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(fā)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(yè)之一，它關系著國家的建設和人類的發(fā)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(tài)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(yōu)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(tài)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?，F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(tài)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(tài)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(tài)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(fā)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(tài)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(tài)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(tài)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.