发布时间：2020-11-12点击：5709
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，，，，，�；；；；；；；ば云杖却恚赐ǔ３频墓饬镣嘶穑┖驼婵杖却怼� 。。。。 。。
（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；；；；；；；て辶尤鹊耐嘶鹇妗� 。。。。 。。
（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�；；；；；；；ば云罩屑尤取� 。。。。 。。�；；；；；；；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健� 。。。。 。。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А� 。。。。 。。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稹� 。。。。 。。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�；；；；；；；ば云濉� 。。。。 。。
④用量较少时，，，，，可用瓶装氮和瓶装氢做�；；；；；；；ば云濉� 。。。。 。。
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媸搅嘶鹚妗� 。。。。 。。
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�；；；；；；；て濉� 。。。。 。。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
