銅合金的熱處理技術
2020-02-11 來自: 沈陽市中聯(lian)銅鋁業有限公司 瀏覽次數:2147
銅合金的熱處理主要是加熱和不同目的的退火,只有個別牌號的合金,如鈹青銅可進行淬火、回火熱處理。不同目的的退火有:軟化退火、成品退火和坯料退火。
軟(ruan)化退(tui)火:即(ji)兩(liang)次冷(leng)軋之間(jian)(jian)以軟化為目的(de)(de)(de)的(de)(de)(de)再結晶(jing)退火(huo)(huo),亦(yi)稱中(zhong)間(jian)(jian)退火(huo)(huo)。冷(leng)軋后的(de)(de)(de)合(he)金產生(sheng)(sheng)纖維組(zu)織(zhi)并發生(sheng)(sheng)加工硬化,經過把合(he)金加熱(re)到(dao)再結晶(jing)溫(wen)度以上,保溫(wen)一 定的(de)(de)(de)時間(jian)(jian)后緩慢冷(leng)卻,使合(he)金再結晶(jing)成(cheng)細(xi)化的(de)(de)(de)晶(jing)粒組(zu)織(zhi),獲得好的(de)(de)(de)塑(su)性和低的(de)(de)(de)變形抗力,以便(bian)繼續進行(xing)冷(leng)軋加工。這種退火(huo)(huo)是銅合(he)金軋制中(zhong)主要的(de)(de)(de)熱(re)處(chu)理。
成品(pin)退火:即冷軋(ya)到(dao)成品尺寸后(hou),通過控(kong)制退(tui)火溫度和(he)(he)保溫時間來得到(dao)不(bu)同狀態和(he)(he)性(xing)能的(de)(de)后(hou)一次(ci)退(tui)火。成品退(tui)火有控(kong)制狀態和(he)(he)性(xing)能的(de)(de)要求,如(ru)獲得軟(M)狀態、半硬(Y2)狀制品以及通過控制晶粒組織來得到較好的深沖性能制品等。成品退火除再結晶溫度以上退火,還有再結晶溫度下的低溫退火。
坯料退火:是熱(re)軋(ya)后的(de)(de)坯料,通(tong)過(guo)再(zai)結晶(jing)退火(huo)(huo)來消(xiao)除(chu)熱(re)軋(ya)時(shi)(shi)不完全熱(re)變(bian)形所產生(sheng)的(de)(de)硬化,以(yi)及通(tong)過(guo)退火(huo)(huo)使組織均(jun)勻(yun)為目的(de)(de)的(de)(de)熱(re)處理(li)方法。淬火(huo)(huo)一(yi)回火(huo)(huo)(時(shi)(shi)效):即(ji)對某些具(ju)有能(neng)溶(rong)(rong)解(jie)和析(xi)出的(de)(de)以(yi)及發生(sheng)共析(xi)轉變(bian)的(de)(de)固溶(rong)(rong)體(ti)合金,在(zai)高于相(xiang)(xiang)變(bian)點溫(wen)度時(shi)(shi),經過(guo)保溫(wen)使強化相(xiang)(xiang)充分(fen)溶(rong)(rong)解(jie),形成均(jun)勻(yun)固溶(rong)(rong)體(ti)后又在(zai)急冷(leng)中形成過(guo)飽和固溶(rong)(rong)體(ti)的(de)(de)淬火(huo)(huo)狀態,再(zai)經過(guo)低溫(wen)或(huo)室溫(wen),使強化相(xiang)(xiang)析(xi)出或(huo)相(xiang)(xiang)變(bian)來控(kong)制合金性能(neng)的(de)(de)熱(re)處理(li)方法。
2退火
退(tui)火工(gong)(gong)藝(yi)制度(du)是根據合金性(xing)質、加工(gong)(gong)硬化程度(du)和(he)產(chan)品技術條件的(de)要(yao)求決定的(de)。退(tui)火的(de)主要(yao)工(gong)(gong)藝(yi)參數是退(tui)火溫度(du)、保(bao)溫時(shi)間、加熱(re)速度(du)和(he)冷卻方式。退(tui)火工(gong)(gong)藝(yi)制度(du)的(de)確定應(ying)滿足如下三方面的(de)要(yao)求:
①保證退火材料(liao)的加熱均(jun)勻,以保證材料(liao)的組織和性能均(jun)勻;
②保(bao)證退(tui)火材料不被氧化,表面光亮;
③節約(yue)能源,降低(di)消耗,提高成(cheng)品率(lv)。因此,銅材的(de)退火工藝制度和所(suo)采用的(de)設備(bei)應能具備(bei)上述(shu)條件。如爐子設計合(he)理,加熱速度快,有保護氣(qi)氛,控制精
確,調整容(rong)易(yi)等。表1列出了部分常用銅合金的退火工藝制度。
退火溫度(du)的選擇:除合(he)金性質、硬(ying)化(hua)程度外,還要(yao)考慮退(tui)(tui)火(huo)目的(de),如對中間退(tui)(tui)火(huo)則退(tui)(tui)火(huo)溫(wen)度取上(shang)限(xian),并適(shi)當縮短退(tui)(tui)火(huo)時間;對成品退(tui)(tui)火(huo)則側(ce)重于保證產(chan)品品質和性能均勻(yun),退(tui)(tui)火(huo)溫(wen)度取下限(xian),并嚴格(ge)控制(zhi)退(tui)(tui)火(huo)溫(wen)度的(de)波(bo)動(dong);對厚規格(ge)的(de)退(tui)(tui)火(huo)溫(wen)度應比薄規格(ge)的(de)退(tui)(tui)火(huo)溫(wen)度要(yao)高一些(xie);對裝(zhuang)料(liao)量(liang)大的(de)要(yao)比裝(zhuang)料(liao)量(liang)小的(de)退(tui)(tui)火(huo)溫(wen)度高一些(xie);板材要(yao)比帶材的(de)退(tui)(tui)火(huo)溫(wen)度高一些(xie)。
退火的(de)升溫速度(du):要根(gen)據合金(jin)性質(zhi)、裝料量、爐型結構、傳熱方式、金(jin)屬溫度(du)、爐內(nei)溫度(du)差(cha)及產品(pin)(pin)(pin)的要求確定。因為快(kuai)速(su)升(sheng)溫可提高生(sheng)產率、晶粒細、氧化(hua)少,半成(cheng)品(pin)(pin)(pin)的中間退火(huo),大都(dou)采用快(kuai)速(su)升(sheng)溫;對于成(cheng)品(pin)(pin)(pin)退火(huo)、裝料量少、厚度(du)薄,都(dou)采用慢速(su)升(sheng)溫。
保溫時間:爐(lu)溫(wen)設計時,為提高(gao)加熱速度(du)(du),加熱段的溫(wen)度(du)(du)比較高(gao),當加熱到(dao)一 定溫(wen)度(du)(du)后,要(yao)進行保溫(wen),此時爐(lu)溫(wen)與料溫(wen)相近。保溫(wen)時間是(shi)以保證退火材料均(jun)勻熱透為準。
冷(leng)卻方(fang)式(shi):成(cheng)品退(tui)火(huo)大都是進(jin)行空冷(leng),中間退(tui)火(huo)有時可采用水(shui)冷(leng),這對(dui)于有嚴重(zhong)氧(yang)化的合(he)金(jin)料,可以在急(ji)冷(leng)下使氧(yang)化皮爆(bao) 裂脫落。但有淬火(huo)效應的合(he)金(jin)不允許(xu)進(jin)行急(ji)冷(leng)。
表1 部分常用銅合金的退火工藝制度
合金 牌號 | 退火溫度/℃ | 保溫時間/min | |
中間退火 | 成品(pin)退火 | ||
HPb59-1、HMn58-2、QAl7、QAl5 | 600~750 | 500~600 | 30~40 |
HPb63-3、QSn6.5-0.1、QSn6.5-0.4 QSn7-0.2、QSn4-3 | 600~650 | 530~630 | 30~40 |
BFe3-1-1、BZn15-20、Bal6-1.5、BMn40-1.5 | 700~850 | 630~700 | 40~60 |
QMg0.8 | 500~540 | - | 30~40 |
B19、B30 | 780~810 | 500~600 | 40~60 |
H80、H68、HSn62-1 | 500~600 | 450~500 | 30~40 |
H95、H62 | 600~700 | 550~650 | 30~40 |
BMn3-12 | 700~750 | 500~520 | 40~60 |
TU1、TU2、TP1、TP2 | 500~650 | 380~440 | 30~40 |
T2、H90、HSn70-1、HFe59-1-1 | 500~600 | 420~500 | 30~40 |
QCd1.0、QCr0.5、QZr0.4、QTi0.5 | 700~850 | 420~480 | 30~40 |
3固溶-時效
固溶(淬火)-時效(回火)的工藝參數主要決定于加熱溫度、加熱速度、保溫時間、冷卻速度、加熱介質和水冷時的轉移時間間隔等。淬火溫度的上限要低于共晶溫度,下限要高于固溶度線溫度,保溫時間主要決定于強化相的溶解速度。為了保持好的淬火效果,淬火的轉移時間越短越好,水溫一般不高于25℃。冷卻速度主要考慮兩個因素,一是速度太慢強化粒子會被析出,太快會產生殘余應力或裂紋。回火(時效)時主要保證強化粒子析出均勻和分布狀態等。表2為部分銅合金固溶(淬火)-時效(回火)的工藝制度。
表2 部(bu)分(fen)銅合金固(gu)溶(淬火)-時效(回火)的工藝制度
合金(jin) 牌號 | 固溶(rong)(淬(cui)火(huo)) | 時效(回火(huo)) | |||
加熱溫度(du)/℃ | 保溫時(shi)間(jian)/min | 冷卻介質 | 加熱溫度/℃ | 保溫時間/min | |
QBe2 | 700~800 | 15~30 | 水(shui) | 300~350 | 120~150 |
QCr0.5 | 920~1000 | 15~60 | 400~450 | 120~180 | |
QZr0.2 | 900~920 | 15~30 | 420~440 | 120~150 | |
QTi7.10 | 850 | 30~60 | 400~450 | 120~180 | |
Bal6-1.5 | 890~910 | 120~180 | 495~505 | 90~120 |
4熱處理爐內氣氛控制
根據熱處(chu)理(li)時爐內(nei)介質(zhi)與材料表面作用的(de)特(te)點,把(ba)熱處(chu)理(li)分為(wei)普通(即空氣為(wei)介質(zhi))熱處(chu)理(li),保護性氣氛熱處(chu)理(li)(即通常稱(cheng)的(de)光亮退火)和真空熱處(chu)理(li)。
(1)火焰加熱爐氣氛
這是一種老式(shi)的普通熱處理方式(shi),是采(cai)用如煤氣等為燃料的燃燒(shao)加熱。
氧化性氣(qi)氛,就是燃料在過剩空氣的情況下燃燒,使(shi)爐內有較多的氧。
還(huan)原性氣氛(fen),燃燒過程中(zhong)爐內空氣不足(zu),由(you)于燃料的未充(chong)分燃燒而(er)CO和CO2較多。
中性氣氛是(shi)爐(lu)內控制在氧(yang)(yang)化與還原之間(jian)的氣(qi)(qi)氛。微(wei)(wei)氧(yang)(yang)化氣(qi)(qi)氛,是(shi)爐(lu)內含有微(wei)(wei)量(liang)的氧(yang)(yang),有一 定的氧(yang)(yang)化作用。
爐(lu)內(nei)氣(qi)氛的(de)控制是(shi)根據合金的(de)性質和技術要求來進行(xing)的(de)。銅及銅合金一般(ban)都不(bu)用(yong)氧(yang)化(hua)性氣(qi)氛,因為不(bu)但破壞表面品(pin)質、氧(yang)化(hua)燒損大,而且合金內(nei)的(de)低熔點的(de)成分,如Sn、Pb、Sn、Zn、Cd等容易被蒸發等。因此,大多采用還原性或中性爐內氣氛。對于熱處理時容易吸氫產生“氫脆”、滲硫的合金通常采用微氧化氣氛,如含鎳的合金、純銅等。火焰加熱爐將逐漸被電加熱、保護氣體連續加熱的退火爐所代替。
(2)保護性氣氛
由于(yu)密封技術(shu)和保(bao)護(hu)(hu)性(xing)氣(qi)體制造技術(shu)的(de)進步,現在大(da)多(duo)是采(cai)用(yong)保(bao)護(hu)(hu)性(xing)氣(qi)氛(fen)中加(jia)熱。保(bao)護(hu)(hu)性(xing)氣(qi)體成(cheng)分要求在加(jia)熱時與合(he)金不發生反應;對爐子的(de)部件(jian)、熱電偶、電阻器件(jian)無侵(qin)蝕作(zuo)用(yong);成(cheng)分穩定(ding),制造簡(jian)單、供(gong)應方便。
保護(hu)性氣氛加熱(re)大(da)多采用電加熱(re)方式(shi)。是(shi)20世紀90年代后采用電感應加熱的連續退火爐,都是用保護性氣氛、強制循環風式在線退火,簡化了工序,提高了表面品質和生產效率。過去的保護性氣氛是采用氮、二氧化碳,煤氣燃燒后的凈化氣體或水蒸氣等,由于爐子的密封性差,使用的保護氣體濃度低、成本高等原因,沒有取得滿意的效果。現在的保護氣體成分,主要是氮加氫。根據不同的合金采用不同的氮、氫比,加氫保護對黃銅尤為有效。由于氫的導熱系數是氮的1.7倍,可以大大提高熱的傳導速度。加氫后可縮短加熱時間,尤其在強風的作用下,對流傳熱效果更 好,使退火材料加熱均勻,保證了熱處理銅材組織性能的均勻。在強風的作用下,帶走了潤滑劑的揮發物,提高了表面品質。
制造(zao)保護性氣(qi)體的幾(ji)種方法:
①氨分解(jie)氣體:液氮(dan)汽化后進入填充有鎳觸媒劑(ji)的(de)裂(lie)化器內,在750~850℃的(de)溫度下,裂(lie)化生成氨和氫,經凈化除水除殘氨后送入爐內。這種保護性氣體適用于黃銅的(de)退火(huo)。按計(ji)算lkg氨可(ke)生成1.97m3的氫和0.66m3的氮。
②氨分解氣體(ti)燃(ran)燒凈化:如果需(xu)要降(jiang)低氨的比例,可燒掉部(bu)分氫(qing),在燃(ran)燒過程中增加氮(dan)。
③氨分解(jie)氣體加入空分氮(或液氮汽化(hua)),經(jing)凈(jing)化(hua)后送入爐(lu)內,可根據需(xu)要得到不同比例(li)的氫加氮的保護性氣體。
④用量較少時(shi),可用瓶裝氮和瓶裝氫做保(bao)護性氣體。
⑤煤(mei)氣燃燒后的氣體(ti),一(yi)般(ban)含96%的氮和(he)小(xiao)于4%的一(yi)氧化(hua)碳和(he)氫,需凈化(hua)后使用。
⑥純氮,空分法制氮一般純度可達99.9%。焦炭分子篩變壓吸附空分制氮新工藝,采用了無油壓縮機,氮中含氧小于5×10-6,露點為-65℃。這對于含氧量較高的純銅、錫磷青銅的退火是極適宜的。
(3)真空熱處理
在(zai)退(tui)(tui)火(huo)(huo)加(jia)熱(re)(re)(re)時(shi),將裝(zhuang)料(liao)(liao)的(de)空(kong)(kong)間抽成(cheng)真空(kong)(kong),退(tui)(tui)火(huo)(huo)材(cai)料(liao)(liao)不與任何介(jie)質(zhi)接(jie)觸的(de)一種(zhong)退(tui)(tui)火(huo)(huo)方式。真空(kong)(kong)退(tui)(tui)火(huo)(huo)有兩種(zhong)形式:外(wai)熱(re)(re)(re)式和內熱(re)(re)(re)式。外(wai)熱(re)(re)(re)式是加(jia)熱(re)(re)(re)元件(jian)置于爐(lu)膽(dan)(dan)外(wai)面,采用(yong)電(dian)加(jia)熱(re)(re)(re),外(wai)熱(re)(re)(re)式真空(kong)(kong)爐(lu)結(jie)(jie)構簡單,容(rong)易(yi)制造,裝(zhuang)出料(liao)(liao)方便。但(dan)升溫慢,熱(re)(re)(re)損失大,爐(lu)膽(dan)(dan)壽(shou)命低(di)。內熱(re)(re)(re)式是加(jia)熱(re)(re)(re)元件(jian)在(zai)爐(lu)膽(dan)(dan)內,熱(re)(re)(re)處理材(cai)料(liao)(liao)也(ye)放在(zai)爐(lu)膽(dan)(dan)內,常采用(yong)鎢(wu)、鉬、石(shi)墨等(deng)材(cai)料(liao)(liao)作加(jia)熱(re)(re)(re)元件(jian)。特點是升溫快、加(jia)熱(re)(re)(re)溫度高、爐(lu)膽(dan)(dan)壽(shou)命長。但(dan)爐(lu)的(de)結(jie)(jie)構復雜,投資大,降溫慢。采用(yong)真空(kong)(kong)退(tui)(tui)火(huo)(huo)時(shi),純銅采用(yong)(10-1~10-2)×133.3Pa,大多銅合金采用(10-2~10-3)×133.3Pa的真空(kong)度(du)。真空(kong)退火(huo)(huo)時(shi),料出爐(lu)時(shi)要在溫度(du)降至100℃以(yi)下才能(neng)(neng)破壞真空(kong),防(fang)止退火(huo)(huo)料氧化。近年來,銅(tong)合金的熱(re)(re)處(chu)理不推薦采(cai)用(yong)真空(kong)退火(huo)(huo),因(yin)為真空(kong)是熱(re)(re)的不良(liang)導體,它只靠(kao)熱(re)(re)輻(fu)射傳熱(re)(re),特別是表面光亮的材料,以(yi)輻(fu)射加熱(re)(re)更是困難(nan)。除了熱(re)(re)效率低外(wai),還難(nan)于得到性能(neng)(neng)均勻(yun)的熱(re)(re)處(chu)理成品(pin)。因(yin)此,有逐(zhu)漸被保護(hu)氣氛、氣墊式連續退火(huo)(huo)所代替。
5熱處理爐
熱(re)(re)處(chu)理(li)設備主要是熱(re)(re)處(chu)理(li)爐。選(xuan)擇(ze)熱(re)(re)處(chu)理(li)爐應考慮如(ru)下(xia)條件:即滿(man)足熱(re)(re)處(chu)理(li)工藝(yi)的要求,保證品(pin)質和性能;選(xuan)擇(ze)合適的熱(re)(re)源(yuan),滿(man)足生(sheng)(sheng)產的需要;爐子結構簡單、溫度(du)控(kong)制(zhi)準(zhun)確、耐用、投資少;自動化程(cheng)度(du)高,生(sheng)(sheng)產效率高,勞動條件好,操作方便。
(1)普通銅及銅合金熱處理爐
銅合金的常用的退(tui)(tui)火(huo)(huo)爐(lu)(lu)(lu)(lu)(lu):按(an)結(jie)構分(fen)(fen)有(you)(you)箱(xiang)式(shi)(shi)(shi)(shi)爐(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)、井式(shi)(shi)(shi)(shi)爐(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)、步(bu)進式(shi)(shi)(shi)(shi)爐(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)、車底式(shi)(shi)(shi)(shi)爐(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)、輥底式(shi)(shi)(shi)(shi)爐(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)、鏈式(shi)(shi)(shi)(shi)水封爐(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)、單(dan)膛爐(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)、雙膛爐(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)、罩式(shi)(shi)(shi)(shi)爐(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)等。按(an)生產(chan)方式(shi)(shi)(shi)(shi)分(fen)(fen)有(you)(you):單(dan)體(ti)分(fen)(fen)批式(shi)(shi)(shi)(shi)退(tui)(tui)火(huo)(huo)爐(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)、氣墊式(shi)(shi)(shi)(shi)連(lian)續退(tui)(tui)火(huo)(huo)爐(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)等。按(an)爐(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)內氣氛分(fen)(fen)有(you)(you)無保護(hu)氣氛退(tui)(tui)火(huo)(huo)爐(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)、有(you)(you)保護(hu)性氣氛退(tui)(tui)火(huo)(huo)爐(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)和(he)真空退(tui)(tui)火(huo)(huo)爐(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)等,按(an)熱源分(fen)(fen)有(you)(you):煤(mei)爐(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)、煤(mei)氣爐(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)、重油(you)爐(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)、電阻爐(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)和(he)感應爐(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)等。淬(cui)火(huo)(huo)爐(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)有(you)(you)立式(shi)(shi)(shi)(shi)、臥式(shi)(shi)(shi)(shi)和(he)井式(shi)(shi)(shi)(shi)三種。
表(biao)3 各種(zhong)熱處理爐對比
(2)常用的銅合金熱處理爐
目前,熱處理爐方面發(fa)展(zhan)的主(zhu)要趨勢:改進設計,尋找(zhao)新工藝,提(ti)高(gao)熱利用(yong)效(xiao)率;采用(yong)低溫或高(gao)溫快速退火,減(jian)少氧化、脫鋅;采用(yong)保護性氣體退火和(he)強制(zhi)循環通風,使(shi)之快速加熱、溫度(du)(du)均勻,提(ti)高(gao)退火產(chan)品品質;增強封閉效(xiao)果,簡化工序提(ti)高(gao)集成度(du)(du)和(he)連續化水平。
氣墊式爐(lu)是現(xian)代常用的銅合金單(dan)條帶材的退火爐(lu),有在(zai)線退火,也有單(dan)獨退火。現(xian)在(zai) 的氣(qi)墊式退(tui)火爐(lu),往往將(jiang)酸洗(xi)、水(shui)洗(xi)、烘干、表面涂層、鈍化處理等結合在一起。它和鐘罩式退(tui)火爐(lu)比(bi),爐(lu)溫(wen)高(gao)、退(tui)火時間短,可以實現高(gao)溫(wen)快(kuai)速退(tui)火,如對厚0.05~1.5mm的帶材,只需幾秒鐘的加熱時間,對于厚帶也只需一分多鐘。加熱速度可調、加熱均勻,退火表面品質好,組織性能均勻。
氣墊式爐退火帶材的(de)極(ji) 大(da)厚(hou)度和極(ji)小(xiao)厚(hou)度之比(bi)為10:15,極 大寬度和極小寬度之比為2,同一條帶厚與寬的比小于1/250。目前,可實現厚度0.05~1.5mm,寬度250~1100mm帶材的退火,退火速度為(4~100)m/min,生產能力5t/h,熱效率85%,熱源采用電或燃氣加熱均可。
氣墊式爐由(you)開卷(juan)、焊(han)接、脫(tuo)脂(zhi)、爐子、酸洗、剪切、卷(juan)取及輥(gun)、控制(zhi)輥(gun)、活套塔等組成。圖1為帶材連續生產線的退火與酸洗機列示意圖,圖2為各種銅合金氣墊式爐連續退火示意圖。
圖1 帶材連續(xu)生產線的退火與酸洗機列示(shi)意圖
圖2 各種銅(tong)合金氣墊式爐連續退火示(shi)意(yi)圖(tu)
氣墊式(shi)退火(huo)爐是連續熱處理的新技術。它是將帶材(cai)通過爐子時,上下表面被均勻(yun)噴射(she)的高溫氣流托起懸浮在(zai)熱處理爐中,上下噴氣相距80mm,被托浮的帶材達到無接觸。為了退火連續的進行,設有兩套開卷機和兩套卷取機。為提高帶材表面品質,清除帶材表面的軋制油或乳液,帶材進入退火爐要經過脫脂、水洗和干燥。在退火純銅或青銅帶材時,為帶材的表面不發生氧化,也不進行酸洗,加熱區和冷卻區要充入成分為2%~5%H2,含95%~98%N2的(de)保護氣(qi)體(ti)。在退(tui)火(huo)黃(huang)銅帶(dai)(dai)材(cai)時,加(jia)熱區(qu)和冷卻(que)區(qu)不(bu)充保護性氣(qi)體(ti),但需要進行酸洗、水洗和干(gan)燥。對某(mou)些特殊用途的(de)銅合金(jin),退(tui)火(huo)后進行涂層和干(gan)燥。為了防止帶(dai)(dai)材(cai)跑(pao)偏(pian),在加(jia)熱區(qu)和冷卻(que)區(qu)上下(xia)兩排的(de)噴(pen)嘴處設有光(guang)電對中(zhong)裝置和糾偏(pian)輥,帶(dai)(dai)材(cai)卷取后的(de)邊緣(yuan)不(bu)齊率(lv)小于±1mm。有的氣墊式退火連續爐還帶張力矯平裝置。采用氣墊式連續爐大大提高了表面品質和制品組織性能的均勻度。表4列出了連續退火爐與氣墊式爐技術參數對比。
表4 連續退火爐(lu)與氣墊式爐(lu)技(ji)術(shu)參數對(dui)比
酸洗與表(biao)面清理
1酸洗
酸洗工藝(yi)
在銅合(he)金熱軋和熱處理的加工過程中,板(ban)坯(pi)或帶(dai)坯(pi)的表面(mian)(mian)容易發生氧化(hua),為了清除表面(mian)(mian)的氧化(hua)皮,需酸(suan)洗(xi)(xi)。通常酸(suan)洗(xi)(xi)程序是:酸(suan)洗(xi)(xi)-冷水洗-熱水洗-烘干。對于目前采用的酸洗機列工作過程也是要經過這個程序。
生(sheng)產(chan)車間的酸洗工(gong)藝(yi)有如下要求:對(dui)材料表面酸洗要干凈,采用有效(xiao)的酸和酸液的濃度,酸洗時間要短,酸液的利用效(xiao)率高,要有防污染(ran)的措施(shi),以及(ji)注意(yi)對(dui)人身(shen)體的防護,考慮廢(fei)液及(ji)產(chan)物的回收再利用。
酸(suan)(suan)(suan)洗(xi)時主要采(cai)用硫酸(suan)(suan)(suan)或(huo)與(yu)硝酸(suan)(suan)(suan)混合(he)的水溶(rong)液,反應(ying)過程是:氧化(hua)皮被溶(rong)解,或(huo)被化(hua)學(xue)反應(ying)所生(sheng)成的氣體(ti)(氫氣的氣泡)將(jiang)氧化(hua)皮機械作用而(er)剝離。銅及銅合(he)金與(yu)酸(suan)(suan)(suan)液的化(hua)學(xue)反應(ying)式如下:
CuO+H2SO4→CuSO4+H2O
Cu2O+H2SO4→Cu+CuSO4+H2O
Cu+2HNO3→Cu(NO3)2+H2
銅及(ji)其合(he)金的表面氧化(hua),外(wai)層是氧化(hua)銅CUO,在氧化銅的里面是氧化亞銅Cu2O,氧化(hua)(hua)亞銅在(zai)硫酸中的(de)溶(rong)解是很慢(man)的(de)。為了(le)使表面處(chu)理的(de)干凈(jing),加(jia)速氧化(hua)(hua)亞銅的(de)溶(rong)解,要在(zai)硫酸溶(rong)液中加(jia)入(ru)適(shi)量的(de)氧化(hua)(hua)劑重鉻酸鉀K2Cr2O7,或硝(xiao)酸HNO3。但(dan)這樣(yang)會(hui)(hui)惡化(hua)勞(lao)動條件(jian),會(hui)(hui)使酸槽的壽命(ming)降(jiang)低(di)。其化(hua)學反應(ying)式為:
K2Cr2O7+2H2SO4+3Cu2O→CuSO4+Cu5(CrO4)2+2H2O+K2SO4
4HNO3+H2SO4+CuO→CuSO4+Cu(NO3)2+2NO2+3N2O
對于表面不(bu)易洗(xi)凈(jing)的純銅、青(qing)銅、鋅白(bai)銅等合金,以(yi)及(ji)含Be、Si、Ni的銅合金,與稀酸液作用緩慢,可加入0.5%~1%的重鉻酸鉀。有的為了凈化油污和強化酸洗效果,在酸洗液中再加0.5%~1%的鹽酸或氫氟 酸。
酸(suan)洗(xi)時間(jian)與酸(suan)洗(xi)液的(de)濃度(du)及溫度(du)有(you)關。一(yi)般酸(suan)洗(xi)液的(de)濃度(du)為(wei)5%~20%,溫度為30~60℃,時間為5~30min。具體可根據酸洗的效果調整,如夏天多為室溫,冬天用蒸汽加熱,純銅取上限,黃銅取下限。酸液濃度、溫度愈高,產生酸霧愈厲害,對設備、環境、勞動條件等惡化越嚴重。為了減少煙霧的污染,常在酸洗液中加入一 定量的緩沖劑,且盡量采用低溫酸洗。
酸(suan)(suan)(suan)洗(xi)(xi)時產生的缺(que)陷有:過(guo)(guo)酸(suan)(suan)(suan)洗(xi)(xi)、腐蝕(shi)斑點、殘(can)(can)留酸(suan)(suan)(suan)跡(ji)、水跡(ji)等。過(guo)(guo)酸(suan)(suan)(suan)洗(xi)(xi)主要是酸(suan)(suan)(suan)液(ye)濃(nong)度(du)大、溫度(du)高(gao)、時間長造成(cheng)的,過(guo)(guo)酸(suan)(suan)(suan)洗(xi)(xi)不(bu)(bu)但(dan)產生腐蝕(shi)斑點,造成(cheng)表(biao)面品(pin)質(zhi)(zhi)降低,還會(hui)過(guo)(guo)分的損(sun)耗酸(suan)(suan)(suan)和金屬(shu)。反(fan)之,如果酸(suan)(suan)(suan)濃(nong)度(du)、溫度(du)過(guo)(guo)低和時間過(guo)(guo)短(duan),氧化皮(pi)會(hui)清(qing)(qing)洗(xi)(xi)不(bu)(bu)徹(che)底。殘(can)(can)留酸(suan)(suan)(suan)跡(ji)、水跡(ji)主要是清(qing)(qing)洗(xi)(xi)不(bu)(bu)干(gan)凈,或干(gan)燥不(bu)(bu)及時、不(bu)(bu)徹(che)底。為了實現快(kuai)速酸(suan)(suan)(suan)洗(xi)(xi),提高(gao)表(biao)面品(pin)質(zhi)(zhi),出現了采用電解(jie)酸(suan)(suan)(suan)洗(xi)(xi)、超聲波(bo)酸(suan)(suan)(suan)洗(xi)(xi)的新方(fang)法(fa)。
酸洗液(ye)在(zai)酸洗過程中,濃度(du)會不斷的減小,當酸液(ye)的硫酸含量小于(yu)50~100g/L,含銅量大于8~12g/L時,應及時補充新酸液或更換成新酸液。在配制新酸液時,必須先放水后加酸以確保安全。酸槽中嚴禁使用鐵制工具,以防板帶表面產生斑點。更換下來的廢酸液可用氨中和處理,提取硫酸銅、銅粉及制成微量元素化肥,也可用電解法獲得再生銅和再生酸液。配制酸液時用波美計測量酸的比重。
2表面清理(li)
表面(mian)清(qing)理(li)的(de)方法(fa)很(hen)多,酸洗就是(shi)其中的(de)一種常用的(de)化學方法(fa)清(qing)理(li)。常用的(de)還有機(ji)械(xie)清(qing)理(li)方法(fa),如表面(mian)清(qing)刷機(ji)清(qing)刷和(he)手工(gong)修理(li)。
(1)表面(mian)清刷機清刷和手工修理
其(qi)目的(de)是(shi)清除軋件表(biao)面(mian)在酸(suan)洗后(hou)殘存的(de)氧(yang)化銅粉和酸(suan)跡,以提(ti)高表(biao)面(mian)品質。常用的(de)表(biao)面(mian)清刷(shua)機(ji)(ji)有:單輥清刷(shua)機(ji)(ji)和雙輥清刷(shua)機(ji)(ji),如圖1所示。
單輥(gun)(gun)清(qing)刷機每次只能清(qing)刷一個表(biao)面,每個刷輥(gun)(gun)有(you)一個支撐輥(gun)(gun),起壓(ya)緊作(zuo)用,刷輥(gun)(gun)的線速度為0.6~6m/s,壓緊輥的進給速度為0.2~0.8m/s,刷輥的線速度比壓緊輥的線速度大3~10倍。刷輥的回轉方向與壓緊輥的進給方向相同或相反。刷輥可采用棕、尼龍絲、鋼絲、錫磷青銅絲等材料制成,刷輥直徑約200~300mm。對于雙輥清刷機可以同時清刷上下兩個表面。濕刷時可以避免氧化銅粉飛揚,但刷絲材料要避免腐蝕及生銹。干刷時應設置收塵器,回收氧化銅粉。
軋件表(biao)面局部氧(yang)化銅粉(fen)、變(bian)色、水漬和斑點(dian),可用鋼絲刷或(huo)砂(sha)紙清擦去除,表(biao)面上的麻坑(keng)、裂紋、起皮、壓(ya)坑(keng)及夾灰(hui)等缺陷,用刮刀修理(li)。
為了(le)防止(zhi)表面(mian)氧化變色,有時采用抑制劑進行表面(mian)處理。用鉻酸鹽可以作(zuo)為有效的防銹處理劑,但+6價的鉻酸有毒,會污染環境。現在,采用一種有機抑制劑,苯并三氮唑(BTA,C6H5N3),通(tong)過(guo)BTA的(de)處(chu)(chu)理,在(zai)銅合(he)(he)金表(biao)(biao)面上(shang)形(xing)成保護皮(pi)膜,即(ji)CuBTA皮(pi)膜。其厚度(du)和形(xing)態因BTA處(chu)(chu)理液的(de)溫度(du)、pH值及合(he)(he)金的(de)種類(lei)而不(bu)同(tong),這(zhe)種方法適用(yong)于清(qing)潔(jie)環境(jing)下處(chu)(chu)理,在(zai)腐(fu)蝕環境(jing)下效果不(bu)理想。目前(qian),為除掉銅表(biao)(biao)面的(de)氧化物及表(biao)(biao)面污染的(de)基體(ti),仍然(ran)采用(yong)鉻(ge)酸(suan)處(chu)(chu)理。
(2)壓光
對(dui)于要求表面光(guang)(guang)潔度高(gao)的(de)(de)(de)產品,有時采用壓光(guang)(guang)或拋光(guang)(guang)的(de)(de)(de)工序。通(tong)常采用輥(gun)軋機進(jin)行(xing)壓光(guang)(guang),輥(gun)徑較大,軋制速度較低,輥(gun)面的(de)(de)(de)光(guang)(guang)潔度非常高(gao),壓光(guang)(guang)時的(de)(de)(de)壓下量總(zong)加工率(lv)為3%~10%。通過多道次壓光,可使產品的表面接近輥面的光潔度。壓光時,使用的潤滑油要求很高,黏度很小,如白油、煤油等。
(3)拋光
表面拋光(guang)是采(cai)用(yong)尼(ni)龍輥(gun)(gun)或亞麻輥(gun)(gun)的輥(gun)(gun)式拋光(guang)機(ji),結構(gou)與雙輥(gun)(gun)清刷(shua)機(ji)相似。尼(ni)龍輥(gun)(gun)為二(er)對(dui)或三對(dui),拋光(guang)時噴注(zhu)拋光(guang)劑及粒度(du)為3.5~5μm的滑石粉,拋光劑是水和Cr2O3的混合(he)物,比例為10:1。
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