宣布时间：2020-11-12点击：4256
一、热处理要领
1.概述
铜合金的热处理主要是加热和差别目的的退火 ，只有个体牌号的合金 ，如铍青铜可进行淬火、回火热处理 。差别目的的退火有：软化退火、制品退火和坯料退火 。
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 。冷轧后的合金爆发纤维组织并爆发加工硬化 ，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 。
制品退火：即冷轧到制品尺寸后 ，通过控制退火温度和保温时间来获得差别状态和性能的***后一次退火 。制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获得较好的深冲性能制品等 。制品退火除再结晶温度以上退火 ，另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爆发的硬化 ，以及通过退火使组织均匀为目的的热处理要领 。淬火一回火（时效）：即对某些具有能溶解和析出的以及爆发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要领 。
2.退火
退火工艺制度是凭据合金性质、加工硬化水平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、加热速度和冷却方法 。退火工艺制度简直定应满足如下三方面的要求：
①包管退火质料的加热均匀 ，以包管质料的组织和性能均匀；②包管退火质料不被氧化 ，外貌灼烁；
③节约能源 ，降低消耗 ，提高制品率 。因此 ，铜材的退火工艺制度和所接纳的设备应能具备上述条件 。如炉子设计合理 ，加热速度快 ，有掩护气氛 ，控制精确 ，调解容易等 。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、硬化水平外 ，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；对制品退火则偏重于包管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：要凭据合金性质、装料量、炉型结构、传热方法、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 ，半制品的中间退火 ，大都接纳快速升温；关于制品退火、装料量少、厚度薄 ，都接纳慢速升温 。
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 。保温时间是以包管退火质料均匀热透为准 。
冷却方法：制品退火大都是进行空冷 ，中间退火有时可接纳水冷 ，这关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 。为了坚持好的淬火效果 ，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 ，太快会爆发剩余应力或裂纹 。回火(时效)时主要包管强化粒子析出均匀和漫衍状态等 。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
凭据热处理时炉内介质与质料外貌作用的特点 ，把热处理分为普通（即空气为介质）热处理 ，掩护性气氛热处理（即通常称的灼烁退火）和真空热处理 。
（1）火焰加热炉气氛
这是一种老式的普通热处理方法 ，是接纳如煤气等为燃料的燃烧加热 。
氧化性气氛 ，就是燃料在过�？掌那榭鱿氯忌� ，使炉内有较多的氧 。
还原性气氛 ，燃烧历程中炉内空气缺乏 ，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 。
炉内气氛的控制是凭据合金的性质和技术要求来进行的 。铜及铜合金一般都不必氧化性气氛 ，因为不但破坏外貌品质、氧化烧损大 ，并且合金内的低熔点的身分 ，如Sn、Pb、Sn、Zn、Cd等容易被蒸发等 。因此 ，大多接纳还原性或中性炉内气氛 。关于热处理时容易吸氢爆发“氢脆”、渗硫的合金通常接纳微氧化气氛 ，如含镍的合金、纯铜等 。火焰加热炉将逐渐被电加热、掩护气体连续加热的退火炉所取代 。
（2）掩护性气氛
由于密封技术和掩护性气体制造技术的进步 ，现在大多是接纳掩护性气氛中加热 。掩护性气体身分要求在加热时与合金不爆发反应；对炉子的部件、热电偶、电阻器件无侵蚀作用；身分稳定 ，制造简单、供应便当 。
掩护性气氛加热大多接纳电加热方法 。是20世纪90年代后接纳电感应加热的连续退火炉 ，都是用掩护性气氛、强制循环风式在线退火 ，简化了工序 ，提高了外貌品质和生产效率 。已往的掩护性气氛是接纳氮、二氧化碳 ，煤气燃烧后的净化气体或水蒸气等 ，由于炉子的密封性差 ，使用的掩护气体浓度低、本钱高等原因 ，没有取得满意的效果 。现在的掩护气体身分 ，主要是氮加氢 。凭据差别的合金接纳差别的氮、氢比 ，加氢掩护对黄铜尤为有效 。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 ，使退火质料加热均匀 ，包管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 ，提高了外貌品质 。
制造掩护性气体的几种要领：
①氨剖析气体：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 。这种掩护性气体适用于黄铜的退火 。按盘算lkg氨可生成1.97m3的氢和0.66m3的氮 。
②氨剖析气体燃烧净化：如果需要降低氨的比例 ，可烧掉部分氢 ，在燃烧历程中增加氮 。
③氨剖析气体加入空分氮（或液氮汽化） ，经净化后送入炉内 ，可凭据需要获得差别比例的氢加氮的掩护性气体 。
④用量较少时 ，可用瓶装氮和瓶装氢做掩护性气体 。
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 ，接纳了无油压缩机 ，氮中含氧小于5×10-6 ，***为-65℃ 。这关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 ，退火质料不与任何介质接触的一种退火方法 。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 ，接纳电加热 ，外热式真空炉结构简单 ，容易制造 ，装出料便当 。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 ，热处理质料也放在炉胆内 ，常接纳钨、钼、石墨等质料作加热元件 。特点是升温快、加热温度高、炉胆寿命长 。但炉的结构庞大 ，投资大 ，降温慢 。接纳真空退火时 ，纯铜接纳（10-1~10-2）×133.3Pa ，大多铜合金接纳（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℃以下才华破幻魅真空 ，避免退火料氧化 。近年来 ，铜合金的热处理不推荐接纳真空退火 ，因为真空是热的不良导体 ，它只靠热辐射传热 ，特别是外貌灼烁的质料 ，以辐射加热更是困难 。除了热效率低外 ，还难于获得性能均匀的热处理制品 。因此 ，有逐渐被掩护气氛、气垫式连续退火所取代 。
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 ，包管品质和性能；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；自动化水平高 ，生产效率高 ，劳动条件好 ，操作便当 。
（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 。按生产方法分有：单体分批式退火炉、气垫式连续退火炉等 。按炉内气氛分有无掩护气氛退火炉、有掩护性气氛退火炉和真空退火炉等 ，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 ，热处理炉方面生长的主要趋势：革新设计 ，寻找新工艺 ，提高热利用效率；接纳低温或高温快速退火 ，减少氧化、脱锌；接纳掩护性气体退火和强制循环通风 ，使之快速加热、温度均匀 ，提高退火产品品质；增强关闭效果 ，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、外貌涂层、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 ，关于厚带也只需一分多钟 。加热速度可调、加热均匀 ，退火外貌品质好 ，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 ，退敏捷度为(4~100)m/min ，生产能力5t/h ，热效率85% ，热源接纳电或燃气加热均可 。
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 ，上下外貌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 ，被托浮的带材抵达无接触 。为了退火连续的进行 ，设有两套开卷机和两套卷取机 。为提高带材外貌品质 ，清除带材外貌的轧制油或乳液 ，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 ，为带材的外貌不爆发氧化 ，也不进行酸洗 ，加热区和冷却区要充入身分为2%~5%H2 ，含95%~98%N2的掩护气体 。在退火黄铜带材时 ，加热区和冷却区不充掩护性气体 ，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 。为了避免带材跑偏 ，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 ，带材卷取后的边沿不齐率小于±1mm 。有的气垫式退火连续炉还带张力矫平装置 。接纳气垫式连续炉大大提高了外貌品质和制品组织性能的均匀度 。
6.酸洗与外貌清理
01.酸洗
酸洗工艺
在铜合金热轧和热处理的加工历程中 ，板坯或带坯的外貌容易爆发氧化 ，为了清除外貌的氧化皮 ，需酸洗 。通常酸洗程序是：酸洗-冷水洗-热水洗-烘干 。关于目前接纳的酸洗机列事情历程也是要经过这个程序 。
生产车间的酸洗工艺有如下要求：对证料外貌酸洗要洁净 ，接纳有效的酸和酸液的浓度 ，酸洗时间要短 ，酸液的利用效率高 ，要有防污染的步伐 ，以及注意对人身体的防护 ，考虑废液及产品的接纳再利用 。
酸洗时主要接纳硫酸或与硝酸混淆的水溶液 ，反应历程是：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
铜及其合金的外貌氧化 ，***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 。为了使外貌处理的洁净 ，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
关于外貌不易洗净的纯铜、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 。具体可凭据酸洗的效果调解 ，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 ，爆发酸雾愈厉害 ，对设备、情况、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 ，且尽量接纳低温酸洗 。
酸洗时爆发的缺陷有：过酸洗、腐化黑点、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 ，过酸洗不但爆发腐化黑点 ，造成外貌品质降低 ，还会太过的损耗酸和金属 。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、水迹主要是清洗不洁净 ，或干燥不实时、不彻底 。为了实现快速酸洗 ，提高外貌品质 ，泛起了接纳电解酸洗、超声波酸洗的新要领 。
酸洗液在酸洗历程中 ，浓度会不绝的减小 ，当酸液的硫酸含量小于50~100g/L ，含铜量大于8~12g/L时 ，应实时增补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宁静 。酸槽中严禁使用铁制工具 ，以防板带外貌爆发黑点 。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丈量酸的比重 。
02.外貌清理
外貌清理的要领许多 ，酸洗就是其中的一种常用的化学要领清理 。常用的另有机械清理要领 ，如外貌清刷机清刷和手工修理 。
(1)外貌清刷机清刷和手工修理
其目的是清除轧件外貌在酸洗后剩余的氧化铜粉和酸迹 ，以提高外貌品质 。常用的外貌清刷机有：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外貌 ，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 。刷辊的回转偏向与压紧辊的进给偏向相同或相反 。刷辊可接纳棕、尼龙丝、钢丝、锡磷青铜丝等质料制成 ，刷辊直径约200~300mm 。关于双辊清刷机可以同时清刷上下两个外貌 。湿刷时可以制止氧化铜粉飞扬 ，但刷丝质料要制止腐化及生锈 。干刷时应设置收尘器 ，接纳氧化铜粉 。
轧件外貌局部氧化铜粉、变色、水渍和黑点 ，可用钢丝刷或砂纸清擦去除 ，外貌上的麻坑、裂纹、起皮、压坑及夹灰等缺陷 ，用刮刀修理 。
为了避免外貌氧化变色 ，有时接纳抑制剂进行外貌处理 。用铬酸盐可以作为有效的防锈处理剂 ，但+6价的铬酸有毒 ，会污染情况 。现在 ，接纳一种有机抑制剂 ，苯并三氮唑(BTA ，C6H5N3) ，通过BTA的处理 ，在铜合金外貌上形成掩护皮膜 ，即CuBTA皮膜 。其厚度和形态因BTA处理液的温度、pH值及合金的种类而差别 ，这种要领适用于清洁情况下处理 ，在腐化情况下效果不睬想 。目前 ，为除掉铜外貌的氧化物及外貌污染的基体 ，仍然接纳铬酸处理 。
（2）压光
关于要求外貌光洁度高的产品 ，有时接纳压光或抛光的工序 。通常接纳辊轧机进行压光 ，辊径较大 ，轧制速度较低 ，辊面的光洁度很是高 ，压光时的压下量总加工率为3％~10% 。通过多道次压光 ，可使产品的外貌接近辊面的光洁度 。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
外貌抛光是接纳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的混淆物 ，比例为10:1 。
来源：材易通
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