熱處理對磷銅合金組織性能影響研究

（銅陵有色股份線材有限公司，安徽 銅陵 244000）

隨著社會的發展以及人口的逐漸增多，人們對各種資源的需求越來越多，其中對合金材料的需求尤為明顯，因為合金材料在機械制造領域有著不可替代的作用，而機械制造又是人類社會中最重要的行業之一，它關系著國家的建設和人類的發展。但是合金材料不能夠直接投入市場，被人們直接使用，需要對其進行加工、處理，其中熱處理工藝是人們最常用的手段之一。熱處理是指金屬材料在固態下，通過加熱、保溫和冷卻的手段，改變材料表面或內部的化學成分與組織，獲得所需性能的一種金屬熱加工工藝[1]。熱處理是機械零件和工模具制造過程中的重要工序之一。它的處理過程一般分為三個步驟：加熱、保溫、冷卻，特殊情況下，有的會直接跳過保溫步驟，直接進行最后一步——冷卻處理。熱處理工藝最大的優勢是在不改變金屬工件的形狀和整體化學元素構成的情況下，最大程度的提高其使用性能[2]。熱處理工藝是一種傳統的金屬加工工藝，在我國，它有著悠久的歷史，最早可以追溯到石器時代。本文以磷銅合金為例，探討熱處理工藝對其組織性能產生的影響，以期為合金金屬的處理工作提供一些指導和借鑒。

1 試驗制備及試驗方法

（1）試樣制備。文章中試驗所需的磷銅合金材料的成分配比如表1所示。

表1 磷銅合金材料成分配比（%）

所需要的設備和材料有電解銅板（Cu＞99.99%）、電解磷板（P＞99.99%）、和混合稀土。文章采用中頻真空感應爐對磷銅合金原料進行熔煉。在試驗的過程中，要保證磷和稀土的含量不變，然后加入不同含量的電解銅，經過真空—熔化—靜置—澆鑄等熔煉流程，澆鑄成直徑為10厘米的試棒，最后把試棒切割、加工成長、寬、高分別為1厘米的正方體試樣，然后降溫等待試驗的進行。試驗的目的主要是分析經過熱處理后，磷銅合金的力學性能和硬度。

（2）試驗方法。先把15個正方體試樣分成3組，每組5個正方塊試樣；其次把3組試樣分別投入溫度為870℃、900℃和930℃的中頻感應爐中進行2小時的保溫固溶處理；然后，再把經過一次固溶處理過的3組試樣進行2小時的保溫時效處理，保溫溫度分別為450℃、500℃、550℃以及600℃，在鑄態及固溶+時效的過程中，所需要的設備有MEF3光學顯微鏡、JSM-6700E型掃描電鏡、N R-H 100布洛維硬度計。涉及到的輔助劑（侵蝕液）有：5克的FeCl3、10毫升的鹽酸、100毫升的無水乙醇。

2 實驗結果與分析

（1）力學性能。力學性能是指材料在不同條件下，例如在各種外力（拉伸、壓縮、彎曲、扭轉、沖擊、交變應力等）的作用下，所表現出的力學特征，其中硬度大小是力學性能強弱最有利的證明。磷銅合金金屬硬度的變化主要受兩種因素的影響，其一是固溶溫度，其二是時效溫度。現在，先分析固溶溫度對硬度的影響情況。在保證其它條件不變的情況下，對鑄態及不同溫度固溶處理后的磷銅金屬試樣進行硬度測試，它的硬度變化情況如圖1所示。從圖1中可以看出，從最初的鑄態開始，磷銅合金試樣的硬度隨著固溶溫度的升高在不斷降低。試樣澆鑄后，隨溫度降低析出k相，隨固溶溫度升高，析出的k相溶解到基體中，析出物數量減少，硬度降低。

圖1 鑄態及不同溫度固溶處理的硬度變化情況

其次，分析時效溫度對磷銅合金硬度的影響情況、在保證其它條件都相同的情況下，調整時效溫度，其硬度變化情況如圖2所示。從圖2中可以看到，隨著時效溫度的不斷升高，磷銅合金金屬的硬度也在不斷提高，但是是有一定的范圍限制的，550℃是一個臨界點，當時效溫度超過這個臨界點，其硬度會下降。

圖2 不同固溶-時效溫度下硬度的變化

（2）金相組織。把3組試樣進行固溶處理后，經過MEF3光學顯微鏡和JSM-6700E型掃描電鏡的觀察，發現在不同固溶溫度下，其金相組織如圖3所示。從圖中可以看出，固溶溫度越高，k相就越少，磷銅合元素固溶在基體中。

圖3 鑄態和不同溫度固溶處理后的金相組織

如圖4所示，在不同時效溫度下，金相組織的分布情況。從圖中我們可以看到，當溫度不斷升高時，未溶鑄態析出相的數量在逐漸減少，且析出相在基體上的分布更均勻。但是在相同時效溫度下，固溶溫度高析出相多。因此，未溶析出相及固溶析出相的分布及數量影響了合金的硬度。

圖4 鑄態和不同時效溫度下固溶處理后的金相組織

3 結語

綜上所述，合金材料在人們的日常生產、生活中應用的越來越廣泛。但在應用之前，需要對其進行加工處理，文章通過對磷銅合金進行熱處理后，研究其產生的變化，得到了如下結論：首先，磷銅合金的硬度會隨著固溶溫度的升高而降低；其次，磷銅合金的硬度會隨著時效溫度的升高而提高，但是是在550℃的范圍內，超過550℃，硬度則會降低。

[1]賴運金,張平祥,辛社偉,等.熱處理對WSTi3515S合金組織和性能的影響[J].稀有金屬材料與工程,2015,44(6):1469-1473.

[2]蔣路路,陳志浩,王剛,等.熔體過熱處理對CuAlFeNi合金組織及高溫力學性能影響[J].熱加工工藝,2015,16(7):64-66.