造币用锡黄铜水平连铸铸锭组织特征及其影响

韦绍林

（中铝材料应用研究院有限公司，北京 102209）

我公司生产的某型号锡黄铜合金具有良好的耐腐蚀性、耐磨性及成型性，是目前主要的造币合金之一。水平连铸工艺具有简化生产过程、成本低、占地小等优势而备受众多生产企业的青睐。而我公司水平连铸工艺在生产某新型造币用锡黄铜时，由于该合金铸造难度大，后续深加工在卷起的时候经常出现外表面开裂情况，导致成品率较低。本文结合我公司生产实际情况，对带坯进行了大量的宏观组织和微观组织的分析，总结了该锡黄铜铸锭带坯的组织特征及其成因。

1 铸锭组织特征

（1）宏观组织。对铣面前后水平连铸铸锭进行了大量低倍组织检查，组织均为等轴晶，低倍组织详见图1～图3。图1为铸坯铣面前的组织，其中等轴晶大小其分布不均，粗大等轴晶上有少量裂纹。图2为典型的拉-停时间控制不当引起的粗细等轴晶间隔分布。图3为铸锭横截面低倍组织形貌，在该组织上能看的比较明显的由于冷却强度不匹配导致的结晶中心线向上表面偏移。

图1 铣面前铸锭宏观组织形貌（图中箭头所示为裂纹）

图2 铣面后铸锭宏观组织形貌

图3 铣面横截面宏观组织形貌

（2）微观组织。在对大量水平连铸铸坯进行上下表面、横截面及高温均匀化退火后的试样进行高倍组织分析后发现，试样组织均为树枝状偏析，枝晶间能观察到较多（α+γ）共析体，由于上下表面冷却强度不一样，（α+γ）共析体在下表面的偏析也较为严重，偏析层深度比上表面的要深，据大量的实验实测结果观察，（α+γ）共析层在下表面一般深度在2mm左右（如图6所示），在经过高温均匀化退火后发现高倍组织上存在大量的疏松群（如图7所示）。

图4 上表面显微组织 倍率：100X

图5 下表面显微组织 倍率：100X

图6 试样下表面显微组织（图中绿线所示为α+γ共析层深度1884um）

（3）SEM共析体成分分析。对存在较多共析体的带坯下表面试样进行SEM能谱扫描分析共析体成分发现，共析体成分相较基体亮，说明共析体中成分中所含元素的原子系数较基体的铜的原子系数大，经能谱分析得知该共析体主要成分中还有大量的锡。

2 结论

综上分析可知，水平连铸铸锭特征主要有：①从截面低倍组织上看，铸锭结晶中心线均向上表面偏移；②铸锭上下表面低倍组织存在明显的规律性分布的晶粒大小的差异；③铸锭高倍组织在上下表面均有较明显的锡反偏析于晶界上，且下表面锡反偏析相对严重，偏析层深度一般在2mm左右；④高温均匀化退火组织存在较多的疏松缺陷。

水平连铸铸锭在结晶过程中，由于下表面的冷却强度大，柱状晶长大速度比上表面块，导致铸锭结晶线向上表面偏移；浇铸过程由于水平连铸铸锭的牵引特性，在铸锭牵引过程中的停拉动作导致铸锭在停拉处晶粒呈规律性的大小间隔分布的形貌特征；一般来说，晶界结构比晶内松散，具有一定的表面效应，溶质原子在晶内的能量比在晶界处的能量要高，所以溶质原子具有自发的向晶界偏聚的趋势，这种结果就会导致溶质原子在晶界处产生偏析，高温均匀化退火后晶界和晶内由于锡的溶解产生了大量的疏松缺陷。

这种结晶线的偏移意味着带坯内部存在着较大的结晶组织的不均匀，铸锭表面规律性的大小晶粒分布使得铸锭带坯在卷起时表面出现较多的小裂纹缺陷，同时偏析和疏松是共生的偏析越大，铸锭铸坯疏松度越严重，因此造成了后续冷加工的一系列质量问题。

长时间的高温组织均匀化退火虽然可以通过原子扩散使偏析得以改善，但是这种改善只能限于晶粒内部，区域间（晶粒与晶粒间）的不均匀需要进行反复的冷轧加工和退火方能得到改善，因此浇注时拉-停时间、拉速、浇温及冷却强度均需要配合得当和反复进行试验，才能得到高质量的水平连铸带坯。