熱擠壓成形鈦—銅復合棒的組織研究

摘 要：文章采用3150t水壓機上一次性熱擠壓得到鈦-銅復合棒型材，研究了對偏形棒界面結合層、分析了銅和鈦的組織形貌并進行了觀察及硬度的測定。研究表明：直接熱擠壓生產的鈦-銅復合棒性能穩定，生產效率高。

關鍵詞：擠壓件；鈦銅復合棒；熱擠壓成形

鈦銅復合棒是一種既具備鈦材的耐腐蝕性能，同時又具有銅材良好的導電性能的層狀復合材料，與單一電極材料相比，它在冶金化工行業里具有明顯的優勢，被廣泛應用于電冶金（電解銅、鎳、鉆、錳等）、制鹽、氯堿和化工等生產中，應用前景相當可觀[1～2]。鈦銅復合棒的生產方法較多，目前國內主要采用熱擠壓法、熱擠壓+拉伸法、爆炸復合法或爆炸復合+熱軋制法，國外主要采用爆炸復合法或鈦管套銅棒等方法[3～4]。而本文采用3150噸水壓機上一次性擠壓成形鈦銅復合棒并對研究其組織性能，對鈦銅復合棒材生產及工藝具有重要理論意義和指導價值。

1 實驗材料及方法

原料是紫銅棒材和工業純鈦管坯，規格分別如下：銅棒的直徑為180～185mm，長度為500～510mm；鈦管內徑為180～185mm長度為500～510mm；壁厚為14～16mm。將鈦管和銅棒進行密封裝配，并將裝配好的鈦銅棒包上厚度為2mm的銅皮套，組坯成擠壓件（見圖1）。擠壓工藝：用3150噸水壓機進行熱擠壓實驗，采用電磁感應爐加熱，加熱溫度為650～750℃，保溫時間為15～20min，擠壓速度為180～220m/min，壓力為2200～2400t，總變形量大于65%。分析檢測：采用OLMPUS PMG光學顯微鏡分別觀察純鈦、紫銅和結合界面的組織形貌，用40/MVD機分別測試純鈦、紫銅和結合界面的顯微硬度。

圖1 鈦銅復合棒擠壓件

2 結果與分析

2.1 表面缺陷分析

圖2 鈦銅復合棒的表面缺陷

從圖2中可以看出，一次性熱擠壓得到鈦-銅復合棒型材，其表面易產生溝條和“狼牙棒”缺陷。造成表面缺陷主要原因有：（1）潤滑劑質量差，造成表層和里層金屬流速差異大；（2）錠坯加熱溫度不均勻，使鈦和銅變形不均勻；（3）擠壓速度太快，使外層包裹的和表層純鈦之間的流速不均。為了改善表面缺陷，提高潤滑劑質量，保證錠坯的加熱均勻和選擇合理的擠壓速度。

2.2 組織形貌分析

對20mm×15mm×2mm的扁形鈦一銅復合棒試樣的界面結合區域、Cu和Ti區域進行金相組織觀察（見圖3）。從圖3（a）界面的結合形貌可以看出，鈦-銅的結合界面是一個比較平直且較寬的過渡層，觀察顯微組織發現，在結合界面處，Cu和Ti晶粒都發生了一些變形，晶粒發生了扭曲或被拉長，而在結合區域以外的純銅為等軸而具有孿晶的α固溶體（見圖3（b）），而鈦晶粒呈等軸狀α固溶體（見圖3（c））。

2.3 顯微硬度分析

圖4 鈦-銅扁形復合棒顯微硬度。由圖4中可以看出，結合界面處的硬度分布在145～150之間，而銅和鈦的分別分布在85～90和228～235。對比可以發現，結合界面處的硬度值比鈦的低而高于銅的。表明Ti和Cu兩種金屬經熱擠成形后，在結合界面處形成一個相對牢固復合層面。

圖4 鈦-銅扁形復合棒的顯微硬度

3 結束語

（1）在3150t水壓機上直接熱擠壓的鈦-銅復合棒型材，鈦和銅金屬之間形成了牢固的冶金結合界面。

（2）直接熱擠壓形成的扁形鈦-銅復合棒結合界面處硬度值145～150之間，高于銅的低于鈦的，結合性能良好。

參考文獻

[1]李新中.鈦包銅棒及其在銅電解生產中的應用閉[J].濕法冶金，2005， 24（4）：32.

[2]李中，張建英.鈦-銅復合棒的生產及其應用閉[J].氯堿工業，1995（9）：33.

[3]于九明，孝云禎，等.金屬層狀復合技術及其新進展[J].材料研究學報2000，14（1）：12-16.

[4] 孔憲平， 高文柱，等.爆炸焊接復合鈦/銅復合棒的孔型軋制[J].鈦工業進展，2003，（2）：25-27.