固溶處理中qbe2鈹青銅棒斷裂原因分析

在固溶（78070分鐘）后，該單元的qbe2爆發，并發現三棵秧桿。宏觀上看，在斷口的橫截面上發現了三個錯誤。在觀察斷口的橫截面時，我們發現了斷口的粗糙不均勻。可以看到，光譜類似于顆粒的這種均勻排列。它看起來像巖石，就像納地子一樣。如圖1所示，為脆弱斷口。為查明該鈹青銅擠壓棒固溶處理斷裂原因,筆者對其進行了檢驗和分析。1物理和化學試驗1.1化學成分的測定在斷口開裂部位取樣,采用ICP全譜直讀光譜儀和TC-600氧氮分析儀測定其化學成分,結果見表1。可見各元素含量均符合GB/T5231-2001《加工銅及銅合金化學成分和成品形狀》對QBe2鈹青銅成分的技術要求,化學成分合格。1.2顯微組織檢驗在開裂部位的端頭和開裂部位及超聲波探傷正常的部位分別取金相試樣,侵蝕劑為:CuCl2+NH3·H2O溶液,采用MM6型光學顯微鏡觀察其微觀組織。觀察發現端頭部位晶粒粗大,部分晶粒尺寸已經超過200μm,但晶界形狀正常,未發現有熔化現象,由此可以初步判斷為過熱組織,見圖2。圖3為靠近斷裂部位的顯微組織,可見個別晶粒異常長大,幾乎所有的晶粒都變圓、出現晶界熔化,為輕度過燒組織。所以,從顯微組織可以判斷該鈹青銅棒斷裂屬于明顯的組織過燒引起的沿晶脆斷。圖4為棒材超聲波探傷正常部位的顯微組織,晶粒比較細小,縱向組織大部分為9級,β相呈譜線狀,2~3級,局部晶粒大小不均勻,這是由于擠壓變形不均勻導致的組織大小不均,橫向組織晶粒尺寸大部分在20μm左右,β相點狀分布,微觀組織正常。由此可以判斷,該鈹青銅棒斷裂的原因是由于爐內溫度不均勻、局部溫度過高導致材料局部組織過熱和過燒引起的斷裂。1.3超聲波檢測組織對3根斷裂的物料1號、2號和3號分別進行超聲波探傷檢測和斷口檢驗。對其中1號斷裂棒的兩節之一(即1-1號)ue78840mm×260mm棒按照距斷口不同距離進行檢測,距斷口10mm左右處的探傷波形見圖5(a),僅有缺陷波,沒有底波,距斷口60mm處的探傷波形見圖5(b),沒有底波;距斷口120mm處的探傷波形見圖5(c),同樣沒有底波,斷口檢驗為脆性斷口;距斷口240mm處的探傷波形出現一次波,見圖5(d),說明該部位的微觀組織為正常組織,斷口檢驗為韌性斷口。對1號棒的另一節(即1-2號)斷口附近處進行檢測,沒有底波,探傷波形見圖6(a),距斷口60mm處的探傷波形見圖6(b),開始出現一次底波,斷口檢驗為韌性斷口;距斷口90mm處的探傷波形見圖6(c),出現二次波;距斷口140mm處的探傷波形見圖6(d),出現三次波,說明距離斷裂部位60mm處開始組織已經為正常組織,而且在二次底波和三次底波出現的部位內部質量更好,微觀組織更為細小均勻。同樣,對2號棒也進行檢測,在尾部斷口處底波為60%~80%,但在距離斷裂部位100mm處出現了三次底波;對2號棒的另一節距斷口100mm處檢測底波為20%~40%。隨后對3號棒進行檢測,在尾部斷裂處無底波,雜波達到20dB,距斷口430mm處出現一次波,說明從該部位開始為正常組織。由金相和斷口檢驗情況可知,凡是超聲波檢測底波衰減較多的位置,其金相和斷口檢測都有晶粒長大或出現斷裂現象,而超聲波檢測出現一次波甚至二次波位置,其斷口檢測都表現出非常致密的宏觀組織。由此可以判斷,超聲波檢測對于晶粒組織的長大過熱和過燒具有一定的判定作用,可以作為對該材料內部組織進行間接推斷的一種檢測方法。2固溶處理溫度由以上分析可以看出,斷裂QBe2鈹青銅棒的化學成分符合標準要求,棒材固溶處理出爐斷裂的斷口宏觀粗糙不平,可見閃光的類似晶粒狀顆粒,呈近似“巖石狀”斷口,可以斷定為脆性斷裂;由微觀組織分析結果可判斷為比較典型的過燒組織。航天用鈹青銅制品的熱處理工藝規范中明確規定,對于鈹含量為1.75%~2.5%的鈹青銅,其固溶處理溫度為770~790℃,溫度超過800℃時會出現過熱現象(晶粒粗大),超過850℃時,晶界局部熔化,形成過燒。文獻也指出,固溶處理溫度過高或時間過長,會引起鈹青銅過熱而晶粒粗化,力學性能下降,甚至造成局部過燒而淬火開裂;固溶處理溫度超過800℃時會出現局部過熱,固溶溫度超過850℃時,會導致過燒。由此可以判斷,斷裂鈹青銅固溶處理爐內局部溫度偏高。結合距斷口不同距離處超聲波探傷的波形衰減情況,可以判斷QBe2鈹青銅棒材的斷裂為爐內局部溫度偏高導致材料內部組織過燒而在較小的外力作用下產生的開裂。這是因為,材料組織過燒、晶界不同程度熔化導致晶界強度大幅度下降,所以棒材在出爐過程中因輕微的磕碰而抵抗不住外力的沖擊,驟然發生斷裂。斷裂部位超聲波衰減特別顯著,隨著距斷裂部位距離的增加,超聲波衰減逐漸減緩,從波形的衰減情況也可以判斷,在斷裂部位組織過燒嚴重,距離斷裂部位較遠處組織情況逐漸好轉,并逐漸過渡到正常組織。由此可以判斷,鈹青銅棒組織過燒屬于局部過燒,爐內溫度偏高也屬于局部溫度偏高。為此,對爐內情況進行了仔細檢查,發現在斷裂物料的原始裝爐位置附近爐絲存在斷絲搭接的情況,對爐內溫度進行校準時,發現爐絲斷裂附近爐溫確實偏高。3棒材易感染斷裂斷裂原因該批次QBe2鈹青銅棒在固溶熱處理出爐時個別棒材斷裂的主要原因是熱處理爐內局部溫度偏高,致使靠近