鈹青銅帶材的生產(chǎn)中鑄錠首先要經(jīng)過均勻化加熱后熱軋，高鈹青銅鑄錠的最佳加熱溫度為790℃左右。寧夏中色新材料有限公司的均勻化熱處理爐設計控溫精度為±5℃，對于實際控溫精度需要生產(chǎn)實驗驗證。本文隨機在現(xiàn)場選取鑄錠，按實際生產(chǎn)的情況，從裝爐開始到升溫加熱、保溫直至完成均勻化后出爐熱軋，利用預先安裝在鑄錠內(nèi)部的熱電偶，測量鑄錠不同部位的溫度并加以分析。實驗結(jié)果表明，整根鑄錠的溫差在5℃范圍以內(nèi)，爐溫可以精準控制在785~795℃，滿足均熱爐溫控精度要求。

鈹青銅是以鈹為基本合金元素的銅基合金材料，具有較高的強度、硬度和彈性極限，彈性滯后小、彈性穩(wěn)定性好，并且具有耐疲勞、耐腐蝕、無磁性、高導熱導電性，受沖擊時不產(chǎn)生火花，承受冷熱壓力加工的能力很強，具有良好的綜合性能。因此在電子通訊、航空航天、石油化工、冶金礦山、精密儀器和儀表的制造等多領(lǐng)域具有廣闊的應用前景，已經(jīng)成為國民經(jīng)濟建設中不可缺少的重要功能材料[1-4]。雖然鈹青銅的優(yōu)良性能和特定的用途推動著鈹銅工業(yè)的發(fā)展，但鈹?shù)亩拘院透甙旱膬r格也在一定程度上制約著鈹青銅的研究、生產(chǎn)和應用[5]。在我國，鈹銅材的消費仍然僅限于軍工及科研，還不具備普遍應用的條件，在一定程度上制約著科研和生產(chǎn)的發(fā)展[6]。對于鈹青銅帶材的生產(chǎn)，鑄錠首先要經(jīng)過均勻化加熱后熱軋，破碎鑄態(tài)組織后，為后續(xù)生產(chǎn)打下基礎[7]。從理論上講，鈹青銅鑄錠加熱溫度為780~800℃[8]，如果加熱溫度低于780℃，則會導致終軋溫度也相對偏低，熱軋后開裂的概率大大增加；如果開軋溫度高于800℃，在此極限高溫條件下加熱，則會有鑄錠過熱和過燒現(xiàn)象。因此，高鈹青銅鑄錠的最佳加熱溫度為790℃左右，按照設備設計的溫控精度，目前寧夏中色新材料有限公司的均勻化熱處理爐設計控溫精度為±5℃，完全能夠滿足生產(chǎn)要求。但對于均勻化熱處理爐的實際控溫精度，還需要進一步驗證。

均勻化熱處理爐結(jié)構(gòu)

步進式加熱爐的整個爐體分預熱段、加熱段、均熱段和補熱段四部分。加熱段又分為加熱段一區(qū)和加熱段二區(qū)；均熱段分8個區(qū)供熱，如圖1所示。加熱爐采用頂部平火焰燒嘴供熱，達到對爐溫的自動調(diào)節(jié)和控制。爐尾設余熱回收段?？紤]到鈹青銅合金坯料加熱溫度的均勻性和對加熱溫度的精準控制的需求，在出爐時設置補熱段，確保鈹青銅鑄錠在出爐前的鑄錠溫度在(790±5)℃范圍內(nèi)。

爐子是由爐頂鋼結(jié)構(gòu)、端側(cè)墻鋼結(jié)構(gòu)和爐底鋼結(jié)構(gòu)組成的一個箱形框架結(jié)構(gòu)，由普碳鋼板和型鋼焊接而成，用以保護爐襯、安裝各種燒嘴、固定爐底縱向梁及各種爐子附件，共分為四個主要部分。加熱爐設置5根固定梁和4根步進梁，采用單排布料方式。生產(chǎn)鈹青銅鑄錠時，根據(jù)加熱工藝，每17 min步進梁走1步，其中16 min靜止1 min步進運動。從裝爐到出爐共計10 h。到保溫時間后，出爐熱軋。

實驗過程

為驗證目前的均勻化熱處理爐是否能夠滿足工藝要求，隨機在現(xiàn)場選取三根鑄錠，按實際生產(chǎn)的情況，裝爐、加熱、步進直至出爐，通過測量鑄錠不同部位的溫度并加以分析，完成對均勻化熱處理爐控溫精度的驗證。

實驗用料

實驗用料為寧夏中色新材料有限公司熔鑄車間生產(chǎn)的鈹青銅鑄錠，相關(guān)參數(shù)見表1所示。

實驗所選的鈹青銅鑄錠，第一個牌號為C17200為美國牌號，剩下兩個是國內(nèi)牌號。這兩個牌號的鈹青銅鑄錠化學成分基本上一致，對于熱軋前的加熱溫度的要求也完全一致。其鈹含量和其他元素(包括雜質(zhì)元素)含量完全符合相關(guān)標準的要求。

實驗設計

在鑄錠上均勻地畫三條線，再加上兩個端面，分別標記為A、B、C、D、E，如圖2所示。采用相應的技術(shù)手段測量出爐時每個端面上的溫度，并記錄。

實驗過程中，按照鈹青銅鑄錠加熱要求，加熱段一區(qū)和加熱段二區(qū)溫度均設定為795℃，保溫段爐頂溫度設定為790℃，加熱、保溫10 h。在此過程中，動梁通過事先設計好的速度，每17 min向前步進一步。保溫到工藝要求的時間后出爐，觀察表面并記錄各測溫面的溫度。

表面質(zhì)量

出爐后肉眼觀察鑄錠表面通紅，發(fā)紅的顏色正常，無過燒時發(fā)白的現(xiàn)象存在[9]；另外，鑄錠表面光潔，無“流汁”等過燒現(xiàn)象的存在，如圖3所示。銅錠表面氧化較輕，無氧化皮脫落現(xiàn)象。初步判斷，該加熱工藝未超過工藝要求的上限溫度。待冷卻后，在鑄錠上取一塊約50 mm×50 mm的試樣，然后拋光，利用質(zhì)量分數(shù)為16%的硝酸進行腐蝕后，觀察試樣的表面，如圖4所示。圖中可以看出，試樣表面除殘留的酸跡有不同程度的氧化外，表面無細小的裂紋，也沒有晶間腐蝕的跡象[10]。由此說明，在上述加熱工藝下，鑄錠受熱基本正常，沒有過燒或過熱現(xiàn)象。對均勻化后的鑄錠表面進行微觀分析，如圖5所示。圖中可以看出，試樣表面均光滑，沒有出現(xiàn)過熱組織、晶粒粗大等缺陷，也沒有發(fā)生晶界氧化并在晶界上出現(xiàn)網(wǎng)狀分布的氧化物，使晶間結(jié)合力大為降低或完全消失[11]。綜上所述，無論是宏觀的切片檢驗，還是微觀形貌分析，均未發(fā)現(xiàn)有過熱或過燒組織[12]，說明鑄錠沒有發(fā)生過熱或過燒現(xiàn)象。

鑄錠溫度分析

對實驗用鑄錠各個測試面上采集到的數(shù)據(jù)進行整理，見表2。

由表2可知：(1)編號為B3-0016的鑄錠，最高溫度為測溫面C，793.1℃，最低溫度為測溫面A，789.2℃，兩者相差3.9℃，在要求的±5℃的范圍之內(nèi)。(2)編號為B1-0016的鑄錠，最高溫度為測溫面C，793.5℃；最低溫度為測溫面E，788.7℃，兩者相差4.8℃，在要求的±5℃的范圍之內(nèi)。(3)編號為B1-0008的鑄錠，最高溫度為測溫面C，793.7℃；最低溫度為測溫面A，789.5℃，兩者相差4.2℃，在要求的±5℃的范圍之內(nèi)。(4)不同鑄錠之間，平均溫度最高的為B1- 0008，其平均溫度為791.34℃，平均溫度最低的為B1-0016，其平均溫度為791.12℃，兩者相差0.22℃，也未超過±5℃的范圍。(5)各測溫面所測得的溫度均在(790±5)℃之間，在要求范圍以內(nèi)。各鑄錠不同截面上的溫度差，最大的為B1-0016，為4.8℃，但也未超出5℃的精度范圍。相同測溫面、不同批號之間的溫差，也均控制在5℃的范圍內(nèi)。

結(jié)束語

(1)理論設定溫度與鑄錠的真實溫度之間的差值在5℃以內(nèi)，在工藝要求的波動范圍之內(nèi)，控溫準確。(2)采用此工藝加熱后的鈹青銅鑄錠，出爐后無過熱或者過燒現(xiàn)象；通過取樣腐蝕后觀察，組織一切正常，符合熱軋的要求。

(3)通過實驗驗證，進一步確定了鑄錠加熱時步進爐能夠達到的溫控精度，能夠準確地將鑄錠的加熱溫度控制在785~795℃之間，滿足生產(chǎn)需求。

文章來源——金屬世界