吳啟明，陳愛華

(中天合金技術(shù)有限公司，江蘇 南通 226001)

銅錳基合金釬料通常需要經(jīng)過熱加工、合金化、退火冷卻以及塑性加工等一系列工藝的處理，合金組織的成型性能對生產(chǎn)情況十分重要，而合金材料的性能組織同樣對塑性加工過程存在很大的影響[1-2]。為此，本文選擇不同溫度對熱軋加工后銅錳合金材料進(jìn)行退火冷卻處理，旨在分析不同退火溫度下銅錳合金板材的性能組織發(fā)生的變化，從而為該類合金的塑性加工處理及實(shí)際應(yīng)用提供相關(guān)借鑒。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

本次實(shí)驗(yàn)所選用的銅錳合金板材均經(jīng)過熱軋開坯加工處理，板材厚度為3.0 mm，合金中主要化學(xué)成分包括銅56%～58%、錳32%～33%、鈷10%～11%、鐵0.5%～1.0%。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)設(shè)備及工具：箱式電阻爐、鹽酸—硝酸鐵水溶液、光學(xué)顯微鏡、電子拉伸機(jī)。

方法及流程：采用箱式電阻爐在不同溫度下對銅錳合金板材進(jìn)行退火處理，設(shè)定溫度從低到高漸變5個(gè)層級，分別為650，700，750，800，850℃，設(shè)定時(shí)間為1.0 h；采用鹽酸—硝酸鐵水溶液100 mL進(jìn)行金相試樣制備，腐蝕時(shí)間控制在15～30 s之間，采用光學(xué)顯微鏡對合金板材組織進(jìn)行觀察；通過電子拉伸機(jī)開展室溫拉伸試驗(yàn)，控制拉伸速度為1.0 mm/min，參照ASTM E8[3-5]拉伸試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 銅錳合金熱軋狀態(tài)下顯微組織

銅錳合金熱軋狀態(tài)下顯微組織見圖1。

圖1 銅錳合金熱軋狀態(tài)下顯微組織

從圖1a中的組織紋路來看，經(jīng)過熱軋?zhí)幚砗?，因合金組織處于回復(fù)中，因而未再出現(xiàn)顯著的結(jié)晶現(xiàn)象，可見條狀與絮狀組織存在。從圖1b中的組織紋路來看，有較多的化合物粒子，且該粒子尚未溶解，同時(shí)有少量的腐蝕性小坑存在。

2.2 銅錳合金退火狀態(tài)下顯微組織

銅錳合金退火狀態(tài)下顯微組織見圖2。

圖2 銅錳合金退火狀態(tài)下顯微組織

從圖2能看出，當(dāng)淬火溫度逐步提升時(shí)，銅錳合金板材的再結(jié)晶現(xiàn)象越來越明顯。淬火溫度為650℃時(shí)，銅錳合金組織處于回復(fù)過程，原本熱軋態(tài)下的板條狀組織逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樾鯛罱M織，且呈現(xiàn)出彌散性分布；淬火溫度為700℃時(shí)，出現(xiàn)不完全再結(jié)晶現(xiàn)象，且多數(shù)晶粒分布散亂、狀態(tài)細(xì)?。淮慊饻囟葹?50℃時(shí)，出現(xiàn)完全再結(jié)晶現(xiàn)象，并體現(xiàn)出接近于純銅性質(zhì)的退火組織，此時(shí)合金中絮狀組織較之前明顯有所減少；淬火溫度為800℃時(shí)，晶粒明顯變大，未見絮狀組織，但可見較少的MnCo化合物粒子存在且尚未溶解；淬火溫度為850℃時(shí)，晶粒體形態(tài)更大粗大，此時(shí)MnCo化合物粒子已經(jīng)徹底消溶。

2.3 銅錳合金冷卻狀態(tài)下顯微組織

銅錳合金冷卻狀態(tài)下顯微組織見圖3。

隨爐冷卻后，銅錳合金中沿軋制方向可見絮狀組織的大量分布。爐冷溫度為600℃時(shí)，絮狀組織多散亂分布，且有片狀特點(diǎn)；爐冷溫度為650℃時(shí)，合金組織中絮狀更細(xì)長，呈緊密分散特點(diǎn)；爐冷溫度為700℃時(shí)，合金組織出現(xiàn)再結(jié)晶現(xiàn)象，且絮狀組織中有部分呈現(xiàn)為小塊狀形態(tài)分布；爐冷溫度為750～800℃時(shí)，合金組織中的絮狀組織從原本的細(xì)狀、長條狀逐漸粗大化。通過與圖2比較發(fā)現(xiàn)，當(dāng)合金處于高溫加熱狀態(tài)時(shí)，銅錳合金的元素出現(xiàn)擴(kuò)散、溶解現(xiàn)象。溫度上升的過程中，因合金絮狀組織不斷積累，從而呈現(xiàn)出粗大化分布。合金組織中元素逐漸增加，使得沿著軋制方向的剪切帶、變形組織在塑性時(shí)有所增加，最終造成大量變形帶的出現(xiàn)，且沿軋制方向規(guī)律分布。

圖3 銅錳合金冷卻狀態(tài)下顯微組織

2.4 銅錳合金熱處理后的力學(xué)性能變化

銅錳合金熱處理后的力學(xué)性能變化見圖4。

圖4 銅錳合金熱處理后的力學(xué)性能變化

銅錳合金在熱軋態(tài)下的抗拉強(qiáng)度最高達(dá)到731 MPa，屈服強(qiáng)度達(dá)到491 MPa，伸長率為23.4%。當(dāng)淬火溫度上升時(shí)，其抗拉強(qiáng)度緩慢下降；淬火溫度達(dá)到650℃時(shí)，銅錳合金屈服強(qiáng)度最大，高達(dá)733 MPa；淬火溫度超過650℃以后，屈服強(qiáng)度也逐漸下降；淬火溫度在650℃時(shí)，合金伸長率最小，而后隨溫度的上升呈現(xiàn)出顯著增強(qiáng)的趨勢，提示淬火溫度在800～850℃時(shí)，銅錳合金經(jīng)熱處理后具有良好的成型性能。相比于淬火冷卻，隨爐冷卻的合金抗拉、屈服強(qiáng)度均有所增強(qiáng)；爐冷溫度為650℃時(shí)，銅錳合金強(qiáng)度得到顯著增強(qiáng)，但其伸長率最低，僅有11.1%；而隨溫度的逐漸上升，抗拉、屈曲強(qiáng)度逐漸下降，而伸長率逐漸提高。由此可見，以800～850℃淬火方式處理時(shí)，合金板材塑性成型性能極佳。

3 結(jié) 論

工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中，純銅的工業(yè)應(yīng)用范圍一直很廣，而關(guān)于銅錳合金的研究與報(bào)道以往并不多見，近些年隨著我國經(jīng)濟(jì)與科技的快速發(fā)展，有關(guān)銅錳合金退火工藝處理方面的研究也逐漸增多。因銅錳合金具備良好的韌性、阻尼性和導(dǎo)電性等優(yōu)勢，在當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中具有十分重要的應(yīng)用價(jià)值。但該類合金釬料需要經(jīng)過一系列工藝處理成相應(yīng)規(guī)格的材料才能投入應(yīng)用，可見銅錳合金組織的成型性能如何直接影響到工業(yè)生產(chǎn)加工。

本文通過采用箱式電阻爐、光學(xué)顯微鏡等實(shí)驗(yàn)手段研究了不同溫度退火處理下的銅錳合金板材性能組織變化情況，所得結(jié)論陳述如下：

1)銅錳合金熱軋?zhí)幚砗?，合金組織處于回復(fù)狀態(tài)，觀察后可見條狀與絮狀組織。同時(shí)，化合物粒子較多且為未溶解形態(tài)，同時(shí)可有少量腐蝕性小坑；

2)銅錳合金淬火后，溫度逐步提升時(shí)，組織再結(jié)晶現(xiàn)象也更加明顯，絮狀組織隨溫度上升逐漸減少；

3)銅錳合金爐冷狀態(tài)下，沿軋制方向可見絮狀組織的大量分布。隨著溫度的上升，絮狀組織逐漸從散亂分布逐漸變?yōu)殚L條狀規(guī)律分布；

4)淬火溫度上升后，銅錳合金強(qiáng)度下降，但伸張率明顯得到提升；隨爐冷卻后，銅錳合金強(qiáng)度得到提升，但伸長率相對偏低。選擇800～850℃淬火方式處理時(shí)，銅錳合金板材具有優(yōu)良的塑性成型性能。