纯银首饰成形方式主要为铸造和模压。对于光面大、壁较厚的首饰，如手镯、挂坠等，采用铸造成形时容易出现砂眼缺陷，而纯银的硬度低，塑性加工性能好，因此批量生产中优先采用模压成形工艺，制作的手镯坯件致密度较好，表面品质和生产效率明显优于铸造成形［1］。纯银手镯的成形通过2个或多个模具的配合来实现，基本生产流程如下：先根据手镯的轮廓尺寸，采用银条下料；将预定量的银条置于带纹饰的型腔中压制，获得装饰图案；将银条进行中间退火，降低其强度和弹性；最后将银条在模具中弯制成手镯形状［2］。采用表面光亮的银条下料和压制纹饰后，可获得光亮的表面，但是目前许多首饰生产厂家采取在大气下退火，手镯坯件经退火后表面通常会变哑光和灰蒙，后续仍需要抛光处理。为此，本研究采用光亮纯银压制坯料在大气下进行中间退火试验，探索退火工艺对材料硬度和光亮度的影响，旨在为企业生产提供参考。1试验材料及方法采用首饰行业常用的纯银颗粒，在大气下熔铸成ϕ20 mm的铸锭，先后利用棒材轧机和板材轧机将其轧压成厚度为3.5 mm的银坯，分别锯切成尺寸为70 mm×5 mm的银条，将其表面打磨抛光至镜面。采用马弗炉在大气下对光亮银条进行退火，将炉温预先升至所需温度，银条入炉后记录保温时间。采用SPECTROBLUE FMX36型电感耦合等离子体（ICP）检测纯银的化学组成，见表1。可以看出，主要杂质元素为Ni、Zn、Bi、Au等，纯度为99.64%。10.15980/j.tzzz.2024.01.001.T001表1纯银试样的杂质元素含量Tab.1The content of impurity elements in the test pure silver specimenwBAlAuBiCoCuFe0.00460.03380.03870.01090.01440.0036MnNiPtTeZnAg0.00450.15080.01620.04170.0396余量%采用HV-1000型维式硬度计检测银条退火前后的硬度，载荷为5 N，保载时间为15 s。采用CM700d型分光光度计检测银条的颜色，测试条件分别为：SCI+SCE模式，D65光源，10°观察。硬度和颜色检测在两端和中间各选取一个位置，取平均值。根据下式计算退火前后的颜色变化［3］：ΔE=(L1*-L2*)2+(a1*-a2*)2+(b1*-b2*)2 （1）式中，ΔE为色差；L*为亮度值；a*为红-绿色度值；b*为黄-蓝色度值。脚注1和2分别代表退火前和退火后。采用Apreo2S型扫描电镜观察纯银退火前后的显微组织。2试验结果及分析2.1退火工艺对硬度和显微组织的影响将变形态银条分别在100、200、300、400和500 ℃下各退火30、60和120 min，检测银条退火后的硬度，见图1。可以看出，对于具有相同加工率和结构尺寸的银条，其变形态硬度基本一致，经不同温度退火后硬度呈现不同程度的变化。当退火温度为100 ℃，退火30 min时，硬度几乎没有明显变化，即使将退火时间延长到120 min，硬度降低幅度也很小。当退火温度提高到200 ℃后，试样硬度大幅下降，且在退火时间为30 min时，硬度降低速度快，进一步延长退火时间，硬度下降速度变缓。在相同的退火时间下，随着退火温度提高，硬度持续下降，但下降的速度逐渐减小。将退火时间延长到120 min，200 ℃退火的最终硬度（HV）仍高于50，而300 ℃退火的最终硬度（HV）仍高于44。只有当退火温度达到或高于400 ℃后，最终硬度才低于40。10.15980/j.tzzz.2024.01.001.F001图1退火温度和时间对银条硬度的影响Fig.1Effects of annealing temperature and time on the hardness of silver bar不同温度下退火30 min前后试样的显微组织见图2。可以看出，处于变形态的纯银，其显微组织呈现明显择优取向的织构。当退火温度为100 ℃时，择优取向未见明显变化。当温度为200 ℃时，可以看到组织发生了部分再结晶，但是仍残留有部分形变组织。当温度提高到300 ℃时，再结晶程度进一步增加，形变组织继续减少。当温度达到400 ℃及以上，试样呈现完全的再结晶组织。10.15980/j.tzzz.2024.01.001.F002图2变形态纯银退火前后的显微组织Fig.2Microstructure of deformed pure silver before and after annealing根据金属学原理［4］，金属经轧压变形后，由于空位、位错等内在结构缺陷密度增加，晶体缺陷所储存的畸变能升高，使其处于热力学不稳定的高自由能状态，具有自发恢复到变形前低自由能状态的趋势。当金属进行退火处理时，原子具有一定的扩散能力，会产生一系列组织和性能的变化。当退火温度低于再结晶温度时，试样发生回复，通过点缺陷运动与位错交互作用、空位与间隙原子重新结合、位错抵消和攀移等方式，使缺陷密度下降，强度、硬度也受到影响。当退火温度超过再结晶温度后将发生再结晶，在加工率一定时，再结晶的程度取决于退火温度和退火时间。研究表明，当Ag的纯度达到99.999%、总变形量达到90%时，其再结晶开始温度降低至100 ℃左右［5］。而本试验中，Ag的纯度约为99.6%，当形变量为80%时，从退火金相组织和退火硬度来看，其再结晶开始温度接近200 ℃，而完全再结晶温度不低于300 ℃。因而当退火温度在200~300 ℃时，未能发生完全的再结晶，使得其最终硬度未达到较低的值。2.2退火工艺对表面颜色的影响检测Ag条退火前后的颜色，结果见图3。纯Ag抛光后的初始亮度L*高，而色度a*值接近0，b*值也很小，使其呈现明显的亮白色。随着退火时间延长，纯Ag的亮度L*呈先快后慢的下降趋势，而色度a*和b*则呈先快后慢的上升趋势。在相同的退火时间内，随着退火温度提高，亮度L*降低，色度a*和b*上升，在不同的退火时间各颜色指标的变化率有所差别。10.15980/j.tzzz.2024.01.001.F003图3银条退火前后的颜色指数Fig.3The chromatic indexes of silver bar before and after annealing纯银呈现亮白色是由于其最外层电子的束缚力弱，可以吸收几乎所有波长的光并再反射出去，具有高的反射率［6］。纯银在波长超过450 nm后，各银条退火前的反射率均超过80%，尤其是当波长超过630 nm后，反射率超过90%。退火后，银条在不同波长的反射率存在不同程度的下降。300 ℃下不同时间退火后银条的反射率曲线见图4。10.15980/j.tzzz.2024.01.001.F004图4银条在退火前后对可见光的反射率（300 ℃）Fig.4The reflectivity to visible light of silver bar before and after annealing各银条在不同温度和时间下退火前后的色差见图5。可以看出，随着退火时间延长，各银条退火前后的色差不断加大，退火时间在30 min以内时颜色变化快，之后颜色变化放缓。而在相同的退火时间内，随着退火温度提高，银条色差不断加大。10.15980/j.tzzz.2024.01.001.F005图5银条退火前后的色差ΔEFig.5The chromatic aberration of silver bar before and after annealing一般认为，色差值ΔE与肉眼感觉之间有一定的对应关系，见表2。可见，当光亮纯银在大气下退火时，其表面色差均超过0.5，因而肉眼可或多或少感觉到颜色差别。当退火温度为200 ℃时，退火时间延长到120 min，银条色差不超过1，属于轻微的变色，对银的光亮度影响较小；当退火温度为300 ℃，退火30 min后银条色差已超过在200 ℃退火120 min时的色差，而在该温度下退火120 min后，色差达到1.73，属于肉眼可觉察的变色程度。退火温度为400 ℃时，银条的色差与300 ℃时较为接近。而当退火温度提高到500 ℃，退火30 min后，银条色差就基本接近1.5。10.15980/j.tzzz.2024.01.001.T002表2色差值ΔE与肉眼感觉之间的对应关系［7］Tab.2The corresponding relationship between ΔE and visual perception色差值ΔE0~0.50.5~1.51.5~3.03.0~6.06.0~12.012.0以上肉眼感觉颜色差别可忽略轻微可觉察可识别大非常大对比退火过程中的硬度和颜色变化，可以看出，光亮纯银在大气下退火时，硬度下降和颜色保持是一个矛盾，要从中做出适当的平衡［8］。对于手镯等产品的模压生产，通常希望坯件的弹性较小，初始硬度（HV）在40以下，否则在弯制和模压时会因材料的弹性而影响成形质量。低温退火有利于保持表面光亮度，但是需要延长保温时间，且由于不能发生再结晶或者再结晶不完全，最终硬度仍会保持在一定水平。提高退火温度有利于将硬度降至希望的水平，但是容易影响坯件表面光亮度。由于退火温度和时间会在一定程度上受到产品壁厚、结构等方面的影响，生产时不能机械地套用某个退火工艺。对于本银条中的厚壁手镯用光亮银条，将退火温度控制在400 ℃左右，退火时间约为60 min，可基本满足硬度降低和光亮度保持的需要。3结论（1）光亮纯银在大气下退火时，随着退火时间延长，硬度先快速降低，然后逐渐趋缓；随着加热温度提高，硬度降低速度加快，且最终的硬度值低。（2）光亮纯银在大气下退火时，随着退火时间延长，色差不断加大，且呈现先快后慢的趋势；在相同的退火时间内，色差随着退火温度的提高而加大。（3）光亮纯银在大气下退火时，硬度下降和颜色保持需做出适当的平衡。对于中壁厚手镯用光亮银条，退火时将温度控制在400 ℃左右，保温时间约为60min，可基本满足硬度降低和光亮度保持的需要。