有色金属热处理

关于有色金属热处理分类非铁金属按在地壳中蕴藏量得多少和其密度大小可分为以下四类：1）轻金属材料：密度小于4.5g/cm3的金属材料，如铝、镁、锂及其合金2）重金属材料：密度大于4.5g/cm3的金属材料，如铜、镍、铅锌、锡、镉及其合金3）稀有金属材料：地壳中蕴藏量稀少的。如钛、锆、铪、钨、钼、钽、铌4）贵金属材料：金、银和铂族金属—钌、铑、钯、锇、铱、铂第2页,共29页，2024年2月25日，星期天第3页,共29页，2024年2月25日，星期天常用的热处理（1）退火（2）固溶处理（3）时效（4）形变热处理（5）化学热处理第4页,共29页，2024年2月25日，星期天一、合金的固溶处理和时效处理

对于非铁合金如镍基、钛基、铝基和镁基合金，为了满足材料的高强度、高韧性以及一些特殊物理、化学性能要求，常采用固溶、调幅和时效处理1.1固溶处理（Solutiontreatment）定义：将合金加热到高温单相区一定温度，保温一定时间，使第二相充分溶解到固溶体中，随之迅速冷却到室温，以获得溶质原子在该基体相中的过饱和固溶体的热处理工艺称之。与钢的淬火本质区别：

a）加热时第二相要充分溶解到固溶体中，而钢淬火加热时第二相可以不完全溶解到固溶体中。

b)固溶处理冷却过程中不发生相变，仅把高温相固定下来，而淬火冷却过程中发生相变。第5页,共29页，2024年2月25日，星期天固溶处理目的：为沉淀处理或调幅分解处理做组织准备；强化固溶体，并提高其韧性及抗腐蚀性能；获得适宜的晶粒度，以保证合金高温抗蠕变性能；消除应力与软化，以便继续加工或成型。适用范围：有色金属、高温合金、特殊性能合金。固溶处理的工艺a）加热：方式：随炉加热或热炉加热介质：第6页,共29页，2024年2月25日，星期天温度：选择原则：防止晶粒过分粗大（过热），及晶界氧化或局部熔化（过烧）；要使第二相充分的溶解到固溶体中。具体依据合金相图。b)保温：基本原则是第二相充分溶解。c)冷却：必须保证冷却过程中没有第二相的析出，得到完全的过饱和固溶体。（注意出炉到冷却介质间时间）固溶处理举例1）18-8型铬镍奥氏体不锈钢的固溶处理固溶目的：a)提高合金抗腐蚀性能（使碳化物充分溶解，奥氏体成分均匀化）

b)降低硬度，改善切削性能。第7页,共29页，2024年2月25日，星期天温度：在ES线以上，一般选择1050-1100，以含碳量而定，使Cr23C6碳化物充分溶解，奥氏体成分均匀化。加热介质：在中性或稍有氧化性气氛中加热冷却介质：水冷第8页,共29页，2024年2月25日，星期天铝合金固溶处理：目的：改善切削性能为后续时效处理、沉淀硬化做组织准备工艺：以4%Cu的铝合金为例温度：以合金相图加热到单相区，从固溶目的考虑，应选择较高温度，使第二相CuAl2充分溶解，其上限是防止α固溶体晶粒粗大，晶界氧化或局部熔化。一般选择在495-505℃.第9页,共29页，2024年2月25日，星期天二、时效处理定义目的与回火区别第10页,共29页，2024年2月25日，星期天§8.1铝及铝合金的热处理一、铝合金相图认识：

S点左侧不能热处理强化

S点和D点之间可以热处理强化二、铝合金分类工业纯铝、铸造铝合金和变形铝合金第11页,共29页，2024年2月25日，星期天三、铝合金热处理基本原理铝合金主要热处理形式是退火和固溶时效。退火是一种软化处理，消除材料内应力和加工硬化，使组织趋于平衡。固溶时效属于强化热处理，目的是提高合金的机械强度。第12页,共29页，2024年2月25日，星期天1、淬火组织特点固溶强化2、时效过程中组织特点

α过饱和→α+GP区→

α+θ″→α+θ′→α+θ3、时效过程中性能变化沉淀硬化4、时效方式第13页,共29页，2024年2月25日，星期天时效方式

自然时效：沉淀产物为GP区。特点是强度较高，塑性及韧性良好，抗腐蚀性优于人工时效。人工时效：沉淀相是过渡相。特点是屈服强度高于自然时效，但塑性及抗蚀性稍差。欠时效、峰值时效和过时效。分级时效：是指将淬火工件在不同温度下进行两次或多次时效，与一次时效相比，虽然工艺比较复杂，但时效后的组织较均匀，拉伸性能、疲劳和断裂性能、应力腐蚀抗力之间能够获得良好的配合，且能缩短生产周期。第14页,共29页，2024年2月25日，星期天回归处理（RRA处理）：时效态铝合金，在较低温度下短时间保温，使硬度和强度下降，恢复到接近淬火水平，然后再进行时效处理，获得具有人工时效态的强度和分级时效态的应力腐蚀抗力的最佳配合，这种工艺称之。四、对于纯铝和防锈铝合金，不能热处理强化，只进行退火。对于硬铝、锻铝和超硬铝可以热处理强化，时效为最终热处理形式。五、热处理工艺第15页,共29页，2024年2月25日，星期天§8.2铜及铜合金的热处理1、铜纯铜通常呈紫红色，又称为紫铜。它的导电性、导热性和塑性仅次于金和银而居第三位，在极低的温度下仍保持良好的塑性和韧性。工业纯铜常分为：纯铜（一号铜T1、二号铜T2、三号铜T3、四号铜T4）；无氧铜（一号无氧铜TU1、二号无氧铜TU2）；脱氧铜（磷脱氧铜TUP、锰脱氧铜TUMn）。常可以将工业纯铜经过变形做成各种制品第16页,共29页，2024年2月25日，星期天2、铜合金

按照生产工艺可分为变形铜合金（轧制、挤压、锻造）和铸造铜合金；按照化学成分可分为黄铜、青铜和白铜。以锌为主要合金元素的称为黄铜，代号H。以锡、铝、铍、硅、铬为主要合金元素的称为青铜，代号Q，以镍为主要合金元素的称为白铜，代号B。第17页,共29页，2024年2月25日，星期天3、铜及铜合金的热处理纯铜常用的热处理方式是再结晶退火，目的是改变晶粒大小，消除内应力，使金属软化，退火温度为500-700℃。退火应防止氢病，可在还原性气氛中进行，退火后应快速冷却，减少氧化。铜合金常用的热处理方式有：均匀化退火、去应力退火、再结晶退火、固溶及时效处理。第18页,共29页，2024年2月25日，星期天均匀化退火目的是使铸锭、铸件的化学成分均匀。去应力退火目的是消除在变形过程中或铸造及焊接过程中产生的残余内应力，稳定尺寸。对于冷变形黄铜、铝青铜及硅青铜，其应力腐蚀倾向严重，必须进行去应力退火。去应力退火温度为再结晶温度以下30-100℃，约为230-350℃，保温时间为30-60min。再结晶退火目的是消除加工硬化，恢复塑性和获得细晶粒组织。常在加工工序之间的中间退火和产品的最终退火，黄铜的晶粒度对其冷变形后性能有较大影响，用于压力加工的黄铜，再结晶退火时，必须根据需要控制晶粒度。第19页,共29页，2024年2月25日，星期天光亮退火：铜及铜合金在加热过程中容易氧化，为了防止氧化，提高工件表面质量，需在保护气氛中或者真空中进行退火，称为光亮退火。常用的保护气氛有：水蒸汽，氨分解气，氮气，干燥的氢气等固溶及时效：目的是获得成分均匀的过饱和固溶体，并通过随后的时效处理取得强化效果。第20页,共29页，2024年2月25日，星期天退火

有色金属的半成品或制品中常常存在有残余应力、成分不均匀、组织不稳定等缺陷，严重影响合金的工艺性能和使用性能，如塑性低、耐蚀性差、力学性能不好等。必须进行退火根据要达到目的分为：去应力退火再结晶退火均匀化退火第21页,共29页，2024年2月25日，星期天热处理类型工艺方法目的及应用退火均匀化退火T：合金熔化温度下20~30℃T：不宜过长；加热速度和冷却速度不做严格要求铸造后或加工前用于消除应力、降低硬度和提高塑性再结晶退火T：高于合金再结晶温度；T：不宜过长；冷却可在空气中或水中进行，但有相变的合金不宜极冷改变材料的力学性能和物理性能，在某些情况下是恢复到原来的性能低温退火回复退火T：低于合金再结晶温度消除应力部分软化退火T：在合金再结晶开始和终止温度之间消除应力和控制半硬产品（Y1、Y2、Y3、Y4）的性能，避免应力腐蚀光亮退火在保护气氛中或真空中退火纯铜退火，气体中含氢量不应超过3%防止氧化，节约酸洗经费，获得光亮表面。多用于铜和铜合金淬火时效淬火加热温度高于溶解度曲线且接近于共晶温度或固相线温度，可采用快速加热，冷却一般采用谁，有些合金（如铸造铝合金）也有采用油淬或其他冷却介质有效地提高了有色金属材料的强度和硬度，多用于铝、硅、镁、和铝铜合金及铍青铜时效自然时效淬火后在室温下停留较长时间对于淬火和时效效果人工时效淬火后再将合金加热到100~200℃范围内保温一段时间不明显的合金，如黄铜、锡青铜和铝镁合金工业上不采用热处理强化有色金属材料常用的热处理方法第22页,共29页，2024年2月25日，星期天固溶处理定义：当合金中的第二相在其基体中的溶解度随温度的降低而显著减少时，可将其加热到第二相全部或最大限度地溶入固溶体的温度，保持一定时间后，以快于第二相自固溶体中析出的速度冷却，获得过饱和固溶体，这个过程称为固溶处理。加热温度：能够保证最大数量的强化相溶入基体，但又不引起过烧和晶粒长大的温度。第23页,共29页，2024年2月25日，星期天1.3时效第24