толщиной >0,5 мм регламентируется временное сопротивление, относительное удлинение и глубина выдавливания (по методу Эриксена).

Измерение указанных характеристик латунной ленты толщиной 1,3 мм показало, что изменение величины зерна в пределах 10—180 мкм практически не выводит механические свойства за пределы, соответствующие мягкому состоянию сплава (рис. 8.19). При этом диапазон изменения свойств не превышает 25 % для временного сопротивления и относительного удлинения и ~13 % для глубины выдавливания.

Гораздо более структурночувствительным свойством является твердость, определяемая по методу Виккерса. Для указанного выше изменения величины зерна и состава латунной ленты интервал изменения значений твердости составляет >50%. Вполне удовлетворительная корреляция твердости с величиной зерна для Л63 позволяет рекомендовать измерение твердости по методу Виккерса как эффективный способ контроля структуры латунной ленты.

Рис. 8.19. Влияние величины зерна (d) на временное сопротивление а_в (а), относительное удлинение 8 (б), глубину выдавливания 1Е (в) и твердость HV₁₀ (г) латунной ленты толщиной 1,3 мм. Содержание меди (% мае.):

1 — 62,0; 2 — 63,6; 3 — 65,0

Учет этих рекомендаций при изготовлении латунного проката на Орском заводе ОЦМ обеспечил получение ленты с необходимой регламентированной структурой и ее высокую технологичность при обработке методом глубокой вытяжки.