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铜合金的热处理技术，，，，，，方法涉及退火、固溶-时效、光亮退火和真空热处理等

发布时间：2020-11-12点击：5564

一、热处理方法

1.概述

铜合金的热处理主要是加热和不同目的的退火，，，，，，只有个别牌号的合金，，，，，，如铍青铜可进行淬火、回火热处理。。。。。。。不同目的的退火有：软化退火、成品退火和坯料退火。。。。。。。

软化退火：即两次冷轧之间以软化为目的的再结晶退火，，，，，，亦称中间退火。。。。。。。冷轧后的合金产生纤维组织并发生加工硬化，，，，，，经过把合金加热到再结晶温度以上，，，，，，保温一定的时间后缓慢冷却，，，，，，使合金再结晶成细化的晶粒组织，，，，，，获得好的塑性和低的变形抗力，，，，，，以便继续进行冷轧加工。。。。。。。这种退火是铜合金轧制中的***主要的热处理。。。。。。。

成品退火：即冷轧到成品尺寸后，，，，，，通过控制退火温度和保温时间来得到不同状态和性能的***后一次退火。。。。。。。成品退火有控制状态和性能的要求，，，，，，如获得软（M）状态、半硬（Y2)状制品以及通过控制晶粒组织来得到较好的深冲性能制品等。。。。。。。成品退火除再结晶温度以上退火，，，，，，还有再结晶温度下的低温退火。。。。。。。

坯料退火：是热轧后的坯料，，，，，，通过再结晶退火来消除热轧时不完全热变形所产生的硬化，，，，，，以及通过退火使组织均匀为目的的热处理方法。。。。。。。淬火一回火（时效）：即对某些具有能溶解和析出的以及发生共析转变的固溶体合金，，，，，，在高于相变点温度时，，，，，，经过保温使强化相充分溶解，，，，，，形成均匀固溶体后又在急冷中形成过饱和固溶体的淬火状态，，，，，，再经过低温或室温，，，，，，使强化相析出或相变来控制合金性能的热处理方法。。。。。。。

2.退火

退火工艺制度是根据合金性质、加工硬化程度和产品技术条件的要求决定的。。。。。。。退火的主要工艺参数是退火温度、保温时间、加热速度和冷却方式。。。。。。。退火工艺制度的确定应满足如下三方面的要求：

①保证退火材料的加热均匀，，，，，，以保证材料的组织和性能均匀；；；；；；；②保证退火材料不被氧化，，，，，，表面光亮；；；；；；；

③节约能源，，，，，，降低消耗，，，，，，提高成品率。。。。。。。因此，，，，，，铜材的退火工艺制度和所采用的设备应能具备上述条件。。。。。。。如炉子设计合理，，，，，，加热速度快，，，，，，有�；；；；；；；て�，，，，，，控制精确，，，，，，调整容易等。。。。。。。表1列出了部分常用铜合金的退火工艺制度。。。。。。。

退火温度的选择：除合金性质、硬化程度外，，，，，，还要考虑退火目的，，，，，，如对中间退火则退火温度取上限，，，，，，并适当缩短退火时间；；；；；；；对成品退火则侧重于保证产品品质和性能均匀，，，，，，退火温度取下限，，，，，，并严格控制退火温度的波动；；；；；；；对厚规格的退火温度应比薄规格的退火温度要高一些；；；；；；；对装料量大的要比装料量小的退火温度高一些；；；；；；；板材要比带材的退火温度高一些。。。。。。。

退火的升温速度：要根据合金性质、装料量、炉型结构、传热方式、金属温度、炉内温度差及产品的要求确定。。。。。。。因为快速升温可提高生产率、晶粒细、氧化少，，，，，，半成品的中间退火，，，，，，大都采用快速升温；；；；；；；对于成品退火、装料量少、厚度薄，，，，，，都采用慢速升温。。。。。。。

保温时间：炉温设计时，，，，，，为提高加热速度，，，，，，加热段的温度比较高，，，，，，当加热到一定温度后，，，，，，要进行保温，，，，，，此时炉温与料温相近。。。。。。。保温时间是以保证退火材料均匀热透为准。。。。。。。

冷却方式：成品退火大都是进行空冷，，，，，，中间退火有时可采用水冷，，，，，，这对于有严重氧化的合金料，，，，，，可以在急冷下使氧化皮爆裂脱落。。。。。。。但有淬火效应的合金不允许进行急冷。。。。。。。

3.固溶-时效

固溶(淬火)-时效(回火)的工艺参数主要决定于加热温度、加热速度、保温时间、冷却速度、加热介质和水冷时的转移时间间隔等。。。。。。。淬火温度的上限要低于共晶温度，，，，，，下限要高于固溶度线温度，，，，，，保温时间主要决定于强化相的溶解速度。。。。。。。为了保持好的淬火效果，，，，，，淬火的转移时间越短越好，，，，，，水温一般不高于25℃。。。。。。。冷却速度主要考虑两个因素，，，，，，一是速度太慢强化粒子会被析出，，，，，，太快会产生残余应力或裂纹。。。。。。�；；；；；；；鼗�(时效)时主要保证强化粒子析出均匀和分布状态等。。。。。。。表2为部分铜合金固溶(淬火)-时效(回火)的工艺制度。。。。。。。

4.热处理炉内气氛控制

根据热处理时炉内介质与材料表面作用的特点，，，，，，把热处理分为普通（即空气为介质）热处理，，，，，，�；；；；；；；ば云杖却恚ḿ赐ǔ３频墓饬镣嘶穑┖驼婵杖却�。。。。。。。

（1）火焰加热炉气氛

这是一种老式的普通热处理方式，，，，，，是采用如煤气等为燃料的燃烧加热。。。。。。。

氧化性气氛，，，，，，就是燃料在过剩浚浚浚�？掌那榭鱿氯忌�，，，，，，使炉内有较多的氧。。。。。。。

还原性气氛，，，，，，燃烧过程中炉内空气不足，，，，，，由于燃料的未充分燃烧而CO和CO2较多。。。。。。。

中性气氛是炉内控制在氧化与还原之间的气氛。。。。。。。微氧化气氛，，，，，，是炉内含有微量的氧，，，，，，有一定的氧化作用。。。。。。。

炉内气氛的控制是根据合金的性质和技术要求来进行的。。。。。。。铜及铜合金一般都不用氧化性气氛，，，，，，因为不但破坏表面品质、氧化烧损大，，，，，，而且合金内的低熔点的成分，，，，，，如Sn、Pb、Sn、Zn、Cd等容易被蒸发等。。。。。。。因此，，，，，，大多采用还原性或中性炉内气氛。。。。。。。对于热处理时容易吸氢产生“氢脆”、渗硫的合金通常采用微氧化气氛，，，，，，如含镍的合金、纯铜等。。。。。。�；；；；；；；鹧婕尤嚷鸾ケ坏缂尤取⒈；；；；；；；て辶尤鹊耐嘶鹇�。。。。。。。

（2）�；；；；；；；ば云�

由于密封技术和�；；；；；；；ば云逯圃旒际醯慕�，，，，，，现在大多是采用�；；；；；；；ば云罩屑尤�。。。。。。。�；；；；；；；ば云宄煞忠笤诩尤仁庇牒辖鸩环⑸从�；；；；；；；对炉子的部件、热电偶、电阻器件无侵蚀作用；；；；；；；成分稳定，，，，，，制造简单、供应方便。。。。。。。

�；；；；；；；ば云占尤却蠖嗖捎玫缂尤确绞�。。。。。。。是20世纪90年代后采用电感应加热的连续退火炉，，，，，，都是用�；；；；；；；ば云铡⑶恐蒲贩缡皆谙咄嘶�，，，，，，简化了工序，，，，，，提高了表面品质和生产效率。。。。。。。过去的�；；；；；；；ば云帐遣捎玫⒍趸�，，，，，，煤气燃烧后的净化气体或水蒸气等，，，，，，由于炉子的密封性差，，，，，，使用的�；；；；；；；て迮ǘ鹊汀⒊杀靖叩仍�，，，，，，没有取得满意的效果。。。。。。。现在的�；；；；；；；て宄煞�，，，，，，主要是氮加氢。。。。。。。根据不同的合金采用不同的氮、氢比，，，，，，加氢�；；；；；；；ざ曰仆任行�。。。。。。。由于氢的导热系数是氮的1.7倍，，，，，，可以大大提高热的传导速度。。。。。。。加氢后可缩短加热时间，，，，，，尤其在强风的作用下，，，，，，对流传热效果更好，，，，，，使退火材料加热均匀，，，，，，保证了热处理铜材组织性能的均匀。。。。。。。在强风的作用下，，，，，，带走了润滑剂的挥发物，，，，，，提高了表面品质。。。。。。。

制造�；；；；；；；ば云宓募钢址椒ǎ�

①氨分解气体：液氮汽化后进入填充有镍触媒剂的裂化器内，，，，，，在750~850℃的温度下，，，，，，裂化生成氨和氢，，，，，，经净化除水除残氨后送入炉内。。。。。。。这种�；；；；；；；ば云迨视糜诨仆耐嘶�。。。。。。。按计算lkg氨可生成1.97m3的氢和0.66m3的氮。。。。。。。

②氨分解气体燃烧净化：如果需要降低氨的比例，，，，，，可烧掉部分氢，，，，，，在燃烧过程中增加氮。。。。。。。

③氨分解气体加入空分氮（或液氮汽化），，，，，，经净化后送入炉内，，，，，，可根据需要得到不同比例的氢加氮的�；；；；；；；ば云�。。。。。。。

④用量较少时，，，，，，可用瓶装氮和瓶装氢做�；；；；；；；ば云�。。。。。。。

⑤煤气燃烧后的气体，，，，，，一般含96％的氮和小于4％的一氧化碳和氢，，，，，，需净化后使用。。。。。。。

⑥纯氮，，，，，，空分法制氮一般纯度可达99.9％。。。。。。。焦炭分子筛变压吸附空分制氮新工艺，，，，，，采用了无油压缩机，，，，，，氮中含氧小于5×10-6，，，，，，***为-65℃。。。。。。。这对于含氧量较高的纯铜、锡磷青铜的退火是***适宜的。。。。。。。

（3）真空热处理

在退火加热时，，，，，，将装料的空间抽成真空，，，，，，退火材料不与任何介质接触的一种退火方式。。。。。。。真空退火有两种形式：外热式和内热式。。。。。。。外热式是加热元件置于炉胆外面，，，，，，采用电加热，，，，，，外热式真空炉结构简单，，，，，，容易制造，，，，，，装出料方便。。。。。。。但升温慢，，，，，，热损失大，，，，，，炉胆寿命低。。。。。。。内热式是加热元件在炉胆内，，，，，，热处理材料也放在炉胆内，，，，，，常采用钨、钼、石墨等材料作加热元件。。。。。。。特点是升温快、加热温度高、炉胆寿命长。。。。。。。但炉的结构复杂，，，，，，投资大，，，，，，降温慢。。。。。。。采用真空退火时，，，，，，纯铜采用（10-1~10-2）×133.3Pa，，，，，，大多铜合金采用（10-2~10-3)×133.3Pa的真空度。。。。。。。真空退火时，，，，，，料出炉时要在温度降至100℃以下才能破坏真空，，，，，，防止退火料氧化。。。。。。。近年来，，，，，，铜合金的热处理不推荐采用真空退火，，，，，，因为真空是热的不良导体，，，，，，它只靠热辐射传热，，，，，，特别是表面光亮的材料，，，，，，以辐射加热更是困难。。。。。。。除了热效率低外，，，，，，还难于得到性能均匀的热处理成品。。。。。。。因此，，，，，，有逐渐被�；；；；；；；て铡⑵媸搅嘶鹚�。。。。。。。

5.热处理炉

热处理设备主要是热处理炉。。。。。。。选择热处理炉应考虑如下条件：即满足热处理工艺的要求，，，，，，保证品质和性能；；；；；；；选择合适的热源，，，，，，满足生产的需要；；；；；；；炉子结构简单、温度控制准确、耐用、投资少；；；；；；；自动化程度高，，，，，，生产效率高，，，，，，劳动条件好，，，，，，操作方便。。。。。。。

（1）普通铜及铜合金热处理炉

铜合金的常用的退火炉：按结构分有箱式炉、井式炉、步进式炉、车底式炉、辊底式炉、链式水封炉、单膛炉、双膛炉、罩式炉等。。。。。。。按生产方式分有：单体分批式退火炉、气垫式连续退火炉等。。。。。。。按炉内气氛分有无�；；；；；；；て胀嘶鹇⒂斜；；；；；；；ば云胀嘶鹇驼婵胀嘶鹇�，，，，，，按热源分有：煤炉、煤气炉、重油炉、电阻炉和感应炉等。。。。。。。淬火炉有立式、卧式和井式三种。。。。。。。

（2）常用的铜合金热处理炉

目前，，，，，，热处理炉方面发展的主要趋势：改进设计，，，，，，寻找新工艺，，，，，，提高热利用效率；；；；；；；采用低温或高温快速退火，，，，，，减少氧化、脱锌；；；；；；；采用�；；；；；；；ば云逋嘶鸷颓恐蒲吠ǚ�，，，，，，使之快速加热、温度均匀，，，，，，提高退火产品品质；；；；；；；增强封闭效果，，，，，，简化工序提高集成度和连续化水平。。。。。。。

气垫式炉是现代常用的铜合金单条带材的退火炉，，，，，，有在线退火，，，，，，也有单独退火。。。。。。。现在的气垫式退火炉，，，，，，往往将酸洗、水洗、烘干、表面涂层、钝化处理等结合在一起。。。。。。。它和钟罩式退火炉比，，，，，，炉温高、退火时间短，，，，，，可以实现高温快速退火，，，，，，如对厚0.05~1.5mm的带材，，，，，，只需几秒钟的加热时间，，，，，，对于厚带也只需一分多钟。。。。。。。加热速度可调、加热均匀，，，，，，退火表面品质好，，，，，，组织性能均匀。。。。。。。

气垫式炉退火带材的***大厚度和***小厚度之比为10：15，，，，，，***大宽度和***小宽度之比为2，，，，，，同一条带厚与宽的比小于1/250。。。。。。。目前，，，，，，可实现厚度0.05~1.5mm，，，，，，宽度250~1100mm带材的退火，，，，，，退火速度为(4~100)m/min，，，，，，生产能力5t/h，，，，，，热效率85%，，，，，，热源采用电或燃气加热均可。。。。。。。

气垫式炉由开卷、焊接、脱脂、炉子、酸洗、剪切、卷取及辊、控制辊、活套塔等组成。。。。。。。

气垫式退火炉是连续热处理的新技术。。。。。。。它是将带材通过炉子时，，，，，，上下表面被均匀喷射的高温气流托起悬浮在热处理炉中，，，，，，上下喷气相距80mm，，，，，，被托浮的带材达到无接触。。。。。。。为了退火连续的进行，，，，，，设有两套开卷机和两套卷取机。。。。。。。为提高带材表面品质，，，，，，清除带材表面的轧制油或乳液，，，，，，带材进入退火炉要经过脱脂、水洗和干燥。。。。。。。在退火纯铜或青铜带材时，，，，，，为带材的表面不发生氧化，，，，，，也不进行酸洗，，，，，，加热区和冷却区要充入成分为2%~5%H2，，，，，，含95%~98%N2的�；；；；；；；て�。。。。。。。在退火黄铜带材时，，，，，，加热区和冷却区不充�；；；；；；；ば云�，，，，，，但需要进行酸洗、水洗和干燥。。。。。。。对某些特殊用途的铜合金，，，，，，退火后进行涂层和干燥。。。。。。。为了防止带材跑偏，，，，，，在加热区和冷却区上下两排的喷嘴处设有光电对中装置和纠偏辊，，，，，，带材卷取后的边缘不齐率小于±1mm。。。。。。。有的气垫式退火连续炉还带张力矫平装置。。。。。。。采用气垫式连续炉大大提高了表面品质和制品组织性能的均匀度。。。。。。。

6.酸洗与表面清理

01.酸洗

酸洗工艺

在铜合金热轧和热处理的加工过程中，，，，，，板坯或带坯的表面容易发生氧化，，，，，，为了清除表面的氧化皮，，，，，，需酸洗。。。。。。。通常酸洗程序是：酸洗-冷水洗-热水洗-烘干。。。。。。。对于目前采用的酸洗机列工作过程也是要经过这个程序。。。。。。。

生产车间的酸洗工艺有如下要求：对材料表面酸洗要干净，，，，，，采用有效的酸和酸液的浓度，，，，，，酸洗时间要短，，，，，，酸液的利用效率高，，，，，，要有防污染的措施，，，，，，以及注意对人身体的防护，，，，，，考虑废液及产物的回收再利用。。。。。。。

酸洗时主要采用硫酸或与硝酸混合的水溶液，，，，，，反应过程是：氧化皮被溶解，，，，，，或被化学反应所生成的气体（氢气的气泡）将氧化皮机械作用而剥离。。。。。。。铜及铜合金与酸液的化学反应式如下：

CuO+H2SO4→CuSO4+H2O

Cu2O+H2SO4→Cu+CuSO4+H2O

Cu+2HNO3→Cu(NO3)2+H2

铜及其合金的表面氧化，，，，，，***外层是氧化铜CUO，，，，，，在氧化铜的里面是氧化亚铜Cu2O，，，，，，氧化亚铜在硫酸中的溶解是很慢的。。。。。。。为了使表面处理的干净，，，，，，加速氧化亚铜的溶解，，，，，，要在硫酸溶液中加入适量的氧化剂重铬酸钾K2Cr2O7，，，，，，或硝酸HNO3。。。。。。。但这样会恶化劳动条件，，，，，，会使酸槽的寿命降低。。。。。。。其化学反应式为：

K2Cr2O7+2H2SO4+3Cu2O→CuSO4+Cu5(CrO4)2+2H2O+K2SO44HNO3+H2SO4+CuO→CuSO4+Cu(NO3)2+2NO2+3N2O

对于表面不易洗净的纯铜、青铜、锌白铜等合金，，，，，，以及含Be、Si、Ni的铜合金，，，，，，与稀酸液作用缓慢，，，，，，可加入0.5%~1%的重铬酸钾。。。。。。。有的为了净化油污和强化酸洗效果，，，，，，在酸洗液中再加0.5%~1%的盐酸或氢氟酸。。。。。。。

酸洗时间与酸洗液的浓度及温度有关。。。。。。。一般酸洗液的浓度为5%~20%，，，，，，温度为30~60℃，，，，，，时间为5~30min。。。。。。。具体可根据酸洗的效果调整，，，，，，如夏天多为室温，，，，，，冬天用蒸汽加热，，，，，，纯铜取上限，，，，，，黄铜取下限。。。。。。。酸液浓度、温度愈高，，，，，，产生酸雾愈厉害，，，，，，对设备、环境、劳动条件等恶化越严重。。。。。。。为了减少烟雾的污染，，，，，，常在酸洗液中加入一定量的缓冲剂，，，，，，且尽量采用低温酸洗。。。。。。。

酸洗时产生的缺陷有：过酸洗、腐蚀斑点、残留酸迹、水迹等。。。。。。。过酸洗主要是酸液浓度大、温度高、时间长造成的，，，，，，过酸洗不但产生腐蚀斑点，，，，，，造成表面品质降低，，，，，，还会过分的损耗酸和金属。。。。。。。反之，，，，，，如果酸浓度、温度过低和时间过短，，，，，，氧化皮会清洗不彻底。。。。。。。残留酸迹、水迹主要是清洗不干净，，，，，，或干燥不及时、不彻底。。。。。。。为了实现快速酸洗，，，，，，提高表面品质，，，，，，出现了采用电解酸洗、超声波酸洗的新方法。。。。。。。

酸洗液在酸洗过程中，，，，，，浓度会不断的减小，，，，，，当酸液的硫酸含量小于50~100g/L，，，，，，含铜量大于8~12g/L时，，，，，，应及时补充新酸液或更换成新酸液。。。。。。。在配制新酸液时，，，，，，必须先放水后加酸以确保安全。。。。。。。酸槽中严禁使用铁制工具，，，，，，以防板带表面产生斑点。。。。。。。更换下来的废酸液可用氨中和处理，，，，，，提取硫酸铜、铜粉及制成微量元素化肥，，，，，，也可用电解法获得再生铜和再生酸液。。。。。。。配制酸液时用波美计测量酸的比重。。。。。。。

02.表面清理

表面清理的方法很多，，，，，，酸洗就是其中的一种常用的化学方法清理。。。。。。。常用的还有机械清理方法，，，，，，如表面清刷机清刷和手工修理。。。。。。。

(1)表面清刷机清刷和手工修理

其目的是清除轧件表面在酸洗后残存的氧化铜粉和酸迹，，，，，，以提高表面品质。。。。。。。常用的表面清刷机有：单辊清刷机和双辊清刷机，，，，，，如图1所示。。。。。。。

单辊清刷机每次只能清刷一个表面，，，，，，每个刷辊有一个支撑辊，，，，，，起压紧作用，，，，，，刷辊的线速度为0.6~6m/s，，，，，，压紧辊的进给速度为0.2~0.8m/s，，，，，，刷辊的线速度比压紧辊的线速度大3~10倍。。。。。。。刷辊的回转方向与压紧辊的进给方向相同或相反。。。。。。。刷辊可采用棕、尼龙丝、钢丝、锡磷青铜丝等材料制成，，，，，，刷辊直径约200~300mm。。。。。。。对于双辊清刷机可以同时清刷上下两个表面。。。。。。。湿刷时可以避免氧化铜粉飞扬，，，，，，但刷丝材料要避免腐蚀及生锈。。。。。。。干刷时应设置收尘器，，，，，，回收氧化铜粉。。。。。。。

轧件表面局部氧化铜粉、变色、水渍和斑点，，，，，，可用钢丝刷或砂纸清擦去除，，，，，，表面上的麻坑、裂纹、起皮、压坑及夹灰等缺陷，，，，，，用刮刀修理。。。。。。。

为了防止表面氧化变色，，，，，，有时采用抑制剂进行表面处理。。。。。。。用铬酸盐可以作为有效的防锈处理剂，，，，，，但+6价的铬酸有毒，，，，，，会污染环境。。。。。。。现在，，，，，，采用一种有机抑制剂，，，，，，苯并三氮唑(BTA，，，，，，C6H5N3)，，，，，，通过BTA的处理，，，，，，在铜合金表面上形成�；；；；；；；てつ�，，，，，，即CuBTA皮膜。。。。。。。其厚度和形态因BTA处理液的温度、pH值及合金的种类而不同，，，，，，这种方法适用于清洁环境下处理，，，，，，在腐蚀环境下效果不理想。。。。。。。目前，，，，，，为除掉铜表面的氧化物及表面污染的基体，，，，，，仍然采用铬酸处理。。。。。。。

（2）压光

对于要求表面光洁度高的产品，，，，，，有时采用压光或抛光的工序。。。。。。。通常采用辊轧机进行压光，，，，，，辊径较大，，，，，，轧制速度较低，，，，，，辊面的光洁度非常高，，，，，，压光时的压下量总加工率为3％~10%。。。。。。。通过多道次压光，，，，，，可使产品的表面接近辊面的光洁度。。。。。。。压光时，，，，，，使用的润滑油要求很高，，，，，，黏度很小，，，，，，如白油、煤油等。。。。。。。

（3）抛光

表面抛光是采用尼龙辊或亚麻辊的辊式抛光机，，，，，，结构与双辊清刷机相似。。。。。。。尼龙辊为二对或三对，，，，，，抛光时喷注抛光剂及粒度为3.5~5μm的滑石粉，，，，，，抛光剂是水和Cr2O3的混合物，，，，，，比例为10:1。。。。。。。

来源：材易通

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