紫铜（即纯铜)具有优良的导电、导热性和塑性及良好的耐腐蚀性,在电子工业,仪器仪表和高压开关等工业中有广泛的应用。工业生产中,对紫铜制件的表面硬度和内部晶粒度要求比较苛刻,通常的退火处理工艺难以满足要求。高压开关元件———触指(如图1所示)。锻造生产过程中,由于其使用工况的特殊性,厂方对其组织性能和硬度指标有极严格的要求:合格的元件要求组织晶粒细小,硬度达到HB70以上。应用通常的退火处理工艺,会出现一些如晶粒粗大、硬度不够等缺陷,严重影响元件的寿命和工作效率。为解决此难题,我们对紫铜在各温

  度下的退火处理工艺进行了研究。通过试验,观察了试样的金相组织结构,测定了试样硬度,作出了硬度曲线,掌握了T2紫铜在不同温度下退火处理的金相组织及其硬度变化规律,并对紫铜的微观组织作了一定的研究和分析说明,分别从晶粒度和硬度两方面综合考虑,找到了***佳的退火处理工艺方案,为触指零件的生产做好准备.

  一、材料制备及实验方法

  (一)试验材料与设备

  试验中采用T2紫铜作试验材料,其化学成分如表1。

  取试样ф12× 15的铜棒,经50%拉拔变形,28个,分7组。经退火处理后,每组中两个进行力学性能试验,两个进行金相试验,取其平均值。试验设备: OLYMPUS(PMG3型)光学金相显微镜及IAS-4图像分析仪系统;箱式电阻炉;布氏硬度实验机(HB3000)。

 (二)试验方法

  退火处理工艺如表2所示。

  二、试验结果及分析

  (一)力学性能

  测量试样的布氏硬度,测量结果见表3和图2。由图表可知,退火处理使紫铜的硬度有所降低,其中在300℃ ～ 360℃区域,硬度曲线陡直,硬度随退火温度的升高而快速降低;360℃ ～ 550℃区域,硬度曲线开始变缓,退火温度升高对材料的硬度影响变小;550℃ ～ 720℃区域,硬度曲线近似平行与温度轴线,即这一阶段退火温度对材料硬度变化的影响微弱。

  变形退火影响紫铜硬度的主要因素是晶粒度。由于细晶强化的作用,晶粒越细,强度越高。通常用晶界位错塞积模型,位错塞积后,便对晶粒中间的位错源有一反作用力或背应力,这个反作用力随位错塞积的数目而增大,当增大到某一数值时,可使位错源停止动作。细晶粒的反作用力大,因为离位错源近,这样,当细晶粒中心的位错源已***停止时,粗晶粒中心的位错源还在不断的放出位错。因此,粗晶粒周围塞积位错多,产生的应力集中较大,更容易使相邻晶粒的位错源开动,因而粗晶粒的屈服强度低,即在较低的外力下就开始塑性变形,因而强度较低。

  (二)金相组织

  用3%FeCL3+ 10%HCL水溶液作腐蚀剂侵蚀金相试样后,观察结果如图3所示。实验表明,退火

温度低时,保温时间的影响较小;若退火温度高时则保温时间对晶粒度影响较大。所以在高温下退火应尽量缩短保温时间,以避免晶粒粗大。为了避免出现再结晶织构,退火前的冷变形度不应大于40%～60%。冷变形度大,退火温度越高,再结晶织构越明显。从金相试验照片可看出,400℃退火与700℃退火后金相组织有很大差别,前者比后者组织要细很多,适合压力加工。

  影响晶粒度大小的因素主要有:退火温度,保温时间。实际晶粒度的大小,取决于具体的加热温度和保温时间,但主要取决于加热温度。在某一加热温度下,随保温时间的延伸晶粒不断长大,但长大到一定尺寸后,晶粒长大就极其缓慢了。在***高加热温度相同时,加热速度越快,晶粒越小。这是因为:加热速度快,转变温度高,形核率越高,大于长大速度的增加,使起始晶粒度细小;另外快速加热,保温时间短,晶粒来不及长大,***终获得的晶粒度也细小。

  三、结束语

  退火处理能改变紫铜组织晶粒度大小,从而影响紫铜的力学性能,提高其强度和硬度。由于退火温度不同,导致紫铜的微观组织和硬度不同。退火温度低的硬度高,组织细密,不易于压力加工;退火温度高的硬度低,组织粗大,易于压力加工。我们的目的是找一个***佳退火温度,确保晶粒细小且硬度适中。从硬度———温度曲线,可以找出适当的硬度对应的温度区间;再利用金相组织照片,可以找出适当晶粒度的温度区间,两者的交集,便是紫铜的***佳退火温度。由图表和金相照片可知:390℃退火处理,是紫铜用于锻造时前处理的***温度。