热处理对磷铜合金组织性能影响研究

（铜陵有色股份线材有限公司，安徽 铜陵 244000）

随着社会的发展以及人口的逐渐增多，人们对各种资源的需求越来越多，其中对合金材料的需求尤为明显，因为合金材料在机械制造领域有着不可替代的作用，而机械制造又是人类社会中最重要的行业之一，它关系着国家的建设和人类的发展。但是合金材料不能够直接投入市场，被人们直接使用，需要对其进行加工、处理，其中热处理工艺是人们最常用的手段之一。热处理是指金属材料在固态下，通过加热、保温和冷却的手段，改变材料表面或内部的化学成分与组织，获得所需性能的一种金属热加工工艺[1]。热处理是机械零件和工模具制造过程中的重要工序之一。它的处理过程一般分为三个步骤：加热、保温、冷却，特殊情况下，有的会直接跳过保温步骤，直接进行最后一步——冷却处理。热处理工艺最大的优势是在不改变金属工件的形状和整体化学元素构成的情况下，最大程度的提高其使用性能[2]。热处理工艺是一种传统的金属加工工艺，在我国，它有着悠久的历史，最早可以追溯到石器时代。本文以磷铜合金为例，探讨热处理工艺对其组织性能产生的影响，以期为合金金属的处理工作提供一些指导和借鉴。

1 试验制备及试验方法

（1）试样制备。文章中试验所需的磷铜合金材料的成分配比如表1所示。

表1 磷铜合金材料成分配比（%）

所需要的设备和材料有电解铜板（Cu＞99.99%）、电解磷板（P＞99.99%）、和混合稀土。文章采用中频真空感应炉对磷铜合金原料进行熔炼。在试验的过程中，要保证磷和稀土的含量不变，然后加入不同含量的电解铜，经过真空—熔化—静置—浇铸等熔炼流程，浇铸成直径为10厘米的试棒，最后把试棒切割、加工成长、宽、高分别为1厘米的正方体试样，然后降温等待试验的进行。试验的目的主要是分析经过热处理后，磷铜合金的力学性能和硬度。

（2）试验方法。先把15个正方体试样分成3组，每组5个正方块试样；其次把3组试样分别投入温度为870℃、900℃和930℃的中频感应炉中进行2小时的保温固溶处理；然后，再把经过一次固溶处理过的3组试样进行2小时的保温时效处理，保温温度分别为450℃、500℃、550℃以及600℃，在铸态及固溶+时效的过程中，所需要的设备有MEF3光学显微镜、JSM-6700E型扫描电镜、N R-H 100布洛维硬度计。涉及到的辅助剂（侵蚀液）有：5克的FeCl3、10毫升的盐酸、100毫升的无水乙醇。

2 实验结果与分析

（1）力学性能。力学性能是指材料在不同条件下，例如在各种外力（拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、交变应力等）的作用下，所表现出的力学特征，其中硬度大小是力学性能强弱最有利的证明。磷铜合金金属硬度的变化主要受两种因素的影响，其一是固溶温度，其二是时效温度。现在，先分析固溶温度对硬度的影响情况。在保证其它条件不变的情况下，对铸态及不同温度固溶处理后的磷铜金属试样进行硬度测试，它的硬度变化情况如图1所示。从图1中可以看出，从最初的铸态开始，磷铜合金试样的硬度随着固溶温度的升高在不断降低。试样浇铸后，随温度降低析出k相，随固溶温度升高，析出的k相溶解到基体中，析出物数量减少，硬度降低。

图1 铸态及不同温度固溶处理的硬度变化情况

其次，分析时效温度对磷铜合金硬度的影响情况、在保证其它条件都相同的情况下，调整时效温度，其硬度变化情况如图2所示。从图2中可以看到，随着时效温度的不断升高，磷铜合金金属的硬度也在不断提高，但是是有一定的范围限制的，550℃是一个临界点，当时效温度超过这个临界点，其硬度会下降。

图2 不同固溶-时效温度下硬度的变化

（2）金相组织。把3组试样进行固溶处理后，经过MEF3光学显微镜和JSM-6700E型扫描电镜的观察，发现在不同固溶温度下，其金相组织如图3所示。从图中可以看出，固溶温度越高，k相就越少，磷铜合元素固溶在基体中。

图3 铸态和不同温度固溶处理后的金相组织

如图4所示，在不同时效温度下，金相组织的分布情况。从图中我们可以看到，当温度不断升高时，未溶铸态析出相的数量在逐渐减少，且析出相在基体上的分布更均匀。但是在相同时效温度下，固溶温度高析出相多。因此，未溶析出相及固溶析出相的分布及数量影响了合金的硬度。

图4 铸态和不同时效温度下固溶处理后的金相组织

3 结语

综上所述，合金材料在人们的日常生产、生活中应用的越来越广泛。但在应用之前，需要对其进行加工处理，文章通过对磷铜合金进行热处理后，研究其产生的变化，得到了如下结论：首先，磷铜合金的硬度会随着固溶温度的升高而降低；其次，磷铜合金的硬度会随着时效温度的升高而提高，但是是在550℃的范围内，超过550℃，硬度则会降低。

[1]赖运金,张平祥,辛社伟,等.热处理对WSTi3515S合金组织和性能的影响[J].稀有金属材料与工程,2015,44(6):1469-1473.

[2]蒋路路,陈志浩,王刚,等.熔体过热处理对CuAlFeNi合金组织及高温力学性能影响[J].热加工工艺,2015,16(7):64-66.