CN110894585B - 一种铜棒热处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铜棒热处理工艺，涉及热处理领域，其技术方案的要点是：包括：装炉，将铜棒均匀平放在托盘上，将托盘沿加热炉的竖直方向均匀放置在加热炉内；加热升温，将加热炉的炉温先升至330‑360℃，并保持1.5‑2h，以进行一次加热；将加热炉的炉温再升570‑600℃，并保持1‑1.5h，以进行二次加热；加热炉的炉温最后升至860‑900℃，并保持0.5‑1h，以进行三次次加热；渗碳，朝加热炉内滴加甲醇并通入丙烷；淬火，将铜棒放入至淬火油内进行淬火；冷却清洗，取出经过淬火后的铜棒进行清洗；回火，将清洗后的铜棒放置在回火炉内进行回火；通过对铜棒进行三次加热，且每一次加热后均在当前温度下保持一定的时间，进而使得铜棒内外部能够受热均匀，有利于提高铜棒的质量。

Description

一种铜棒热处理工艺
技术领域
本发明涉及热处理领域，特别涉及一种铜棒热处理工艺。
背景技术
铜棒是有色金属加工棒材的一种，具有较好的加工性能以及高导电性能，铜棒在生产的过程中需要对铜棒进行加热、保温和冷却等手段的热处理工艺，以增加铜棒的硬度。
现有技术中对铜棒的热处理过程一般为加热升温、渗碳、冷却、退火，最后清洗干燥以完成对铜棒的热处理工作，在上述的整个热处理过程中，对铜棒进行加热升温均采用的是直接将加热炉内的温度一次性加热至铜棒所需的最高温度，虽然这种加热方式可以快速使加热炉内的温度满足铜棒的需要，但是由于对铜棒的加热需要使得铜棒的内外部要受热均匀，在加热过快的情况下，使得铜棒内部无法在一次性加热的时间内获得所需的温度，易导致铜棒内外部的受热不均，影响热处理过程中铜棒的质量。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种铜棒热处理工艺，在对铜棒进行加热时使得铜棒内外部受热均匀，有利于提高铜棒的热处理质量。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种铜棒热处理工艺，包括：
步骤S1：装炉，将铜棒均匀平放在托盘上，将托盘沿加热炉的竖直方向均匀放置在加热炉内；
步骤S2：加热升温，将加热炉的炉温先升至330-360℃，并保持1.5-2h，以进行一次加热；将加热炉的炉温再升至570-600℃，并保持1-1.5h，以进行二次加热；加热炉的炉温最后升至860-900℃，并保持0.5-1h，以进行三次加热；
步骤S3：渗碳，朝加热炉内滴加甲醇并通入丙烷；
步骤S4：淬火，将铜棒放入至淬火油内进行淬火；
步骤S5：冷却清洗，取出经过淬火后的铜棒进行清洗；
步骤S6：回火，将清洗后的铜棒放置在回火炉内进行回火。
通过上述技术方案，在对铜棒进行加热的过程中，通过对铜棒进行三次加热，且每一次加热后均在当前温度下保持一定的时间，使得热量可以逐渐由铜棒外部传递至铜棒内部，以使整个铜棒的内外均可以达到加热炉内部的温度，且通过三次加热的方式，使得对铜棒的温度逐级升高，相比于一次性的加热，逐级升高的方式可使得铜棒内部在进行热传导的过程中能够保持铜棒本身的温度逐渐升高，以减少出现铜棒外部温度过高，内部过低的情况，进而使得铜棒内外部能够受热均匀，在后续的加工过程中，有利于提高铜棒的质量。
优选的，所述步骤S3包括步骤S31：强渗，将加热炉内温度降低至780-820℃后，以50-60mL/min的速度滴入甲醇，再以7.5-8.5L/min的速度充入丙烷，且持续时间为200-230min；
步骤S32：扩散，降低甲醇的滴入速度至30-35mL/min，降低丙烷的充入速度至4.5-5.5L/min，并将持续时间增加至280-320min。
通过上述技术方案，强渗使得甲醇与丙烷能够加快与铜棒接触的速度，使得碳元素能够快速进入到铜棒内，之后再经由扩散使得进入到铜棒内的碳元素可逐渐覆盖铜棒的表面，增强铜棒的含碳量，且扩散的时间要高于强渗的时间，使得碳元素能够逐渐渗透至铜棒内，以使铜棒内部的含碳量达到最优需要，有利于提高铜棒的硬度。
优选的，所述步骤S31与步骤S32中，在甲醇滴加至与铜棒接触后立即通入丙烷气体，之后再通入氨气，且氨气的通入速度低于丙烷的通入速度。
通过上述技术方案，甲醇在滴加的过程中一直处于液体的状态，在接触铜棒后会迅速气化，此时可通过充入丙烷气体以覆盖甲醇，再通入氨气以覆盖丙烷，使得丙烷与甲醇均可以与铜棒充分接触，有利于提高铜棒的渗碳效率。
优选的，所述步骤S31中强渗的碳势为1.10±0.05，步骤S32中扩散碳势为0.80±0.05。
通过上述技术方案，强渗与扩散的碳势对铜棒渗碳后的碳含量有较大的影响，碳势过低易使渗碳速度较慢，铜棒生产后的表面硬度较低，碳势过高易使铜棒表面产生碳黑且铜棒本身的质地会变得较脆，通过将强渗的碳势控制在1.10±0.05，扩散的碳势控制在0.80±0.05可使得铜棒所需的含碳量达到所需的程度。
优选的，所述步骤S4中，淬火油置于淬火槽中，淬火油的油温为60-80℃。
通过上述技术方案，通过将淬火油的油温控制在60-80℃，使得淬火油本身的流动性与运动的粘度都达到最优水平，有利于提高铜棒经过淬火后的品质。
优选的，所述步骤S4中，先称取2.0kg-4.0kg的碳酸钙置于淬火槽内的淬火油中，再将铜棒放置在淬火槽内。
通过上述技术方案，铜棒在由于处于高温状态，在淬火过程中，表面会残留有氧化物，通过在淬火油中加入碳酸钙，使得铜棒在淬火过程中，碳酸钙可以对铜棒的表面进行摩擦，以除去铜棒表面的氧化物。
优选的，所述淬火槽槽底设置有连接伺服电机的转动盘，铜棒放置在淬火油内的转动盘上时，伺服电机先正转一段时间，再反转相同的时间，相互循环。
通过上述技术方案，淬火过程中，可通过伺服电机带动转动盘的双向转动，使得碳酸钙在摩擦铜棒表面时，可以对铜棒进行充分的摩擦，且可降低淬火油的温度。
优选的，所述步骤S5中，对铜棒进行清洗采用硫二甘醇与水按照体积比1:8-1:12混溶的溶液进行清洗10-15min，之后再使用水冲刷铜棒。
通过上述技术方案，采用硫二甘醇水溶液清洗铜棒，可使得铜棒表面残留的淬火油溶入至该溶液中，以加快对淬火油的清理速度，提高铜棒的清洗效率，另外再通过水的冲刷易除去铜棒上残留的硫二甘醇水溶液。
优选的，所述步骤S6中，将铜棒先浸入至苯并三唑溶液中3-6min，苯并三唑溶液采用苯并三唑晶体与40-50℃的热水按照质量比1:500-1:530混合而成，再进行回火。
通过上述技术方案，通过将铜棒浸入至苯并三唑溶液中一段时间后，可在铜棒表面形成一层抗氧化物，以减少铜棒的氧化，且苯并三唑在回火的过程中可分解。
优选的，所述步骤S6中，将铜棒从苯并三唑溶液中取出放入回火炉中，并在300±10℃的温度中回火2-3h。
通过上述技术方案，通过将铜棒放在300±10℃的温度中回火2-3h，可提高铜棒的硬度，降低铜棒在淬火后残留的应力和脆性。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
通过对铜棒进行三次加热，且每一次加热后均在当前温度下保持一定的时间，使得热量可以逐渐由铜棒外部传递至铜棒内部，以使整个铜棒的内外均可以达到加热炉内部的温度，进而使得铜棒内外部能够受热均匀，在后续的加工过程中，有利于提高铜棒的质量。
附图说明
图1为实施例的工艺流程图，用于重点展示实施例的工艺流程。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
一种铜棒热处理工艺，如图1所示，包括以下步骤：
步骤S1：装炉，将铜棒均匀平放在托盘上后，将托盘沿加热炉的竖直方向均匀放置在加热炉内。
步骤S2：加热升温，将加热炉的炉温先升至330-360℃，本实施例中优选为350℃，并保持1.5-2h，使得铜棒内外均匀受热至350℃，以实现对铜棒的一次加热；再将加热炉的炉温升至570-600℃，本实施例中优选为580℃，并保持1-1.5h，使得铜棒内外温度均匀提高至580℃，以实现对铜棒的二次加热；最后将加热炉的炉温升至860-900℃，本实施例中优选为880℃，并保持0.5-1h，使得铜棒内外的温度到达最佳的880℃，以实现对铜棒的三次加热。
步骤S3：渗碳，朝加热炉内滴加甲醇并通入丙烷，以增加铜棒表面的含碳量，以提高铜棒的硬度；
步骤S3包括步骤S31：强渗，先将加热炉内温度降低至780-820℃后，以50-60mL/min的速度滴入甲醇，再以7.5-8.5L/min的速度充入丙烷，且持续时间为200-230min，本实施例中优选为220min，而由于此时铜棒处于强渗状态，本阶段的碳势为1.10±0.05；
铜棒的强渗阶段是增加铜棒表面的含碳量，然而碳势太高易导致铜棒表面的含碳量的增加，使得铜棒的表面出现炭黑，使得铜棒变脆而发生断裂的情况，但是碳势太低的话铜棒表面的硬度又会降低，因此通过将加热炉的温度降低至780-820℃之间后，并使的碳势保持在1.10±0.05，且强渗的时间设置为220min，使得铜棒表面的含碳量达到硬度的所需要求，有利于增加铜棒的使用寿命；
步骤S32：扩散，将甲醇的滴入速度降低至30-35mL/min，丙烷的充入速度降低至4.5-5.5L/min后，再朝加热炉内加入，并将持续时间增加至280-320min，本实施例中优选为300min，且本扩散阶段的碳势为0.80±0.05；
铜棒的扩散阶段是将碳元素渗入至铜棒的内部，此时铜棒内部的含碳量要低于铜棒表面的含碳量，但是铜棒的内部又不能太低，否则会造成铜棒内部变软，导致铜棒在使用过程中易产生形变，而太高的话又会使得铜棒内部变脆，因此通过将扩散阶段的碳势保持在0.80±0.05，且扩散的时间提高至280-320min，既可以使得铜棒内部的含碳量达到硬度所需的要求，也可以使得铜棒各位置的含碳量更加均匀。
在步骤S31与步骤S32的渗碳过程中，需要先滴加甲醇，后充入丙烷，且需要在甲醇滴加至与铜棒接触后立即通入丙烷气体，之后还要再通入氨气，且氨气的通入速度低于丙烷的通入速度，以使丙烷与甲醇均可以与铜棒充分接触，有利于提高铜棒的渗碳效率。
步骤S4：淬火，将铜棒放入至淬火油内进行淬火，其中淬火油是放置于淬火槽中，且淬火油的油温为60-80℃，将淬火油的油温控制在60-80℃，可以使得淬火油本身的流动性与运动的粘度都达到最优水平，有利于提高铜棒经过淬火后的品质。
淬火槽的槽底设置有连接伺服电机的转动盘，伺服电机可以控制电机轴的转动方向，在对铜棒进行淬火之前，先称取2.0kg-4.0kg的碳酸钙置于淬火槽内的淬火油中，本实施例中碳酸钙的放入量优选为3.0kg，再将铜棒放置在淬火槽内的转动盘上，此时可启动伺服电机先正转一段时间，再反转相同的时间，以使转动盘的正反转可以相互循环；通过在淬火油中加入碳酸钙，使得铜棒在淬火过程中，碳酸钙可以对铜棒的表面进行摩擦，以除去铜棒表面的氧化物。
步骤S5：冷却清洗，取出经过淬火后的铜棒进行清洗，且清洗过程中采用硫二甘醇与水按照体积比1:8-1:12混溶的溶液进行清洗10-15min，本实施例中硫二甘醇与水体积比优选为1:10，之后再使用水冲刷铜棒。
表一：铜棒表面残留淬火油检测
Figure BDA0001797222620000051
综上表一的检测结果，每一组数据通过多次实验取平均值可以看出，通过硫二甘醇与水的混合液对铜棒表面进行清洗淬火油处理，可对淬火油进行有效清理，且在硫二甘醇与水的配比混合液中，在硫二甘醇与水的体积配比为1:10时，铜棒表面所残留的淬火油最少，而其他组分也有较好的清洗作用，但是清洗效果相对较差。
步骤S6：回火，将清洗后的铜棒放置在回火炉内进行回火；在进行回火之前，将铜棒先浸入至苯并三唑溶液中3-6min，苯并三唑溶液采用苯并三唑晶体与40-50℃的热水按照质量比1:500-1:530混合而成，本实施例中热水的温度优选为45℃，苯并三唑晶体与40-50℃的热水混合质量比优选为1:520，之后将铜棒从苯并三唑溶液中取出放入回火炉中，并在300±10℃的温度中回火2-3h；铜棒浸入至苯并三唑溶液中一段时间后，可在铜棒表面形成一层抗氧化物，以减少铜棒的氧化，且苯并三唑在回火的过程中可分解。
表二：铜棒表面所去除的氧化物检测
Figure BDA0001797222620000052
Figure BDA0001797222620000061
综上表二的检测结果，通过将铜棒浸入至苯并三唑晶体与水的混合液后再取出进行回火时，铜棒表面留有的氧化物较少，且在苯并三唑晶体与水质量配比为1:520时，铜棒表面所形成的氧化物最少。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种铜棒热处理工艺，其特征是：包括：
步骤S1：装炉，将铜棒均匀平放在托盘上，将托盘沿加热炉的竖直方向均匀放置在加热炉内；
步骤S2：加热升温，将加热炉的炉温先升至330-360℃，并保持1.5-2h，以进行一次加热；将加热炉的炉温再升至570-600℃，并保持1-1.5h，以进行二次加热；加热炉的炉温最后升至860-900℃，并保持0.5-1h，以进行三次加热；
步骤S3：渗碳，朝加热炉内滴加甲醇并通入丙烷；
步骤S4：淬火，将铜棒放入至淬火油内进行淬火；
步骤S5：冷却清洗，取出经过淬火后的铜棒进行清洗；
步骤S6：回火，将清洗后的铜棒放置在回火炉内进行回火；
所述步骤S3包括步骤S31：强渗，将加热炉内温度降低至780-820℃后，以50-60mL/min的速度滴入甲醇，再以7.5-8.5L/min的速度充入丙烷，且持续时间为200-230min；
步骤S32：扩散，降低甲醇的滴入速度至30-35mL/min，降低丙烷的充入速度至4.5-5.5L/min，并将持续时间增加至280-320min；
所述步骤S31与步骤S32中，在甲醇滴加至与铜棒接触后立即通入丙烷气体，之后再通入氨气，且氨气的通入速度低于丙烷的通入速度。
2.根据权利要求1所述的一种铜棒热处理工艺，其特征是：所述步骤S31中强渗的碳势为1.10±0.05，步骤S32中扩散碳势为0.80±0.05。
3.根据权利要求1所述的一种铜棒热处理工艺，其特征是：所述步骤S4中，淬火油置于淬火槽中，淬火油的油温为60-80℃。
4.根据权利要求3所述的一种铜棒热处理工艺，其特征是：所述步骤S4中，先称取2.0kg-4.0kg的碳酸钙置于淬火槽内的淬火油中，再将铜棒放置在淬火槽内。
5.根据权利要求3所述的一种铜棒热处理工艺，其特征是：所述淬火槽槽底设置有连接伺服电机的转动盘，铜棒放置在淬火油内的转动盘上时，伺服电机先正转一段时间，再反转相同的时间，相互循环。
6.根据权利要求1所述的一种铜棒热处理工艺，其特征是：所述步骤S5中，对铜棒进行清洗采用硫二甘醇与水按照体积比1:8-1:12混溶的溶液进行清洗10-15min，之后再使用水冲刷铜棒。
7.根据权利要求1所述的一种铜棒热处理工艺，其特征是：所述步骤S6中，将铜棒先浸入至苯并三唑溶液中3-6min，苯并三唑溶液采用苯并三唑晶体与40-50℃的热水按照质量比1:500-1:530混合而成，再进行回火。
8.根据权利要求7所述的一种铜棒热处理工艺，其特征是：所述步骤S6中，将铜棒从苯并三唑溶液中取出放入回火炉中，并在300±10℃的温度中回火2-3h。
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