» » Нейтральная термическая обработка меди и ее сплавов
13.01.2015

Медные сплавы по требованию, предъявляемому к составу контролируемых атмосфер, делят на три группы:
1) медь; бронзы оловянные, оловянно-цинковые, оловяннофосфористые; латуни Л96—Л98; медноникелевые сплавы типа мельхиор; 2) сплавы с бериллием, марганцем, кремнием, хромом; 3) сплавы, содержащие более 15% Zn (латуни и нейзильбер).
Температура отжига меди 370—700° С. Свободный кислород окисляет медь. Водяной пар при низких температурах вызывает наплывы, а при высоких — окисление меди, так как диссоциирует с образованием кислорода. В присутствии катализатора, например оксидов железа, диссоциация возрастает. Применение пара в качестве защитной атмосферы при средних температурах отжига (-550° С) сохраняет исходную светлую поверхность, но остающаяся местами на поверхности металла влага при охлаждении дает наплывы. Если пОйерхность меди покрыта оксидной пленкой, то пар не восстанавливает ее.
Водород поглощается медью и при наличии кислорода в металле понижает содержание кислорода сначала на поверхности, а затем по мере диффузии во внутренних слоях и в глубине металла. Образующийся при этом водяной пар (например, при содержании в меди 0,01% O2 образуется 14 см3 H2O/100 г меди) не способен диффундировать и его возрастающее давление разрушает металл (явление водородной хрупкости). Водородной хрупкости подвержена только кислородсодержащая медь. При отжиге в атмосфере CO2 на меди образуется сажа. Светлый отжиг меди рекомендуется проводить в атмосфере неосушенного и неочищенного экзогаза с содержанием водорода порядка 5%. Восстановительный потенциал такого газа обеспечивает осветление исходной поверхности меди, а содержание водорода не достаточно для появления водородной хрупкости.
Медные сплавы, содержащие никель, до 15% цинка или олова, в газовых средах при температурах термической обработки ведут себя аналогично чистой меди.
Отжиг бронз проводят при температуре 430—760° С.
При отжиге бронзы и мельхиора в водяном паре их поверхность окисляется до цветов побежалости, когда у=0,5 (у — отношение отражательной способности поверхности до и после отжига). После нагрева и охлаждения до температуры 80—100° C в атмосфере неосушенного и неочищенного экзогаза с содержанием водорода примерно 5% поверхность бронзы и мельхиора практически не изменяется.
Загрязнение атмосферы печи смазкой, остающейся на поверхности изделий, подвергаемых термической обработке, вызывает потускнение поверхности при отжиге указанных медных сплавов. Смазка может быть полностью удалена в результате предварительного вакуумирования садки с подогревом ее до 200° С.
Нейтральная термическая обработка меди и ее сплавов

Сплавы меди, легированные бериллием, марганцем, кремнием и хромом, имеющими большее сродство к кислороду, чем медь, окисляются даже при малом содержании кислородсодержащих компонентов в газовой фазе. При этом указанные элементы, образуя на поверхности сплавов защитные оксидные пленки, замедляют окисление меди. Так, в начальный период окисление происходит почти по параболической зависимости. С ростом защитных пленок процесс тормозится.
Неокисленная поверхность сохраняется при нагреве в очищенном азоте. При этом отражательная способность поверхности остается на уровне исходного образца.
Старение деталей электротехнической промышленности и приборостроения, например контактов, цанг из бериллиевой бронзы, проводят в аргоне при температуре 320° С.
К сплавам меди, содержащим более 15% цинка, относятся латуни и нейзильберы. Практически применяемые латуни содержат до 50% цинка. Простые латуни содержат только медь и цинк. Специальные латуни, кроме того, могут содержать кремний, свинец, олово, алюминий, никель и т. д. Температура отжига латуней зависит от степени деформации при обработке давлением и составляет 370—760° С.
При разработке режима светлого отжига латуни следует учитывать наличие в ней кислородсодержащих газов, низкую температуру кипения цинка и высокое сродство цинка к кислороду.
При наличии кислородсодержащих газов в латуни последняя окисляется в любой атмосфере.
Низкая температура кипения цинка (905,4° С) способствует его улетучиванию, в результате чего латунь обедняется им. Возгонка цинка вызывает появление субграниц и микропористости, что делает поверхность латуней шероховатой и матовой даже при отсутствии оксидов. Восстановление первоначального состояния такой поверхности легкой очисткой невозможно. Возгонка цинка возрастает с повышением температуры и увеличением продолжительности нагрева (рис. 27, 28), а также с увеличением содержания цинка в латуни (см. рис. 27). Возгонка цинка начинается при 450° С и ощутима уже при температуре 560° С. Кроме того, обесцинкивание латуни зависит от газового режима печи, определяемого составом (рис. 29, 30) и давлением атмосферы (рис. 31), а также скоростью потока этой атмосферы.
Если атмосфера наводит на поверхности плотную оксидную пленку, то последняя препятствует возгонке. Влияние атмосфер, не окисляющих латунь, зависит от их плотности: чем больше плотность, тем меньше улетучивание цинка.
Нейтральная термическая обработка меди и ее сплавов

Повышение давления газовой фазы снижает возгонку цинка (рис. 31). Аналогично действует насыщение газовой фазы парами цинка. Фирма «Siemens» подвергает латунь термической Обработке при давлении атмосферы в печи ~50 кПа.
На рис. 32 показано обесцинкивание латуни в водородной атмосфере. Наименьшее обесцинкивание наблюдается в неподвижной атмосфере.
Цинк окисляется кислородсодержащими компонентами атмосферы CO2 и H2O. Обеспечение приведенных выше условий равновесия цинка с кислородсодержащими компонентами атмосферы предотвращает окисление латуней. При этом латунь должна охлаждаться в атмосфере до температуры 40° С. Охлаждение в воде окисляет поверхность, даже если печная атмосфера обеспечивает светлый отжиг.
Способ светлой обработки латуни по методу, осуществленному фирмой «Ebner» и «Brawn — Angott», основан на снижении температуры отжига латуней до 430—530° С в зависимости от сплава. Снижение температуры компенсировано увеличением продолжительности выдержки при этой температуре с достижением минимального перепада температур по садке на протяжении всего отжига.
В этом случае светлая поверхность латуни обеспечивается в атмосфере исходного состава, %: H2 25; O2≤0,0001; (CO+CO2)≤0,002; N2 — остальное.
Температура точки росы менее -70° С. При этом полностью исключается влияние смазки.
Таким образом, для светлого отжига сплавов первой группы оптимальной является атмосфера экзотермического или нейтрального газов, содержащих 2—5% газов-восстановителей. Для отжига второй группы сплавов оптимальной является нейтральная атмосфера высокой степени очистки, смесь ее с водородом, моногаз, а для третьей группы сплавов — азотоводородная атмосфера высокой степени очистки. В этих атмосферах поверхность металла сохраняется неокисленной в течение продолжительного отжига в печах садочного типа.
Нейтральная термическая обработка меди и ее сплавов