不同热处理工艺对T2铜显微组织和力学性能的影响分析

王思琦，陈元园，冯庆，韩坤炎，沈楚

1.西安泰金新能科技股份有限公司 陕西西安 710201

2.西北有色金属研究院 陕西西安 710201

1 序言

铜具有优良的综合性能，已经被广泛应用于电器、电子、交通和机械等设备，其中T2铜是阴极重熔铜，含微量氧和杂质，具有高的导电、导热性，良好的耐蚀性和加工性能，可以熔焊和钎焊。主要用作导电、导热和耐腐蚀元器件，如电线、电缆、导电螺钉、壳体和各种导管等[1-3]。同时T2铜还经常被用于钢-铜复合板，即以钢为基体金属、铜作为复合材料冷轧而成，可进行单面或双面复合轧制。但是，T2铜在使用过程中容易出现带状组织等缺陷，这是因为退火工艺不合格使得晶粒粗大且伸长率差。不同的热处理参数对T2铜的显微组织和力学性能影响很大，因此本文采用3种退火工艺对T2铜显微组织和力学性能进行改善，发现当550℃/30min/空冷时，T2铜的晶粒细小且伸长率能达到58%，是最佳的热处理工艺。

2 试验与检测

2.1 试验材料

试验所用材料为工业轧制纯铜（T2），轧制厚度为6mm，其化学成分见表1。为研究退火温度对显微组织、导电性和力学性能的影响，先用线切割在冷轧板上切出30mm×30mm×6mm的方块板料。本文设计了3种退火处理方案，热处理工艺分别为：①550℃/30min/空冷。②600℃/30min/空冷。③650℃/30 min/空冷。

表1 T2铜的化学成分（质量分数） （%）

2.2 金相组织观察

试样经过240目、600目、1200目及2000目砂纸打磨处理和机械抛光后，金相腐蚀液为HNO3溶液腐蚀样品（时间为10s），利用OLYMPUS PMG3倒置式金相显微镜观察微观组织形貌，利用Nano Measurer 1.2软件对晶粒尺寸进行统计。

2.3 硬度检测

采用上海敏新检测仪仪器有限公司生产的M H V-50显微维氏硬度计对样品进行硬度检测。检测前，对检测面（30mm×30mm）进行240目、600目、1200目及2000目砂纸打磨和抛光处理，选取每个试样中心作为参考坐标原点，在此进行3mm×3mm阵列的取点检测，显微硬度检测参数为：载荷0.1kf（0.98N），保压时间10s。

2.4 电导率测试

对试样经过240目、600目、1200目及2000目砂纸打磨处理和机械抛光后，利用Sigma Scope Smp350涡流金属电导仪对铜进行电导率测试，测量5次取平均值作为该位置电导率。

2.5 拉伸试验

拉伸试验按GB/T 228.1—2021《金属材料 拉伸试验 第1部分：室温试验方法》规定执行，试样结构尺寸如图1所示。试样的承载方向平行于棒材的挤压方向。拉伸试验设备采用美特斯工业系统（中国）有限公司生产的E45.305微机控制电子万能试验机，试验温度为室温，拉伸速率为2mm/min。

图1 拉伸试样结构尺寸

2.6 电镜测试

利用日本电子株式会社生产的JSM-IT200SEM扫描电镜对拉伸样断口进行拍照。

3 结果与分析

3.1 热处理温度对T2铜显微组织和硬度的影响

图2a～c所示分别为经过550℃/30min/空冷、600℃/30min/空冷、650℃/30min/空冷后T2铜的显微组织。从图2a～c可看出，退火后的显微组织中存在等轴晶和孪晶，这是因为由于铜为面心立方晶系，加工退火后易产生孪晶，故其组织为等轴晶，伴有相当数量的孪晶，并存在明显的位向差。

图2 不同热处理后T2铜的显微组织

图3、图4 所示分别为不同退火热处理后铜的晶粒尺寸和显微硬度。从图3、图4可看出，经过550℃/30m i n/空冷、600℃/30m i n/空冷、650℃/30min/空冷热处理后，铜的晶粒尺寸分别为18μm、42μm、82μm，硬度分别为78HV、72HV、68HV。随着热处理温度升高，铜晶粒增大，但是硬度则降低，这是因为晶粒尺寸越大，细晶强化效果越差[3-5]。

图3 不同热处理后T2铜的晶粒尺寸

图4 不同热处理后T2铜的显微硬度

3.2 热处理温度对T2铜导电率影响

图5所示为在550℃/30min/空冷、600℃/30min/空冷、650℃/30min/空冷后铜的电导率。从图5可看出，随着温度升高，铜的电导率有所增加，这是因为晶粒粗化使得电子沿晶界迁移能力变强[6-9]，电导率升高。

图5 不同热处理后T2铜电导率

3.3 拉伸试验

拉伸试验后，不同热处理试样形貌如图6所示，不同热处理后T2铜拉伸试样断口形貌如图7所示，拉伸试验结果见表2。

图6 不同热处理后T2铜的拉伸试样

图7 不同热处理后T2铜试样的断口形貌

表2 拉伸试验结果

从图7和表2可看出，经过550℃/30min/空冷、600℃/30min/空冷、650℃/30min/空冷热处理后，T2铜的抗拉强度和屈服强度基本一致。随着热处理温度升高，断后伸长率和断后收缩率逐渐降低，这是因为550℃/30min/空冷热处理后铜的晶粒变小[8-10]，所以韧性升高。

4 结束语

通过对不同温度热处理的T2铜进行显微组织和性能检测，得出以下结论。

1）经过550℃/30min/空冷、600℃/30min/空冷、650℃/30min/空冷后，铜的晶粒尺寸分别为18μm、42μm、82μm，硬度分别为78HV、72HV、68HV。

2）经过550℃/30m i n/空冷、600℃/30m i n/空冷、650℃/30min/空冷后，铜的电导率分别为96.21%IACS、99.93%IACS、100.22%IACS。

3）经过550℃/30min/空冷、600℃/30min/空冷、650℃/30min/空冷后，T2铜的抗拉强度和屈服强度基本一致，断后伸长率和断后收缩率逐渐降低。