热处理工艺对H68合金晶粒度的影响

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摘 要 文中首先介绍了H68合金晶粒度大小与工艺因素的关系，接着分析了试验方案及其热处理工艺，最后总结了热处理工艺对h68合金晶粒度的影响。

关键词 热处理工艺；H68合金晶粒度；影响

中图分类号：TG1 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）022-162-2

铜-锌合金H68可用作各种复杂的冷冲件和深冲件，是工业行业中不可缺少的一种深冲材料。具有良好的塑性和较高的强度，冷形成性能好，耐腐蚀，易于切削加工和焊接，能极好地承受热、冷压力加工，广泛地用于制作各种复杂的冷冲件、深冲件等，是汽车和拖拉机行业制作水箱散热器水室的最好材料。而其H68板带材成品的晶粒大小和晶粒的均匀性，是判别水箱散热器水室用H68板带材机械性能和成形的重要依据。H68合金成品加工前的晶粒度越大，成品热处理后的晶粒度愈大。那么，最终的成品热处理的晶粒度与原始晶粒的大小是否有关？成品冷加工前的粗大晶粒能否影响到最终成品的热处理晶粒度大小？本实验就这一课题在生产实践中进行工艺总结并做如下阐述。

1 H68合金晶粒度大小与工艺因素的关系

在生产过程中，往往会因热处理温度控制不当或保温时间过长而使得热处理后的H68合金晶粒粗大，那么，H68合金热处理后的晶粒度是由哪些主要因素而决定的呢？通常合金再结晶的晶粒度与下列因素有关。

1.1 化学成分及合金相

H68合金属于单相α合金，仅有少量的非平衡结晶（α+β）两相组织形式存在于α相组成之中。（α+β）中的非平衡β相经热加工前的加热，基本能得到消除。那么，常见的H68合金可以说只有单相α组织。单相α合金通常在350℃～450℃的温度范围内完成再结晶，其再结晶温度T再为：300℃～370℃。因为单相α合金的再结晶温度是随着合金锌含量的增加而降低的。也就是说：单相α合金仅在100℃温度范围内就可以结晶完毕，即热处理时对其热处理温度应严格控制。

1.2 加工率

在对H68合金再结晶退火前的加工时，生产中通常采用的冷加工率范围在55%～78%之间。由于加工率大，可使晶粒在大变形量的条件下被充分地拉长既而得到破碎，使其合金内部储存的能量增高。生核的高能区增多，使其再结晶晶核数目增多，故而再结晶的晶粒细小。加工率对晶粒的大小关系见图1。由此可见，采用大的变形程度能使内部高能区增多，让再结晶数目增多，通过晶核数目增多也是使H68合金热处理晶粒变小的途径之一。

1.3 退火温度 、时间与加热速度

在退火过程中发现，温度愈高，再结晶完成时间愈短，晶粒长大速率也愈大（见图2）。在一定温度下，保温时间越长，晶粒逐渐长大，并在达到一定尺寸后基本终止，因为晶粒尺寸与时间呈抛物线型关系（如图3），所以在一定温度下，晶粒尺寸均会有一极限值。若晶粒尺寸达到极限值后，温度再升高，晶粒还会继续长大，一直达到后一温度下的极限值。因此要严格控制退火温度，避免温度波动引起二次再结晶，出现交替分布的粗晶带和细晶带，使晶粒不均匀。

由于合金热处理后的晶粒尺寸与加热时间成正比，加热时间与加热温度成反比；又加热速度与加热温度成正比。而我们生产通常采用的热处理温度是由热处理温度与加热保温时间来决定的。当变形程度和保温时间一定时，热处理温度愈高，再结晶后的晶粒度愈大（见图2）。所以，掌握好热处理时的加热速度对晶粒尺寸的均匀性具有决定性作用。我们设想，控制一定的加热速度，使变形金属由于冷加工变形而形成的内部位错密度较高的地方得到部分回复，减少内部畸变能之差，使加热过程中金属各部分生核均匀，再结晶过程缩短，这样便可得到均匀的再结晶晶粒。

2 试验方案和热处理工艺

2.1 实验方案

根据上述分析，H68合金属单相α高锌合金，第一，再结晶温度低；第二，晶粒易长大。又在结晶理论中指出，原始晶粒粗大，加工处理后再结晶晶粒亦大，H68合金在成品冷加工前需经过两次中间热处理（6.0 mm冷轧卷坯和2.3 mm冷加工卷坯热处理），这两次中间热处理一般要求有良好的塑性，因而热处理温度较高，材料机械性能一般抗拉强度为285kg/mm2～235kg/mm2，伸长率为51%～72%，晶粒度一般情况下是大于0.045mm的，甚至达到0.09 mm的结晶度。如果说在2.3mm冷加工卷坯热处理时，将其晶粒度控制在0.045 mm以下，由结晶理论可知，成品热处理时的晶粒度是能得到保障的。但这样势必使其伸长率下降，抗拉强度上升，会给H68合金成品冷加工带来一定困难，对带式法生产的强化轧制不利。故而从工艺考虑不能选择控制原始晶粒的方法来控制最终成品的晶粒度。

由于冷加工薄板的成品加工率均在50%以上，详见H68合金板带材的生产工艺流程那么，大加工率能使原始粗大晶粒得到充分地破碎，内部能量增高，生核数量增多，有使晶粒细化的可能。常规的热处理工艺是以炉子定温与加热保温时间而定，它对于装炉料的多少与规格不同的影响也不一致。针对热处理工艺的温度与时间这两个关键工艺参数，以成品热处理的工艺以实测料温为基准，可避免因装炉规格不同而造成的加热时间不同的弊端。

2.2 热处理工艺

根据前述的方案，H68合金的再结晶温度在300～370℃范围之内，所以热处理料温应保证大于最高再结晶温度370℃以上， 故而为了获得H68合金的最佳成品热处理温度，实施几组工艺试验，其实验结果见表1和表2。

从表中看出：随着料温的上升，晶粒度尺寸逐渐增大。其中最小0.01 mm，最大的0.03 mm，无粗大晶粒现象。

表2左半部都是6.0 mm卷坯热处理时实测值，右半部是成品冷加工前2.3 mm卷坯热处理时的实测值，也就是表1中第一组实验的原始晶粒度状况。

表1、表2联系起来进行分析得出，H68合金成品热处理的晶粒度并不因为原始晶粒的粗大的原因，而使最终晶粒度粗大，即原始晶粒均为0.045 mm～0.09 mm的情况下，在成品热处理料温380℃，热处理晶粒度也是0.01 mm～0.02 mm。说明H68合金热处理可以使晶粒度得到有效控制。

3 结论

经过对H68合金晶粒度的分析和成品热处理料温与晶粒度之间的关系得出：1）H68合金的成品热处理晶粒度基本与原始晶粒度大小无关，在加工率大于50%前提下，只与成品热处理的料温有关。2）H68合金的晶粒度基本随温度的上升而上升且线性长大，当料温大于550℃之后，晶粒度增长不明显。

参考文献

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[2]重有色金属材料加工手册（第一分册）[M].

[3]铜加工金属实用手册[M].冶金工业出版社，2006.

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