热处理温度对餐饮用H62黄铜组织性能的影响

方冬松

(中铝洛阳铜加工有限公司，河南 洛阳 471039)

使用铜及铜合金制造的日常生活用品，在我国已有几千年历史。铜制品具有良好的节能、抗菌、净化水质、保护环境、预防老年痴呆、治疗白癜风、少年白发等功效[1]。用铜制造的火锅是深受全国各民族喜爱的传统产品。铜制造的生活用品具有结实耐用、无毒、传热快等优点，并具美观华丽之特点，广泛用于家庭和餐馆。

目前，餐饮用火锅类铜器形状差异化较大，对材料冲制性能有特殊要求，一般工艺生产的H62黄铜板在市场上无法完全满足加工要求，出现冲裂和“橘皮”现象[2]的不良率较高，故使用特殊工艺生产的H62黄铜板来代替普通H62黄铜板。本文根据各类餐饮铜器不同的使用要求制定加工标准，选择合理的工艺路线，进行关键的热处理控制，以满足冲制时的适用性要求，最终实现产业化。

1 实验材料及方法

实验材料是厚度为1.0mm的H62黄铜带，其化学成分(质量分数，%)为，Cu 61.0～63.0，Fe≤0.10，Pb≤0.08，Zn余量，杂质含量≤0.5。试样由铸锭经热轧-铣面-冷轧-退火-精轧后获得，其中热轧初始温度控制在830℃～890℃，终轧温度不低于620℃。对试样分别进行480℃～ 560℃，保温时间为2h的退火处理，并进行力学性能测试和显微组织观察，然后进行冲制试验。退火后金相试样按照标准金相试样法制样，腐蚀液为硝酸铁与无水乙醇溶液，采用ZEISS HAL100金相显微镜(OM)进行微观组织观察。使用万能拉伸试验机和维氏硬度仪对试验样进行力学性能测试。

2 试验结果与分析

2.1 退火温度对力学性能的影响

以1.0mm厚的H62材料为例，采用实验室高温炉进行软化退火，试样随炉升温至设定温度480℃～ 560℃，保温时间均为2h，室温下空冷(AC)。不同退火温度下的机械性能如图1所示。

H62黄铜的再结晶温度为300℃～330℃，试验退火温度480℃～ 560℃为软化退火。由图1可以看出，材料抗拉强度是随着退火温度的升高而降低；延伸率从480℃至540℃逐渐升高，从540℃至560℃略微下降；硬度从480℃至540℃逐渐降低，从540℃至560℃下降较慢。

图1 H62黄铜带退火性能

2.2 退火温度对金相组织的影响

图2为 H62黄铜带退火态组织，随着退火温度的逐渐增高，试样中的晶粒逐渐变化。从金相上看，轧后试样晶粒为加工变形组织，沿轧制方向拉长，深色β相分布在浅色的α相之间；退火温度480℃～560℃的试样组织均为再结晶组织，560℃的试样α相晶粒平均尺寸为75μm，部分α相晶粒尺寸超过110 μm。由实验数据可知，晶粒尺寸随着退火温度的升高而增大，当退火温度超过一定温度时，晶粒继续长大，但尺寸均匀性变差。

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

当退火温度在480℃时，由于结晶动力小，晶粒长大较慢，晶粒细小，α相晶粒平均尺寸小于20μm，β相细小且方向性较强，材料各向异性大(图2(b))。当退火温度为520℃～550℃时，α相晶粒长大均匀，α相晶粒平均尺寸为20μm～65μm，材料的方向性不明显(图2(c)(d)(e))。当退火温度超过560℃后，晶粒迅速长大，部分出现二次结晶，晶粒反常长大且不均匀(图2(f))。

2.3 退火温度对冲制性能的影响

分别对480℃×2h试样、500℃×2h试样、510℃×2h试样、520℃×2h试样、530℃×2h试样、540℃×2h试样、550℃×2h试样、560℃×2h试样进行冲制试验。冲制结果显示，480℃×2h试样直接冲制时，冲制品边部有冲裂现象，裂口较大；500℃×2h、510℃×2h试样直接冲制时，冲制品边部有冲裂现象，裂口较小，在加工过程中增加一次冲制工序，才能保证试样在冲制过程中不裂；520℃×2h、530℃×2h、540℃×2h试样直接冲制，冲制品表面及边部良好；560℃×2h试样直接冲制时，冲制品表面粗糙，出现“橘皮”现象。

由图2及实验结果可知，当退火温度(480℃～510℃)较低时，H62黄铜带材组织中β相沿轧制方向呈长条状分布，带材直接冲制时，冲制品边部出现裂口，需要增加一道冲制工序，才能实现H62黄铜带不冲裂；冲制适用性不好，冲裂位置集中出现在轧制方向0°和90°。从力学性能上看，同一温度处理的0°、45°、90°试样，45°处的抗拉强度最低，延伸率最好，说明与带材组织性能的各向异性有关。随着退火温度的升高，再结晶晶粒继续长大，α相、β相逐渐转变为等轴晶粒，已有不少β相在退火中溶入α相，材料变形协调一致性好转，表现为H62黄铜带冲压性能逐渐好转。当退火温度达到520℃，H62黄铜带直接冲制时，冲制品表面及边部良好，冲制适用性良好。当温度为560℃及以上时，H62带材组织中少数晶粒优先长大，成为特别粗大的晶粒，即出现“二次再结晶”，材料塑性下降，冲制品表面出现“橘皮”现象。

在较低的退火温度下，晶粒尺寸小于20μm，H62黄铜带直接冲制时冲裂，冲裂位置集中出现在轧制方向0°和90°处，说明材料组织的方向性较强。退火温度在520℃～550℃时，晶粒平均尺寸为20μm～65μm，H62黄铜带直接冲制时，冲制品表面及边部良好，冲制适用性良好。退火温度超过560℃时，H62黄铜带组织晶粒粗大，部分晶粒尺寸超过100μm，直接冲制时，冲制品表面粗糙，出现“橘皮”现象，α相晶粒平均尺寸变大，晶粒出现二次结晶，晶粒长大且不均匀，材料组织协调变形一致性变差。

由此可见，H62黄铜带冲制性能并不是退火温度越高越好，想要得到良好的冲制性能，需要将退火温度控制在合适的范围内，并控制适宜的晶粒尺寸，保证材料塑性。

3 结论

(1)餐饮用H62材料的冲制适用性与退火温度有关，退火温度过低，冲制时出现裂口现象；温度过高，冲制时会出现“橘皮”现象。生产此类产品时，需要将退火温度控制在520℃～550℃的范围内。

(2)餐饮用H62材料制备应控制合金中适宜的α相晶粒尺寸，α相晶粒平均尺寸在20μm～65μm之间，可以满足冲制适用性。