熱處理溫度對餐飲用H62黃銅組織性能的影響

方冬松

(中鋁洛陽銅加工有限公司，河南 洛陽 471039)

使用銅及銅合金制造的日常生活用品，在我國已有幾千年歷史。銅制品具有良好的節(jié)能、抗菌、凈化水質(zhì)、保護(hù)環(huán)境、預(yù)防老年癡呆、治療白癜風(fēng)、少年白發(fā)等功效[1]。用銅制造的火鍋是深受全國各民族喜愛的傳統(tǒng)產(chǎn)品。銅制造的生活用品具有結(jié)實(shí)耐用、無毒、傳熱快等優(yōu)點(diǎn)，并具美觀華麗之特點(diǎn)，廣泛用于家庭和餐館。

目前，餐飲用火鍋類銅器形狀差異化較大，對材料沖制性能有特殊要求，一般工藝生產(chǎn)的H62黃銅板在市場上無法完全滿足加工要求，出現(xiàn)沖裂和“橘皮”現(xiàn)象[2]的不良率較高，故使用特殊工藝生產(chǎn)的H62黃銅板來代替普通H62黃銅板。本文根據(jù)各類餐飲銅器不同的使用要求制定加工標(biāo)準(zhǔn)，選擇合理的工藝路線，進(jìn)行關(guān)鍵的熱處理控制，以滿足沖制時(shí)的適用性要求，最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

1 實(shí)驗(yàn)材料及方法

實(shí)驗(yàn)材料是厚度為1.0mm的H62黃銅帶，其化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)為，Cu 61.0～63.0，F(xiàn)e≤0.10，Pb≤0.08，Zn余量，雜質(zhì)含量≤0.5。試樣由鑄錠經(jīng)熱軋-銑面-冷軋-退火-精軋后獲得，其中熱軋初始溫度控制在830℃～890℃，終軋溫度不低于620℃。對試樣分別進(jìn)行480℃～ 560℃，保溫時(shí)間為2h的退火處理，并進(jìn)行力學(xué)性能測試和顯微組織觀察，然后進(jìn)行沖制試驗(yàn)。退火后金相試樣按照標(biāo)準(zhǔn)金相試樣法制樣，腐蝕液為硝酸鐵與無水乙醇溶液，采用ZEISS HAL100金相顯微鏡(OM)進(jìn)行微觀組織觀察。使用萬能拉伸試驗(yàn)機(jī)和維氏硬度儀對試驗(yàn)樣進(jìn)行力學(xué)性能測試。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 退火溫度對力學(xué)性能的影響

以1.0mm厚的H62材料為例，采用實(shí)驗(yàn)室高溫爐進(jìn)行軟化退火，試樣隨爐升溫至設(shè)定溫度480℃～ 560℃，保溫時(shí)間均為2h，室溫下空冷(AC)。不同退火溫度下的機(jī)械性能如圖1所示。

H62黃銅的再結(jié)晶溫度為300℃～330℃，試驗(yàn)退火溫度480℃～ 560℃為軟化退火。由圖1可以看出，材料抗拉強(qiáng)度是隨著退火溫度的升高而降低；延伸率從480℃至540℃逐漸升高，從540℃至560℃略微下降；硬度從480℃至540℃逐漸降低，從540℃至560℃下降較慢。

圖1 H62黃銅帶退火性能

2.2 退火溫度對金相組織的影響

圖2為 H62黃銅帶退火態(tài)組織，隨著退火溫度的逐漸增高，試樣中的晶粒逐漸變化。從金相上看，軋后試樣晶粒為加工變形組織，沿軋制方向拉長，深色β相分布在淺色的α相之間；退火溫度480℃～560℃的試樣組織均為再結(jié)晶組織，560℃的試樣α相晶粒平均尺寸為75μm，部分α相晶粒尺寸超過110 μm。由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，晶粒尺寸隨著退火溫度的升高而增大，當(dāng)退火溫度超過一定溫度時(shí)，晶粒繼續(xù)長大，但尺寸均勻性變差。

(a)原始試樣；(b)480℃×2h，(c)520℃×2h，(d)530℃×2h，(e)540℃×2h，(f)560℃×2h

當(dāng)退火溫度在480℃時(shí)，由于結(jié)晶動(dòng)力小，晶粒長大較慢，晶粒細(xì)小，α相晶粒平均尺寸小于20μm，β相細(xì)小且方向性較強(qiáng)，材料各向異性大(圖2(b))。當(dāng)退火溫度為520℃～550℃時(shí)，α相晶粒長大均勻，α相晶粒平均尺寸為20μm～65μm，材料的方向性不明顯(圖2(c)(d)(e))。當(dāng)退火溫度超過560℃后，晶粒迅速長大，部分出現(xiàn)二次結(jié)晶，晶粒反常長大且不均勻(圖2(f))。

2.3 退火溫度對沖制性能的影響

分別對480℃×2h試樣、500℃×2h試樣、510℃×2h試樣、520℃×2h試樣、530℃×2h試樣、540℃×2h試樣、550℃×2h試樣、560℃×2h試樣進(jìn)行沖制試驗(yàn)。沖制結(jié)果顯示，480℃×2h試樣直接沖制時(shí)，沖制品邊部有沖裂現(xiàn)象，裂口較大；500℃×2h、510℃×2h試樣直接沖制時(shí)，沖制品邊部有沖裂現(xiàn)象，裂口較小，在加工過程中增加一次沖制工序，才能保證試樣在沖制過程中不裂；520℃×2h、530℃×2h、540℃×2h試樣直接沖制，沖制品表面及邊部良好；560℃×2h試樣直接沖制時(shí)，沖制品表面粗糙，出現(xiàn)“橘皮”現(xiàn)象。

由圖2及實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)退火溫度(480℃～510℃)較低時(shí)，H62黃銅帶材組織中β相沿軋制方向呈長條狀分布，帶材直接沖制時(shí)，沖制品邊部出現(xiàn)裂口，需要增加一道沖制工序，才能實(shí)現(xiàn)H62黃銅帶不沖裂；沖制適用性不好，沖裂位置集中出現(xiàn)在軋制方向0°和90°。從力學(xué)性能上看，同一溫度處理的0°、45°、90°試樣，45°處的抗拉強(qiáng)度最低，延伸率最好，說明與帶材組織性能的各向異性有關(guān)。隨著退火溫度的升高，再結(jié)晶晶粒繼續(xù)長大，α相、β相逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榈容S晶粒，已有不少β相在退火中溶入α相，材料變形協(xié)調(diào)一致性好轉(zhuǎn)，表現(xiàn)為H62黃銅帶沖壓性能逐漸好轉(zhuǎn)。當(dāng)退火溫度達(dá)到520℃，H62黃銅帶直接沖制時(shí)，沖制品表面及邊部良好，沖制適用性良好。當(dāng)溫度為560℃及以上時(shí)，H62帶材組織中少數(shù)晶粒優(yōu)先長大，成為特別粗大的晶粒，即出現(xiàn)“二次再結(jié)晶”，材料塑性下降，沖制品表面出現(xiàn)“橘皮”現(xiàn)象。

在較低的退火溫度下，晶粒尺寸小于20μm，H62黃銅帶直接沖制時(shí)沖裂，沖裂位置集中出現(xiàn)在軋制方向0°和90°處，說明材料組織的方向性較強(qiáng)。退火溫度在520℃～550℃時(shí)，晶粒平均尺寸為20μm～65μm，H62黃銅帶直接沖制時(shí)，沖制品表面及邊部良好，沖制適用性良好。退火溫度超過560℃時(shí)，H62黃銅帶組織晶粒粗大，部分晶粒尺寸超過100μm，直接沖制時(shí)，沖制品表面粗糙，出現(xiàn)“橘皮”現(xiàn)象，α相晶粒平均尺寸變大，晶粒出現(xiàn)二次結(jié)晶，晶粒長大且不均勻，材料組織協(xié)調(diào)變形一致性變差。

由此可見，H62黃銅帶沖制性能并不是退火溫度越高越好，想要得到良好的沖制性能，需要將退火溫度控制在合適的范圍內(nèi)，并控制適宜的晶粒尺寸，保證材料塑性。

3 結(jié)論

(1)餐飲用H62材料的沖制適用性與退火溫度有關(guān)，退火溫度過低，沖制時(shí)出現(xiàn)裂口現(xiàn)象；溫度過高，沖制時(shí)會(huì)出現(xiàn)“橘皮”現(xiàn)象。生產(chǎn)此類產(chǎn)品時(shí)，需要將退火溫度控制在520℃～550℃的范圍內(nèi)。

(2)餐飲用H62材料制備應(yīng)控制合金中適宜的α相晶粒尺寸，α相晶粒平均尺寸在20μm～65μm之間，可以滿足沖制適用性。