王思琦，陳元園，馮慶，韓坤炎，沈楚

1.西安泰金新能科技股份有限公司 陜西西安 710201

2.西北有色金屬研究院 陜西西安 710201

1 序言

銅具有優(yōu)良的綜合性能，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于電器、電子、交通和機(jī)械等設(shè)備，其中T2銅是陰極重熔銅，含微量氧和雜質(zhì)，具有高的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性，良好的耐蝕性和加工性能，可以熔焊和釬焊。主要用作導(dǎo)電、導(dǎo)熱和耐腐蝕元器件，如電線、電纜、導(dǎo)電螺釘、殼體和各種導(dǎo)管等[1-3]。同時(shí)T2銅還經(jīng)常被用于鋼-銅復(fù)合板，即以鋼為基體金屬、銅作為復(fù)合材料冷軋而成，可進(jìn)行單面或雙面復(fù)合軋制。但是，T2銅在使用過(guò)程中容易出現(xiàn)帶狀組織等缺陷，這是因?yàn)橥嘶鸸に嚥缓细袷沟镁Я４执笄疑扉L(zhǎng)率差。不同的熱處理參數(shù)對(duì)T2銅的顯微組織和力學(xué)性能影響很大，因此本文采用3種退火工藝對(duì)T2銅顯微組織和力學(xué)性能進(jìn)行改善，發(fā)現(xiàn)當(dāng)550℃/30min/空冷時(shí)，T2銅的晶粒細(xì)小且伸長(zhǎng)率能達(dá)到58%，是最佳的熱處理工藝。

2 試驗(yàn)與檢測(cè)

2.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用材料為工業(yè)軋制純銅（T2），軋制厚度為6mm，其化學(xué)成分見(jiàn)表1。為研究退火溫度對(duì)顯微組織、導(dǎo)電性和力學(xué)性能的影響，先用線切割在冷軋板上切出30mm×30mm×6mm的方塊板料。本文設(shè)計(jì)了3種退火處理方案，熱處理工藝分別為：①550℃/30min/空冷。②600℃/30min/空冷。③650℃/30 min/空冷。

表1 T2銅的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

2.2 金相組織觀察

試樣經(jīng)過(guò)240目、600目、1200目及2000目砂紙打磨處理和機(jī)械拋光后，金相腐蝕液為HNO3溶液腐蝕樣品（時(shí)間為10s），利用OLYMPUS PMG3倒置式金相顯微鏡觀察微觀組織形貌，利用Nano Measurer 1.2軟件對(duì)晶粒尺寸進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

2.3 硬度檢測(cè)

采用上海敏新檢測(cè)儀儀器有限公司生產(chǎn)的M H V-50顯微維氏硬度計(jì)對(duì)樣品進(jìn)行硬度檢測(cè)。檢測(cè)前，對(duì)檢測(cè)面（30mm×30mm）進(jìn)行240目、600目、1200目及2000目砂紙打磨和拋光處理，選取每個(gè)試樣中心作為參考坐標(biāo)原點(diǎn)，在此進(jìn)行3mm×3mm陣列的取點(diǎn)檢測(cè)，顯微硬度檢測(cè)參數(shù)為：載荷0.1kf（0.98N），保壓時(shí)間10s。

2.4 電導(dǎo)率測(cè)試

對(duì)試樣經(jīng)過(guò)240目、600目、1200目及2000目砂紙打磨處理和機(jī)械拋光后，利用Sigma Scope Smp350渦流金屬電導(dǎo)儀對(duì)銅進(jìn)行電導(dǎo)率測(cè)試，測(cè)量5次取平均值作為該位置電導(dǎo)率。

2.5 拉伸試驗(yàn)

拉伸試驗(yàn)按GB/T 228.1—2021《金屬材料 拉伸試驗(yàn) 第1部分：室溫試驗(yàn)方法》規(guī)定執(zhí)行，試樣結(jié)構(gòu)尺寸如圖1所示。試樣的承載方向平行于棒材的擠壓方向。拉伸試驗(yàn)設(shè)備采用美特斯工業(yè)系統(tǒng)（中國(guó)）有限公司生產(chǎn)的E45.305微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，試驗(yàn)溫度為室溫，拉伸速率為2mm/min。

圖1 拉伸試樣結(jié)構(gòu)尺寸

2.6 電鏡測(cè)試

利用日本電子株式會(huì)社生產(chǎn)的JSM-IT200SEM掃描電鏡對(duì)拉伸樣斷口進(jìn)行拍照。

3 結(jié)果與分析

3.1 熱處理溫度對(duì)T2銅顯微組織和硬度的影響

圖2a～c所示分別為經(jīng)過(guò)550℃/30min/空冷、600℃/30min/空冷、650℃/30min/空冷后T2銅的顯微組織。從圖2a～c可看出，退火后的顯微組織中存在等軸晶和孿晶，這是因?yàn)橛捎阢~為面心立方晶系，加工退火后易產(chǎn)生孿晶，故其組織為等軸晶，伴有相當(dāng)數(shù)量的孿晶，并存在明顯的位向差。

圖2 不同熱處理后T2銅的顯微組織

圖3、圖4 所示分別為不同退火熱處理后銅的晶粒尺寸和顯微硬度。從圖3、圖4可看出，經(jīng)過(guò)550℃/30m i n/空冷、600℃/30m i n/空冷、650℃/30min/空冷熱處理后，銅的晶粒尺寸分別為18μm、42μm、82μm，硬度分別為78HV、72HV、68HV。隨著熱處理溫度升高，銅晶粒增大，但是硬度則降低，這是因?yàn)榫Я３叽缭酱?，?xì)晶強(qiáng)化效果越差[3-5]。

圖3 不同熱處理后T2銅的晶粒尺寸

圖4 不同熱處理后T2銅的顯微硬度

3.2 熱處理溫度對(duì)T2銅導(dǎo)電率影響

圖5所示為在550℃/30min/空冷、600℃/30min/空冷、650℃/30min/空冷后銅的電導(dǎo)率。從圖5可看出，隨著溫度升高，銅的電導(dǎo)率有所增加，這是因?yàn)榫Я４只沟秒娮友鼐Ы邕w移能力變強(qiáng)[6-9]，電導(dǎo)率升高。

圖5 不同熱處理后T2銅電導(dǎo)率

3.3 拉伸試驗(yàn)

拉伸試驗(yàn)后，不同熱處理試樣形貌如圖6所示，不同熱處理后T2銅拉伸試樣斷口形貌如圖7所示，拉伸試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

圖6 不同熱處理后T2銅的拉伸試樣

圖7 不同熱處理后T2銅試樣的斷口形貌

表2 拉伸試驗(yàn)結(jié)果

從圖7和表2可看出，經(jīng)過(guò)550℃/30min/空冷、600℃/30min/空冷、650℃/30min/空冷熱處理后，T2銅的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度基本一致。隨著熱處理溫度升高，斷后伸長(zhǎng)率和斷后收縮率逐漸降低，這是因?yàn)?50℃/30min/空冷熱處理后銅的晶粒變小[8-10]，所以韌性升高。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)不同溫度熱處理的T2銅進(jìn)行顯微組織和性能檢測(cè)，得出以下結(jié)論。

1）經(jīng)過(guò)550℃/30min/空冷、600℃/30min/空冷、650℃/30min/空冷后，銅的晶粒尺寸分別為18μm、42μm、82μm，硬度分別為78HV、72HV、68HV。

2）經(jīng)過(guò)550℃/30m i n/空冷、600℃/30m i n/空冷、650℃/30min/空冷后，銅的電導(dǎo)率分別為96.21%IACS、99.93%IACS、100.22%IACS。

3）經(jīng)過(guò)550℃/30min/空冷、600℃/30min/空冷、650℃/30min/空冷后，T2銅的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度基本一致，斷后伸長(zhǎng)率和斷后收縮率逐漸降低。