紫銅（即純銅)具有優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性和塑性及良好的耐腐蝕性,在電子工業(yè),儀器儀表和高壓開關(guān)等工業(yè)中有廣泛的應(yīng)用。工業(yè)生產(chǎn)中,對(duì)紫銅制件的表面硬度和內(nèi)部晶粒度要求比較苛刻,通常的退火處理工藝難以滿足要求。高壓開關(guān)元件———觸指(如圖1所示)。鍛造生產(chǎn)過程中,由于其使用工況的特殊性,廠方對(duì)其組織性能和硬度指標(biāo)有極嚴(yán)格的要求:合格的元件要求組織晶粒細(xì)小,硬度達(dá)到HB70以上。應(yīng)用通常的退火處理工藝,會(huì)出現(xiàn)一些如晶粒粗大、硬度不夠等缺陷,嚴(yán)重影響元件的壽命和工作效率。為解決此難題,我們對(duì)紫銅在各溫
度下的退火處理工藝進(jìn)行了研究。通過試驗(yàn),觀察了試樣的金相組織結(jié)構(gòu),測(cè)定了試樣硬度,作出了硬度曲線,掌握了T2紫銅在不同溫度下退火處理的金相組織及其硬度變化規(guī)律,并對(duì)紫銅的微觀組織作了一定的研究和分析說明,分別從晶粒度和硬度兩方面綜合考慮,找到了***佳的退火處理工藝方案,為觸指零件的生產(chǎn)做好準(zhǔn)備.
一、材料制備及實(shí)驗(yàn)方法
(一)試驗(yàn)材料與設(shè)備
試驗(yàn)中采用T2紫銅作試驗(yàn)材料,其化學(xué)成分如表1。
取試樣ф12× 15的銅棒,經(jīng)50%拉拔變形,28個(gè),分7組。經(jīng)退火處理后,每組中兩個(gè)進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn),兩個(gè)進(jìn)行金相試驗(yàn),取其平均值。試驗(yàn)設(shè)備: OLYMPUS(PMG3型)光學(xué)金相顯微鏡及IAS-4圖像分析儀系統(tǒng);箱式電阻爐;布氏硬度實(shí)驗(yàn)機(jī)(HB3000)。
(二)試驗(yàn)方法
退火處理工藝如表2所示。
二、試驗(yàn)結(jié)果及分析
(一)力學(xué)性能
測(cè)量試樣的布氏硬度,測(cè)量結(jié)果見表3和圖2。由圖表可知,退火處理使紫銅的硬度有所降低,其中在300℃ ～ 360℃區(qū)域,硬度曲線陡直,硬度隨退火溫度的升高而快速降低;360℃ ～ 550℃區(qū)域,硬度曲線開始變緩,退火溫度升高對(duì)材料的硬度影響變小;550℃ ～ 720℃區(qū)域,硬度曲線近似平行與溫度軸線,即這一階段退火溫度對(duì)材料硬度變化的影響微弱。
變形退火影響紫銅硬度的主要因素是晶粒度。由于細(xì)晶強(qiáng)化的作用,晶粒越細(xì),強(qiáng)度越高。通常用晶界位錯(cuò)塞積模型,位錯(cuò)塞積后,便對(duì)晶粒中間的位錯(cuò)源有一反作用力或背應(yīng)力,這個(gè)反作用力隨位錯(cuò)塞積的數(shù)目而增大,當(dāng)增大到某一數(shù)值時(shí),可使位錯(cuò)源停止動(dòng)作。細(xì)晶粒的反作用力大,因?yàn)殡x位錯(cuò)源近,這樣,當(dāng)細(xì)晶粒中心的位錯(cuò)源已***停止時(shí),粗晶粒中心的位錯(cuò)源還在不斷的放出位錯(cuò)。因此,粗晶粒周圍塞積位錯(cuò)多,產(chǎn)生的應(yīng)力集中較大,更容易使相鄰晶粒的位錯(cuò)源開動(dòng),因而粗晶粒的屈服強(qiáng)度低,即在較低的外力下就開始塑性變形,因而強(qiáng)度較低。
(二)金相組織
用3%FeCL3+ 10%HCL水溶液作腐蝕劑侵蝕金相試樣后,觀察結(jié)果如圖3所示。實(shí)驗(yàn)表明,退火
溫度低時(shí),保溫時(shí)間的影響較小;若退火溫度高時(shí)則保溫時(shí)間對(duì)晶粒度影響較大。所以在高溫下退火應(yīng)盡量縮短保溫時(shí)間,以避免晶粒粗大。為了避免出現(xiàn)再結(jié)晶織構(gòu),退火前的冷變形度不應(yīng)大于40%～60%。冷變形度大,退火溫度越高,再結(jié)晶織構(gòu)越明顯。從金相試驗(yàn)照片可看出,400℃退火與700℃退火后金相組織有很大差別,前者比后者組織要細(xì)很多,適合壓力加工。
影響晶粒度大小的因素主要有:退火溫度,保溫時(shí)間。實(shí)際晶粒度的大小,取決于具體的加熱溫度和保溫時(shí)間,但主要取決于加熱溫度。在某一加熱溫度下,隨保溫時(shí)間的延伸晶粒不斷長(zhǎng)大,但長(zhǎng)大到一定尺寸后,晶粒長(zhǎng)大就極其緩慢了。在***高加熱溫度相同時(shí),加熱速度越快,晶粒越小。這是因?yàn)?加熱速度快,轉(zhuǎn)變溫度高,形核率越高,大于長(zhǎng)大速度的增加,使起始晶粒度細(xì)小;另外快速加熱,保溫時(shí)間短,晶粒來不及長(zhǎng)大,***終獲得的晶粒度也細(xì)小。
三、結(jié)束語
退火處理能改變紫銅組織晶粒度大小,從而影響紫銅的力學(xué)性能,提高其強(qiáng)度和硬度。由于退火溫度不同,導(dǎo)致紫銅的微觀組織和硬度不同。退火溫度低的硬度高,組織細(xì)密,不易于壓力加工;退火溫度高的硬度低,組織粗大,易于壓力加工。我們的目的是找一個(gè)***佳退火溫度,確保晶粒細(xì)小且硬度適中。從硬度———溫度曲線,可以找出適當(dāng)?shù)挠捕葘?duì)應(yīng)的溫度區(qū)間;再利用金相組織照片,可以找出適當(dāng)晶粒度的溫度區(qū)間,兩者的交集,便是紫銅的***佳退火溫度。由圖表和金相照片可知:390℃退火處理,是紫銅用于鍛造時(shí)前處理的***溫度。