(哈工大)有色金屬熱處理工藝學(xué)權(quán)威課件-1-2-3全

有色金屬的熱處理-有色金屬的基本介紹黑色金屬有色金屬鋼鐵材料。非鐵金屬。有色金屬的分類：有色輕金屬：密度小于4.5g/cm3的金屬材料（鋁、鎂、鋰等）；有色重金屬：密度大于4.5g/cm3的金屬材料（銅、鎳、鉛、錫等）；稀有金屬：地殼含量稀少的金屬（鋯、鎢、鉬、鈮、鉭等）；貴金屬：（金、銀、鉑族金屬）有色金屬和合金的性能，取決于成分、組織、加工過程、熱處理過程。有色金屬的強(qiáng)化途徑有色金屬的強(qiáng)化途徑：冷變形強(qiáng)化；固溶強(qiáng)化；沉淀強(qiáng)化；過剩相強(qiáng)化；細(xì)化組織強(qiáng)化；纖維增強(qiáng)復(fù)合強(qiáng)化。有色金屬的強(qiáng)化途徑冷變形強(qiáng)化冷變形也稱作冷作硬化。金屬材料在再結(jié)晶溫度以下的變形稱為冷變形。冷變形后材料即被強(qiáng)化，強(qiáng)化程度隨變形程度、變形溫度及材料本身性質(zhì)有關(guān)。同種材料在同一溫度下冷變形時(shí)，變形程度越大則強(qiáng)度越高，但延伸率降低。圖Cu-Zn合金壓下量與力學(xué)性能的關(guān)系圖幾種有色金屬屈服強(qiáng)度與壓下量的關(guān)系有色金屬的強(qiáng)化途徑冷變形強(qiáng)化冷變形強(qiáng)化是金屬材料常用的強(qiáng)化方式之一，適用于工業(yè)純材，固溶體型合金及熱處理不強(qiáng)化的多相合金。某些合金冷變形時(shí)能形成較好的織構(gòu)而在一定方向上強(qiáng)化，稱為織構(gòu)強(qiáng)化。金屬材料發(fā)生冷變形強(qiáng)化的原因是：冷變形時(shí)金屬內(nèi)部位錯(cuò)密度增大，而且位錯(cuò)互相纏結(jié)，形成胞狀結(jié)構(gòu)，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，使不能移動(dòng)的位錯(cuò)數(shù)量劇增，以致需要更大的力才能使位錯(cuò)克服障礙而運(yùn)動(dòng)。變形程度越大，上述情況越嚴(yán)重，則材料的變形抗力越大，強(qiáng)度越高。有色金屬的強(qiáng)化途徑固溶強(qiáng)化

合金元素固溶到基體金屬中形成固溶體時(shí)，合金的強(qiáng)度、硬度一般都會得到提高，稱為固溶強(qiáng)化?？少F的是，對合金進(jìn)行固溶強(qiáng)化時(shí)，強(qiáng)度、硬度得到提高的同時(shí)，塑性還能保持在良好的水平上。合金元素溶入基體金屬之后，使機(jī)體金屬中的位錯(cuò)密度增加，同時(shí)晶格發(fā)生畸變?；兯a(chǎn)生的應(yīng)力場與位錯(cuò)周圍的彈性應(yīng)力場交互作用，使合金元素聚集到位錯(cuò)附近，形成“氣團(tuán)”，位錯(cuò)要運(yùn)動(dòng)就必須克服氣團(tuán)的釘扎作用，帶著氣團(tuán)一起移動(dòng)，或從氣團(tuán)中掙脫出來，因此需要更大的切應(yīng)力。合金元素對基體金屬的強(qiáng)化效果主要取決于合金元素原子與基體金屬原子的尺寸差別。一般原子尺寸差別越大，對置換固溶體的強(qiáng)化效果可能越大。有色金屬的強(qiáng)化途徑固溶強(qiáng)化

采用固溶強(qiáng)化合金時(shí)，應(yīng)挑選強(qiáng)化效果高的合金元素。但更重要的是選擇在基體金屬中固溶度大的合金元素，因?yàn)楣倘荏w強(qiáng)化效果隨被固溶的元素百分含量增大而增加。例如：Cu，Mg是Al合金的主要合金元素；

Al，Zn是Mg合金的主要合金元素；

Zn，Al，Sn是Cu合金的主要合金元素。進(jìn)行固溶強(qiáng)化時(shí)，往往采用多元少量的復(fù)雜合金化原則（即多種合金元素同時(shí)加入，但每種元素加入量少），使固溶體的成分復(fù)雜化，這樣可以使固溶體的強(qiáng)化效果更高，并能保持到較高的溫度。有色金屬的強(qiáng)化途徑沉淀強(qiáng)化

在固溶度隨溫度降低而減小的合金系中，當(dāng)合金元素含量超過一定限度后，淬火可獲得過飽和固溶體。在較低溫度加熱（時(shí)效），過飽和固溶體發(fā)生分解，析出彌散相，引起合金的強(qiáng)化，稱為沉淀強(qiáng)化。通過這種強(qiáng)化方法，合金的強(qiáng)度可以提高百分之幾十至幾倍。沉淀強(qiáng)化是Al，Mg，Cu等有色金屬材料常用的有效強(qiáng)化手段。沉淀強(qiáng)化的效果取決于合金的成分、淬火后固溶體過飽和度、強(qiáng)化相特性、分布以及彌散度等因素。強(qiáng)化效果最好的合金位于極限溶解度成分及其附近的成分范圍。圖二元系相圖d為B在A中的極限固溶度t為成分為d的合金的最佳淬火溫度有色金屬的強(qiáng)化途徑沉淀強(qiáng)化

試驗(yàn)證明，過飽和固溶體的分解要經(jīng)過一個(gè)過程，一般對大多數(shù)合金來說，開始是溶質(zhì)元素?cái)U(kuò)散、偏聚、形成無數(shù)溶質(zhì)元素富集的亞顯微區(qū)域，成為G.P.區(qū)；隨時(shí)效時(shí)間的延長，或時(shí)效溫度的升高，G.P.區(qū)長大為過渡相（具有一種中間過渡的與母相共格的晶體結(jié)構(gòu)），而后才形成析出相（具有獨(dú)立的非共格晶體結(jié)構(gòu)）。將金屬氧化物或難熔化合物的超細(xì)粉末與基體金屬的粉末混合燒結(jié)，也可以得到彌散強(qiáng)化材料。這種材料在基體金屬上分布著高溫下很穩(wěn)定的彌散難熔質(zhì)點(diǎn)，耐熱性能很好。有色金屬的強(qiáng)化途徑沉淀強(qiáng)化

圖Al-Mg二元相圖圖純鎂圖Mg-1%Al圖Mg-3%Al圖Mg-6%Al圖Mg-6%Al有色金屬的強(qiáng)化途徑過剩相強(qiáng)化

過量的合金元素加入到基體金屬中，一部分溶入固溶體，超過極限溶解度的部分則不能溶入，形成過剩第二相，簡稱過剩相。過剩相對合金一般都有強(qiáng)化作用，其強(qiáng)化效果與過剩相本身性能有關(guān)，過剩相的強(qiáng)度、硬度越高，強(qiáng)化效果越大。但硬脆過剩相含量超過一定限度后，合金變脆，性能反而降低。此外，還與過剩相的形態(tài)、大小、數(shù)量和分布有關(guān)。等軸、細(xì)小和均勻分布時(shí)的強(qiáng)化效果最好。粗大、沿晶界分布或呈針狀時(shí)合金變脆，強(qiáng)度也不高。另外，還與過剩相與基體之間的界面強(qiáng)度有關(guān)。將金屬氧化物或難熔化合物的超細(xì)粉末與基體金屬的粉末混合燒結(jié)，也可以得到彌散強(qiáng)化材料。這種材料在基體金屬上分布著高溫下很穩(wěn)定的彌散難熔質(zhì)點(diǎn)，耐熱性能很好。有色金屬的強(qiáng)化途徑過剩相強(qiáng)化

過剩相強(qiáng)化在有色金屬合金中應(yīng)用廣泛，幾乎所有在退火狀態(tài)使用的兩相合金都應(yīng)用了過剩相強(qiáng)化，或者是固溶強(qiáng)化與過剩相強(qiáng)化的聯(lián)合應(yīng)用。

過剩相強(qiáng)化與沉淀強(qiáng)化有相似之處。區(qū)別在于，沉淀強(qiáng)化時(shí)，強(qiáng)化相極為細(xì)小，彌散度大，在光學(xué)顯微鏡下觀察不到；而在過剩相強(qiáng)化合金時(shí)，強(qiáng)化相粗大，用光學(xué)顯微鏡低倍既能看到。有色金屬的強(qiáng)化途徑過剩相強(qiáng)化圖Mg-Si二元相圖圖Mg-0.5%Si圖Mg-1%Si圖Mg-1%Si圖Mg-3%Si圖Mg-3%Si有色金屬的強(qiáng)化途徑組織細(xì)化強(qiáng)化

組織細(xì)化，對單相合金說是指晶粒細(xì)化，對多相合金說是指基體相晶粒的細(xì)化及過剩相的細(xì)化。細(xì)化組織可以提高材料在室溫下的強(qiáng)度和塑性，是金屬材料常用的強(qiáng)韌化方法之一。晶界上原子排列錯(cuò)亂，雜質(zhì)富集，并有大量位錯(cuò)等缺陷，而且晶界兩側(cè)的晶粒位向不同，這些都阻礙位錯(cuò)從一個(gè)晶粒向另一個(gè)晶粒運(yùn)動(dòng)。晶粒越細(xì)小，單位體積內(nèi)界面面積越大，對位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力也越大，合金的強(qiáng)度越高。在熔煉澆注合金時(shí)，采用避免金屬溶液過熱、攪動(dòng)、降低澆注溫度、增大冷卻速度等措施，有利于獲得細(xì)晶粒鑄件。對于變形合金的組織細(xì)化，一般可采用變形及再結(jié)晶方法。有色金屬的強(qiáng)化途徑組織細(xì)化強(qiáng)化

鑄造合金的組織細(xì)化可采用變質(zhì)處理，即澆注前在合金溶液中加入被稱為變質(zhì)劑的元素或化合物，使金屬溶液的結(jié)晶過程受到影響，結(jié)晶為細(xì)密組織。（1）加入適當(dāng)難熔質(zhì)點(diǎn)作為非自發(fā)晶核。晶核數(shù)目大量增加，結(jié)晶晶粒細(xì)小；（2）在金屬熔液中加入微量、易熔表面活性物質(zhì)，吸附在所形成的微小晶體表面，把晶體與熔液隔開，阻礙晶體長大。（3）加入微量的、對初生晶體有化學(xué)作用從而改變其結(jié)晶性能的物質(zhì)，可以使初生晶體的形狀改變。變質(zhì)處理方法，不僅能細(xì)化初生晶粒，也能細(xì)化共晶體和粗大過剩相，或改變它們的形狀。有色金屬的強(qiáng)化途徑纖維增強(qiáng)復(fù)合強(qiáng)化

用高強(qiáng)度纖維同適當(dāng)基體材料相結(jié)合，以強(qiáng)化基體材料的方法，稱為纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。增強(qiáng)纖維有碳纖維、難熔化合物纖維（Al2O3，SiC，BN，TiB2等）和難熔金屬纖維（鎢、鉬等）。金屬基體材料主要有鋁、鈦、鎳、鎂等。金屬基復(fù)合材料的強(qiáng)化機(jī)理與固溶強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化等不同。主要不是靠阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，而是靠纖維與基體之間良好的結(jié)合強(qiáng)度。由于基體材料的良好塑性和韌性，纖維高的強(qiáng)度，使整個(gè)材料具有很高的抗拉強(qiáng)度以及優(yōu)異的韌性。有色金屬的熱處理熱處理在金屬材料及其制品的生產(chǎn)過程中的主要作用：改善工藝性能，保證下一道工序的順利進(jìn)行。例如均勻化退火可以改善熱加工性能，中間退火可以改善冷加工性能；提高使用性能，充分發(fā)揮材料的潛力。例如航空工業(yè)中廣泛應(yīng)用的

LY12硬鋁，經(jīng)過淬火和時(shí)效處理后，抗拉強(qiáng)度可以從196MPa提高至

392-490MPa；熱處理過程：加熱---保溫---降溫冷卻。有色金屬的熱處理有色金屬及其合金最常用的熱處理方法：退火；固溶處理（淬火）；時(shí)效；變形熱處理；化學(xué)熱處理退火

在金屬材料的半成品或者制成品中常常存在有殘余應(yīng)力、成分不均勻、組織不穩(wěn)定等缺陷，嚴(yán)重影響合金的工藝性能和使用性能，例如塑性低、耐蝕性差、力學(xué)性能差等。要消除或者減少這些缺陷，則需要進(jìn)行退火。

退火：加熱到適當(dāng)溫度-----保溫一定時(shí)間-----緩慢速度冷卻。去應(yīng)力退火；再結(jié)晶退火；均勻化退火；退火退火圖去應(yīng)力退火、再結(jié)晶退火和均勻化退火規(guī)范示意圖去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火：鑄件、焊接件、切削加工件、塑性變形件的內(nèi)部往往存在很大的殘余應(yīng)力，使合金的應(yīng)力腐蝕傾向大大增加，組織及力學(xué)性能穩(wěn)定性顯著降低。因此，必須進(jìn)行退火。去應(yīng)力退火是把合金加熱到一個(gè)較低溫度（低于材料再結(jié)晶開始溫度），保持一定時(shí)間，以緩慢的速度冷卻的熱處理工藝。冷卻速度視合金能否熱處理強(qiáng)化而定，對可熱處理強(qiáng)化的合金要緩慢冷卻。在去應(yīng)力退火的溫度范圍內(nèi)保溫，原子活動(dòng)能力增加，消除或減少某些晶格中的缺陷（例：同一滑移系中異號為錯(cuò)相互抵消、空位及原子擴(kuò)散的相互抵消等）。從而使晶格彈性畸變能下降，保證合金制品的尺寸穩(wěn)定，應(yīng)力腐蝕傾向下降，但合金強(qiáng)度和硬度基本不下降。去應(yīng)力退火質(zhì)量的主要因素是加熱溫度：過高，則工件強(qiáng)度和硬度大幅降低；過低，則需要長時(shí)間加熱才能充分消除內(nèi)應(yīng)力，影響生產(chǎn)效率。再結(jié)晶退火再結(jié)晶退火：把工件加熱到再結(jié)晶溫度以上，保持一定時(shí)間，然后緩慢冷卻的工藝。

再結(jié)晶退火的目的：細(xì)化晶粒，充分消除內(nèi)應(yīng)力，降低合金的強(qiáng)度和硬度，提高塑性。再結(jié)晶過程是一個(gè)形核和晶核長大（聚集再結(jié)晶）的過程。為了獲得細(xì)小的晶粒組織，必須正確控制加熱溫度、保溫時(shí)間和冷卻速度三個(gè)因素。對同一合金而言，加熱溫度越高，保溫時(shí)間就要越短。否則將很快進(jìn)入再結(jié)晶晶核長大階段；加熱溫度越低，保溫時(shí)間就要越長。否則再結(jié)晶過程不充分，達(dá)不到再結(jié)晶退火的目的。

根據(jù)現(xiàn)有工業(yè)有色金屬合金再結(jié)晶退火溫度統(tǒng)計(jì)表明，最佳再結(jié)晶退火溫度為：0.7-0.8Tm（Tm為合金熔點(diǎn)的絕對溫度）。再結(jié)晶退火

金屬在冷變形后加熱，開始再結(jié)晶的最低溫度稱為再結(jié)晶起始溫度。一般所說的再結(jié)晶溫度是指冷變形70%以上，在一小時(shí)保溫時(shí)間之內(nèi)能完全再結(jié)晶的最低溫度。

影響再結(jié)晶溫度的主要因素：變形程度：變形程度越大，再結(jié)晶溫度越低；成分：材料成分越純，再結(jié)晶溫度越低。合金元素?cái)U(kuò)散系數(shù)越小，固溶體成分越復(fù)雜，再結(jié)晶溫度可能越高；第二相質(zhì)點(diǎn)性質(zhì)：合金為兩相混合物時(shí)，對于不承受塑性變形的硬質(zhì)點(diǎn)，當(dāng)其尺寸大，間距大時(shí)，將加速基體相的再結(jié)晶。對于能同基體一起塑性變形的第二相質(zhì)點(diǎn)，對基體相的再結(jié)晶不起促進(jìn)作用。

再結(jié)晶退火

再結(jié)晶退火的冷卻速度：在加熱或者冷卻過程中有溶解和析出相變，因而有熱處理強(qiáng)化效果的合金進(jìn)行再結(jié)晶退火時(shí)，冷卻速度關(guān)系很大。這類合金在加熱及保溫過程中，強(qiáng)化相將溶入固溶體，并在冷卻時(shí)又從固溶體中析出。若冷卻速度很慢，強(qiáng)化相能從固溶體中充分析出，并長大為顆粒狀，則合金的強(qiáng)度、硬度降低，塑性增大；若冷卻速度快則獲得過飽和固溶體；冷速稍慢，但不夠慢，則強(qiáng)化相只能稱彌散狀態(tài)析出，來不及聚集粗化，此時(shí)合金的硬度將仍然很高，特別是熱處理強(qiáng)化效果大的合金更是如此。因此對熱處理強(qiáng)化效果大的合金進(jìn)行再結(jié)晶軟化退火時(shí)，必須以很慢的速度冷卻，例如超硬鋁軟化退火時(shí)須以每小時(shí)30°C的冷速冷至150-200°C，然后才能空冷。

再結(jié)晶退火后合金的強(qiáng)度、硬度降低，塑性變形能力顯著提高。因此在材料冷變形加工過程中，當(dāng)加工硬化使變形難以繼續(xù)進(jìn)行時(shí)，常對材料進(jìn)行再結(jié)晶退火，使其軟化，這種便于繼續(xù)變形加工的退火稱為中間退火。再結(jié)晶退火圖加熱溫度對冷塑性變形金屬的性能和組織的影響均勻化退火

澆注鑄件和鑄錠時(shí)，由于冷速過快，會使結(jié)晶在不平衡狀態(tài)下進(jìn)行。常常出現(xiàn)偏析、不平衡共晶體、第二相晶粒粗大以及硬脆相沿晶界分布等缺陷，使合金的強(qiáng)度、硬度及抗腐蝕性嚴(yán)重降低。為消除此類缺陷，必須進(jìn)行均勻化退火。即將合金加熱到接近熔點(diǎn)的溫度，保持一定時(shí)間，然后緩慢冷卻。在均勻化退火過程中，溫度高，原子擴(kuò)散快，枝狀偏析消失，沿晶界分布的不平衡共晶體和不平衡相被溶解。在均勻化溫度下是過飽和固溶體，保溫過程中將析出過剩相。有的過剩相可能被球化，從而顯著提高合金的塑性以及組織穩(wěn)定性。合金化程度較高的變形合金鑄錠，一般都進(jìn)行均勻化退火，以提高它們的塑性變形能力。均勻化過程是一個(gè)原子擴(kuò)散過程。因此又稱為擴(kuò)散退火。影響均勻化退火質(zhì)量的因素主要是加熱溫度和保溫時(shí)間。對某些合金，冷卻速度也有重要影響。均勻化退火

加熱溫度越高，原子擴(kuò)散越快。這時(shí)保溫時(shí)間可以縮短，使生產(chǎn)效率得到提高。但加熱溫度過高，容易出現(xiàn)過燒，以致力學(xué)性能下降，造成廢品。有色金屬合金的均勻化溫度一般為0.95Tm。保溫時(shí)間取決于加熱溫度以及合金的原始組織，合金化程度越高，合金組織越粗大，耐熱性越好時(shí)，所需要保溫時(shí)間就越長。鋁、鎂合金鑄錠的均勻化時(shí)間一般為8-36小時(shí)。經(jīng)過變形的合金均勻化時(shí)間可大大縮短。冷卻速度（與再結(jié)晶退火的情況相同）。對于形狀復(fù)雜，合金化程度高，組織復(fù)雜，而使其塑性很差的鑄件，其加熱速度不能快，否則熱應(yīng)力即組織應(yīng)力將會使鑄件在加熱過程中開裂。固溶處理（淬火）

對第二相在基體相中的固溶度隨溫度降低而顯著減小的合金，可將它們加熱至第二相能全部或最大限度地溶入固溶體的溫度，保持一定時(shí)間后，以快于第二相自固溶體中析出的速度冷卻（淬火），即可獲得過飽和固溶體。這種獲得過飽和固溶體的熱處理過程稱為固溶處理或淬火。固溶處理是有色金屬合金強(qiáng)化熱處理的第一個(gè)步驟。固溶處理后，一般隨即進(jìn)行第二個(gè)步驟------時(shí)效，合金即可得到顯著強(qiáng)化。有色金屬合金固溶處理后，塑性和耐蝕性一般都顯著提高，強(qiáng)度變化則不一樣，大多數(shù)有所增加，但也有降低的。

有色金屬合金淬火的目的是把合金在高溫的固溶體組織固定到室溫，獲得過飽和固溶體，以便在隨后的時(shí)效中使合金強(qiáng)化。鋼淬火的目的一般是為了得到馬氏體，使合金大大強(qiáng)化，隨后回火，根據(jù)需要調(diào)整其性能。固溶處理（淬火）

有些有色金屬合金，例如Ti，Cu-Zn等淬火也可以得到馬氏體組織，但這些合金的馬氏體是置換式過飽和固溶體，因此他們的馬氏體硬度比基體金屬增加的不多，達(dá)不到顯著強(qiáng)化合金的目的。圖銅（a）與一般有色金屬（鋁、鎂等）（b）在淬火過程中的組織變化比較示意圖固溶處理（淬火）

影響固溶處理的主要因素：加熱溫度、保溫時(shí)間和冷卻速度。加熱溫度一般又稱為淬火溫度。淬火溫度越高，保溫時(shí)間越長，則強(qiáng)化相溶解越充分，合金元素在晶格中的分布越均勻，同時(shí)晶格中的空位濃度增加也越多。以上這些因素的結(jié)合，可以很好的促進(jìn)時(shí)效效果的提高。加熱溫度：最佳的溫度是能夠保證最大數(shù)量的強(qiáng)化相溶入基體，但又不引起過燒及晶粒長大溫度；保溫時(shí)間：要保證能溶入固溶體的強(qiáng)化相充分溶入，以得到最大的過飽和度。因此成分復(fù)雜、強(qiáng)化相粗大的鑄態(tài)合金的保溫時(shí)間比較長，但時(shí)間過長會引起晶粒長大；冷卻速度：不足夠快時(shí)，固溶體空位濃度會減少，從而降低時(shí)效效果。淬火冷速小于過飽和固溶體分解的臨界冷速時(shí)，不僅空位濃度更多的減小，而且固溶體還會發(fā)生不同程度的分解，使時(shí)效效果降低更多。冷速過快，又會產(chǎn)生強(qiáng)大內(nèi)應(yīng)力，使塑性較低的合金發(fā)生開裂，形成廢品。淬火介質(zhì)：根據(jù)合金性質(zhì)，選擇水、熱水或者油。時(shí)效

有色金屬淬火后形成不穩(wěn)定組織（亞穩(wěn)定組織）。這種組織為了向穩(wěn)定組織發(fā)展而進(jìn)行固溶體分解和析出過剩溶質(zhì)原子。在室溫下進(jìn)行的過飽和固溶體的分解稱為自然時(shí)效。但對多數(shù)合金來講，自然時(shí)效過程非常緩慢。為了提高固溶體的分解速度，將合金加熱到一定溫度（遠(yuǎn)低于淬火溫度），使固溶體分解加速。這種過程稱為人工時(shí)效。大多數(shù)合金來講，在低溫下分解一般經(jīng)歷三個(gè)階段。首先是過飽和固溶體中，溶質(zhì)原子沿基體的一定晶面富集，形成偏聚區(qū)（G.P.區(qū)），與母相共格，往往呈薄片狀。進(jìn)一步延長時(shí)間或提高溫度，G.P.區(qū)長大并轉(zhuǎn)變?yōu)橹虚g過渡相，其成分與晶體結(jié)構(gòu)處于母相與穩(wěn)定的第二相之間的某種中間過度狀態(tài)。最后中間過度相轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂歇?dú)立晶格結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定第二相，與母相不共格。開始析出的第二相處于彌散狀態(tài)，一般是薄片狀。計(jì)算表明，這種形狀的彈性能最低，因此固溶體析出的新相最容易形成薄片狀。進(jìn)一步延長時(shí)間或升高溫度，彌散第二相開始聚集粗化，溫度越高，粗化越快，硬化性能下降。時(shí)效

。

對于同一成分的合金來講，影響時(shí)效效果的主要工藝因素有時(shí)效溫度和時(shí)間、淬火加熱溫度和冷卻速度以及時(shí)效前的塑性變形等。（1）時(shí)效溫度對時(shí)效強(qiáng)化效果的影響當(dāng)固定時(shí)效時(shí)間，對同一成分合金在不同溫度下進(jìn)行時(shí)效，合金硬化與時(shí)效溫度的關(guān)系如圖所示。圖時(shí)效溫度對合金時(shí)效硬化效果的影響時(shí)效

隨著時(shí)效溫度的升高，合金的硬度增大。當(dāng)硬度增大到某一數(shù)值后，達(dá)到極大值。進(jìn)一步升高溫度，硬度下降。合金硬度增大的階段稱為強(qiáng)化時(shí)效。下降的階段稱為軟化時(shí)效或者過時(shí)效。時(shí)效溫度與合金硬化的這種變化規(guī)律是同過飽和固溶體分解過程有關(guān)的。不同成分的合金獲得最佳強(qiáng)化效果的時(shí)效溫度不同。對各種工業(yè)合金最佳時(shí)效溫度的統(tǒng)計(jì)表明，所有有色金屬合金的最佳時(shí)效溫度與它們的熔點(diǎn)有關(guān)，其關(guān)系式為：

Ta=（0.5-0.6）TmTa：合金獲得最佳強(qiáng)化效果的時(shí)效溫度（絕對溫度）。時(shí)效

。（2）時(shí)效時(shí)間對時(shí)效強(qiáng)化效果的影響當(dāng)固定時(shí)效溫度，對同一成分合金在不同時(shí)間下進(jìn)行時(shí)效，合金硬化與時(shí)效時(shí)間的關(guān)系如圖所示。圖不同溫度下時(shí)效時(shí)間與合金硬度的關(guān)系t7>t6>t5>t4>t3>t2>t1

從圖中可以看出，在較低溫下，隨著時(shí)效時(shí)間的增加，硬度緩慢上升。當(dāng)溫度上升到Ta后曲線T4出現(xiàn)極大值，并獲得最佳硬化效果。進(jìn)一步提高時(shí)效溫度，則合金在較早的時(shí)間內(nèi)開始軟化。而且硬化效果隨溫度的升高而降低。時(shí)效（3）淬火溫度、淬火冷卻速度和塑性變形對時(shí)效強(qiáng)化效果的影響

實(shí)驗(yàn)表明，淬火溫度越高，淬火冷卻速度越快，在淬火過程中固定下來的固溶體晶格中的空位濃度越大，則固溶體的分解速度及硬化效果都將增大。淬火速度減慢時(shí)，晶格中淬火產(chǎn)生的過剩空位將減少。若冷卻速度過低，固溶體在冷卻過程中還可能發(fā)生分解，使過飽和度降低。無論降低固溶體對溶質(zhì)原子的過飽和度，還是減少晶體中過?？瘴坏臐舛?，都會降低合金時(shí)效速率和強(qiáng)化效果。

合金淬火后進(jìn)行冷塑性變形，將強(qiáng)烈影響過飽和固溶體的分解過程。合金淬火后進(jìn)行冷塑性變形，其作用與高溫淬火的作用相似，增加過飽和固溶體的晶格缺陷，從而提供更多非自發(fā)晶核，提高固溶體分解速度和析出物密度，得到更為彌散的析出物質(zhì)點(diǎn)，使合金的硬化效果增大。時(shí)效淬火溫度、淬火冷卻速度和塑性變形對時(shí)效強(qiáng)化效果的影響。圖淬火冷卻速度、塑性變形量對Al-4%Cu合金在200°C時(shí)效硬度的影響1-空冷；2-水冷；3-水冷+淬火后壓下10%；4-空冷+淬火后壓下10%形變熱處理

化學(xué)熱處理是將塑性變形和熱作用結(jié)合起來的熱處理方式。只有將那些能提高金屬材料內(nèi)部晶體缺陷密度的塑性加工與能發(fā)生相變的熱處理作用結(jié)合起來，能顯著地改變材料的組織和結(jié)構(gòu)，并明顯地提高材料性能的工藝才是形變熱處理。其結(jié)果是合金性能優(yōu)于僅用基本熱處理或者僅用變形工藝所能達(dá)到的性能。

化學(xué)熱處理

化學(xué)熱處理是將熱處理作用和化學(xué)作用有機(jī)地結(jié)合在一起的一種熱處理方法。由于熱作用和化學(xué)作用同時(shí)發(fā)生，使某些元素（金屬或非金屬）滲入合金中，就是說化學(xué)熱處理不僅改變金屬材料的組織，而且還改變其化學(xué)成分（一般是表面成分）?；瘜W(xué)熱處理主要目的是改善材料的表面性能（例如提高材料的表面硬度，耐磨性和耐蝕性等）。

有色金屬的熱處理鋁及鋁合金的熱處理鎂及鎂合金的熱處理鋁及鋁合金的熱處理一、純鋁及其合金化

（1）純鋁的特性（2）鋁中的雜質(zhì)（3）純鋁的牌號（4）鋁的合金化

純鋁及其合金化地殼中總儲量首位，占8.8%；產(chǎn)量僅次于鋼鐵；是有色金屬中應(yīng)用最廣泛的金屬結(jié)構(gòu)材料；密度小，導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐蝕性好；（1）純鋁的特性原子序數(shù)13；面心立方結(jié)構(gòu)；機(jī)械強(qiáng)度不高；（2）鋁中的雜質(zhì)鋁中最主要的雜質(zhì)元素是Fe和Si；鋁中的Fe、Si如果單獨(dú)存在，則以共晶（初晶）FeAl3和共晶（初晶）Si形式出現(xiàn)。FeAl3呈針狀，Si呈條狀或塊狀，性質(zhì)硬脆，使鋁塑性顯著降低；若Fe，Si同時(shí)存在，可能出現(xiàn)骨骼狀、枝條狀α(Fe3SiAl12)及針狀β(Fe2Si2Al9)；實(shí)際經(jīng)驗(yàn)表明，控制Fe+Si的總含量，以及比例成分；所有雜質(zhì)都降低鋁的導(dǎo)電性，Mn、Ti和Fe最顯著。純鋁及其合金化（3）純鋁的牌號高純鋁工業(yè)高純鋁工業(yè)純鋁純鋁及其合金化（4）鋁的合金化鋁合金主要強(qiáng)化方式：固溶強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化、加工硬化、過剩相強(qiáng)化Al-Mg，Al-Mn：防銹鋁合金系列Al-Cu：高強(qiáng)鋁合金系，耐熱鋁合金系A(chǔ)l-Si：鑄造鋁合金系固溶強(qiáng)化純鋁及其合金化（4）鋁的合金化鋁合金主要強(qiáng)化方式：二元合金不能充分滿足沉淀強(qiáng)化的條件，一般選用復(fù)雜合金系，形成新的強(qiáng)化相。可熱處理強(qiáng)化的鋁合金：Al-Zn-Mg：Mg2Zn，Al2Mg3Zn3相；Al-Mg-Si：Mg2Si相；Al-Cu-（Mg）：CuAl2，Al2CuMg相。沉淀強(qiáng)化

為了考慮合金的耐熱性，可添加少量過渡族元素Ni、Mn等，生成高溫難熔耐熱相。但加入數(shù)量不宜過多，避免生成大量脆硬相而降低韌性和塑性。純鋁及其合金化鋁合金的熱處理原理鋁合金的基本熱處理形式：退火、固溶處理+時(shí)效1.Al-4%Cu的時(shí)效θ相CuAl2鋁合金的熱處理原理Al-4%Cu的時(shí)效

將其加熱到固溶溫度，保溫，并迅速淬于干冰(-78°C)，形成過飽和固溶體，若長期在干冰內(nèi)保存，其力學(xué)性能沒有明顯改變。但若置于室溫，則2小時(shí)候開始出現(xiàn)硬化現(xiàn)象，并隨時(shí)間增長而加劇，8天后達(dá)到最大值。若置于50°C環(huán)境，兩天后硬度即達(dá)到最高值（自然時(shí)效）。若將合金置于100°C以上的環(huán)境中（人工時(shí)效），硬度變化要復(fù)雜一些。但時(shí)效溫度越高，達(dá)到峰值硬度所需時(shí)間越短。鋁合金的熱處理原理（1）過飽和固溶體的性質(zhì)：

固溶體處于雙重過飽和狀態(tài)：溶質(zhì)原子過飽和、空位過飽和。沉淀過程是原子擴(kuò)散的過程，空位的存在時(shí)原子擴(kuò)散的必須條件。鋁合金的熱處理原理（1）過飽和固溶體的性質(zhì)：原子擴(kuò)散包含空位的形成和空位運(yùn)動(dòng)兩個(gè)過程，因此原子擴(kuò)散速度：其中為原子擴(kuò)散激活能。表明原子擴(kuò)散激活能包含和兩個(gè)部分，即形成空位激活能和空位運(yùn)動(dòng)激活能。對于固溶處理獲得過飽和溶質(zhì)原子和空位的合金而言，已存在大量過?？瘴?，因此原子擴(kuò)散激活能大大減?。ú恍杩瘴恍纬傻募せ钅埽?，其擴(kuò)散速度顯著增加：例如Al-Cu合金，形成空位激活能為0.7電子伏特，空位運(yùn)動(dòng)激活能0.5電子伏特，合計(jì)1.2電子伏特。如果淬火組織中存在多余空位，則擴(kuò)散激活能只需0.5電子伏特，銅原子的擴(kuò)散可提高1010倍，可見過飽和空位對時(shí)效動(dòng)力學(xué)的影響作用之大。鋁合金的熱處理原理（2）時(shí)效過程：

從體積自由能角度看，Al-4Cu過飽和固溶體直接析出θ平衡相CuAl2最有利。但由于該相與基體相在成分和晶體結(jié)構(gòu)上相差很大，新相成核和長大需要克服很大能壘，而首先形成預(yù)沉淀產(chǎn)物或者過渡相，如G.P.區(qū)、θ″相、θ′相，則相變所需激活能較低。鋁合金的熱處理原理（2）時(shí)效過程：

在固態(tài)相變中，根據(jù)合金的性質(zhì)和熱處理?xiàng)l件，新相和母相之間的界面有三種基本形式，即共格界面、半共格界面和非共格界面。共格界面：新相與母相之間不可能有完全相同的晶面，兩相的晶格要產(chǎn)生一定的應(yīng)變。晶格常數(shù)小的相受拉應(yīng)力。兩相分開時(shí)，彈性應(yīng)變消失；對于共格界面，晶格連續(xù)過度，界面能很低，但彈性能較高。為減少彈性應(yīng)變能，新相以片狀成核長大最有利；非共格界面：彈性應(yīng)變能很小，但界面能成為新相的決定因素。為降低兩相之間的界面能，新相晶核趨向于以球形出現(xiàn)；半共格界面：介于上述兩者之間。鋁合金的熱處理原理（2）時(shí)效過程：Al-Cu合金的G.P.區(qū)：在室溫即可生成，沒有獨(dú)立的晶體結(jié)構(gòu)，完全與母相共格。但Cu原子半徑比Al小，G.P.區(qū)產(chǎn)生一定彈性收縮。

G.P.區(qū)的厚度只有幾個(gè)原子，直徑隨時(shí)效溫度高低而不同，一般不超過100埃。室溫時(shí)效時(shí)的直徑約50埃，間距為20-40埃。130°C時(shí)效15小時(shí)，直徑長大到90埃，厚4-6埃。溫度再高，G.P.區(qū)數(shù)目開始減少，200°C即不再生成G.P.區(qū)。

G.P.區(qū)界面能很低，形核功很小，在母相中各處皆可生核。G.P.區(qū)鋁合金的熱處理原理（2）時(shí)效過程：G.P.區(qū)的形狀取決于溶質(zhì)原子與鋁原子的直徑差異。差值小于3%時(shí)，為降低表面能，一般呈球形。差值超過5%，彈性能起主導(dǎo)作用，一般呈薄片狀或者針狀。G.P.區(qū)G.P.區(qū)形狀合金系原子直徑差（%）球形Al-AgAl-ZnAl-Zn-Mg+0.7-1.9+2.6圓盤狀A(yù)l-Cu-11.8針狀A(yù)l-Mg-SiAl-Cu-Mg+2.5-6.5

表不同鋁合金系的G.P.區(qū)形狀鋁合金的熱處理原理（2）時(shí)效過程：

如將Al-4Cu合金在較高溫度下時(shí)效，G.P.區(qū)急劇長大，銅原子與鋁原子逐漸形成規(guī)則排列，即正方有序化結(jié)構(gòu)，稱θ″相。

θ″相厚度為8-20埃，直徑150-400埃，該過渡相與基體完全共格，但Z軸方向的晶格常數(shù)接近基體鋁的晶格常數(shù)兩倍，造成彈性共格應(yīng)變場，或晶格畸變區(qū)。隨時(shí)效時(shí)間延長，θ″相密度不斷提高，使基體內(nèi)產(chǎn)生大量畸變區(qū)，從而對位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙作用不斷增大，使合金的硬度、強(qiáng)度，尤其是屈服強(qiáng)度顯著增加。θ″相鋁合金的熱處理原理（2）時(shí)效過程：

繼續(xù)增加時(shí)效時(shí)間或提高實(shí)效溫度，如將Al-4Cu合金在200°C時(shí)效12小時(shí)，過渡相轉(zhuǎn)變?yōu)棣取湎?。θ′相屬于立方點(diǎn)陣，名義成分為CuAl2。厚度為100-150埃，直徑100-6000埃，在Z軸方向錯(cuò)配度過大，使共格關(guān)系遭到部分破壞。在過渡相與基體之間的界面上存在位錯(cuò)環(huán)，形成半共格。

θ′相與基體局部失去共格關(guān)系，則界面處的應(yīng)力場勢減小，意味著晶格畸變減小，合金的硬度和強(qiáng)度下降，開始進(jìn)入過時(shí)效階段。θ′相鋁合金的熱處理原理（2）時(shí)效過程：

進(jìn)一步延長時(shí)效時(shí)間或提高實(shí)效溫度，θ′相過渡到平衡相θ。θ相屬于體心立方有序化結(jié)構(gòu)，與基體完全失去共格關(guān)系。因此θ

相的出現(xiàn)意味著合金的硬度和強(qiáng)度顯著下降。θ相鋁合金的熱處理原理（2）時(shí)效過程：Al-4Cu合金時(shí)效過程中，過飽和α固溶體的沉淀階段如下：

α固溶體→G.P.區(qū)→θ″過渡相→θ′過渡相→θ穩(wěn)定相（CuAl2）

沉淀過程與合金的成分和時(shí)效參數(shù)有關(guān)，而且不同沉淀階段相互重疊，沉淀產(chǎn)物可能同時(shí)存在。例如Al-4Cu合金在130°C以下時(shí)效，以G.P.區(qū)為主，但也可能出現(xiàn)θ″和θ′過渡相；在150-170°C時(shí)效以θ″為主；在225-250°C以θ′為主；而高于250°C以后則以θ相為主。鋁合金的熱處理原理（2）時(shí)效過程：固溶體淬火后過飽和固溶體過飽和空位過飽和溶質(zhì)原子過渡沉淀相平衡沉淀相晶界位錯(cuò)環(huán)/位錯(cuò)螺旋線/堆垛層錯(cuò)聚集區(qū)鋁合金的熱處理原理（3）時(shí)效動(dòng)力學(xué)：

過飽和固溶體的沉淀過程是一個(gè)擴(kuò)散過程，沉淀速度與溫度也具有C曲線特點(diǎn)，由過冷度與原子擴(kuò)散速度相互制約，使沉淀在某一溫度達(dá)到最大值。鋁合金的熱處理原理（3）時(shí)效動(dòng)力學(xué)：鋁合金的熱處理原理時(shí)效硬化的原因內(nèi)應(yīng)力場變化引起的強(qiáng)化；位錯(cuò)切過沉淀物引起的強(qiáng)化；位錯(cuò)繞過沉淀物粒子引起的強(qiáng)化。鋁合金的熱處理原理鋁合金的時(shí)效自然時(shí)效或人工時(shí)效：兩者從物理本質(zhì)上并無絕對的界限。前者以G.P.區(qū)強(qiáng)化為主，后者以過渡沉淀強(qiáng)化為主。自然時(shí)效后的性能特點(diǎn)：塑性較高（10%~15%），抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度的差值較大（σ0.2/σb=0.7-0.8），沖擊韌性和抗蝕性好。人工時(shí)效后的性能特點(diǎn)：強(qiáng)度高，屈服強(qiáng)度增加的更明顯（σ0.2/σb=0.8-0.9），但韌性、塑性和抗蝕性一般較差。人工時(shí)效可分為：欠時(shí)效、峰時(shí)效、過時(shí)效和穩(wěn)定化時(shí)效等。欠時(shí)效---不完全時(shí)效：保留較高的塑性；過時(shí)效：綜合性能較好，抗蝕性較高；穩(wěn)定化時(shí)效：溫度比過時(shí)效更高，穩(wěn)定合金性能和零件尺寸。鋁合金的熱處理原理時(shí)效理論在鋁合金中的應(yīng)用單級時(shí)效；

簡單----固溶處理+一次時(shí)效（自然、人工）。分級時(shí)效；固溶處理+在不同溫度進(jìn)行兩次或多次時(shí)效（預(yù)時(shí)效+最終時(shí)效）形變時(shí)效；把變形和時(shí)效相結(jié)合，改善過渡相分布。淬火---變形---時(shí)效時(shí)效---變形（室溫、時(shí)效溫度）---時(shí)效回歸處理

將經(jīng)過自然時(shí)效的鋁合金在200-250°C加熱幾分鐘，然后迅速冷卻，使合金硬度和強(qiáng)度恢復(fù)到接近新淬火狀態(tài)的水平。鑄造鋁合金的熱處理鑄造鋁合金可分為五類：（1）Al-Si及Al-Si-Mg系優(yōu)良鑄造工藝，中等強(qiáng)度，常溫使用，復(fù)雜鑄件；（2）Al-Cu系高耐熱性，適合高溫使用，但鑄造性和耐蝕性較差；（3）Al-Mg系高強(qiáng)、高耐蝕性，但耐熱性和鑄造工藝較差；（4）Al-RE系良好耐熱性和鑄造工藝性，但室溫強(qiáng)度低，合金成分復(fù)雜；（5）Al-Zn系可自淬火，自行進(jìn)行人工時(shí)效，適合尺寸穩(wěn)定性要求高的鑄件。但比重大，耐熱性低。鑄鋁用ZL表示，其后有三位數(shù)字；第一位代表合金系，其余代表合金順序號。變形鋁合金的熱處理變形鋁合金的分類：（1）防銹鋁合金

Al-Mn系。不能熱處理強(qiáng)化，強(qiáng)度低。以LF為字頭，例如LF3等；（2）硬鋁有強(qiáng)烈時(shí)效硬化能力，Al-Cu-Mg系為主。除室溫強(qiáng)度高外，耐熱性好，但耐蝕性和焊接性差。LY表示；（3）鍛鋁以Al-Mg-Si系為主，有良好加工型，耐蝕性，適合制作各類鍛件，以LD為字頭，例如LD6。；（4）超硬鋁變形鋁合金中強(qiáng)度最高的一種，以Al-Zn-Mg-Cu系為主。熱穩(wěn)定性較差，對應(yīng)力集中比較敏感。牌號LC；地殼中總儲量第三位，占2.35%；密度小，是最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料；原子序數(shù)12；密排六方結(jié)構(gòu)；機(jī)械強(qiáng)度低，彈性模量低；減振性能好，切削加工性能好。鎂及鎂合金的熱處理鎂中的主要雜質(zhì)元素是：Fe，Ni，Cu。嚴(yán)重降低鎂的耐腐蝕性。鎂的合金化主要強(qiáng)化方式：鎂的合金化原則與鋁相似，都是利用固溶強(qiáng)化和時(shí)效處理生成的沉淀硬化來提高合金的力學(xué)性能。因此所選擇的合金元素在鎂中應(yīng)該具有較高的固溶度，并隨溫度有較明顯的變化，在時(shí)效過程中能形成強(qiáng)化效果顯著的第二相。目前實(shí)際應(yīng)用的鎂合金系：Mg-Al-Zn系：例如MB2,MB3,ZM5;Mg-Zn-Zr系：例如ZM1,MB15;Mg-RE-Zr系或Mg-RE-Mn系：例如ZM3,MB8等MB-變形鎂合金；ZM鑄造鎂合金；YM-壓鑄鎂合金固溶強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化、加工硬化、過剩相強(qiáng)化鎂及鎂合金的熱處理Al在鎂中的最大固溶度：12.6%Zn在鎂中的最大固溶度：8.4%Zr在鎂中的最大固溶度：3.8%

鎂合金的基本固態(tài)相變形式與鋁合金相同，是過飽和固溶體的分解，它也是時(shí)效硬化的理論根據(jù)。鎂合金的固態(tài)相變特點(diǎn)以Mg-Al系合金為例：

Mg-Al系合金在共晶溫度以下，平衡組織為δ固溶體+Mg17Al12化合物。鋁在鎂中的固溶度從437°C的12.6%降到室溫的1%左右。因此利用淬火處理可以獲得過飽和δ固溶體。試驗(yàn)表明，在隨后的時(shí)效過程中，過飽和δ固溶體不經(jīng)過任何中間階段直接析出非共格平衡相Mg17Al12，不存在預(yù)沉淀階段或者過渡相。

Mg17Al12相在形成方式上有兩種類型：連續(xù)析出和非連續(xù)析出。通常以非連續(xù)析出為先導(dǎo)，然后再進(jìn)行連續(xù)析出。非連續(xù)析出大多從晶界或位錯(cuò)處開始，Mg17Al12相以片狀形式按一定取向往晶內(nèi)生長，整個(gè)反應(yīng)區(qū)呈片層狀結(jié)構(gòu)，反應(yīng)區(qū)和未反應(yīng)區(qū)有明顯的分界面。鎂合金的固態(tài)相變特點(diǎn)以Mg-Al系合金為例：

從晶界開始的非連續(xù)析出進(jìn)行到一定程度后，晶內(nèi)產(chǎn)生連續(xù)析出。Mg17Al12相以細(xì)小片狀形式沿基面（0001）生長，基體中含鋁量不斷下降，晶格常數(shù)連續(xù)增大，因晶格常數(shù)變化是連續(xù)的，因此成為連續(xù)析出。鎂合金的固態(tài)相變特點(diǎn)以Mg-Al系合金為例：

連續(xù)與非連續(xù)析出在時(shí)效組織中所占的相對量與成分、淬火溫度、冷卻速度和時(shí)效參數(shù)等因素有關(guān)。一般來說，非連續(xù)析出先進(jìn)行，特別是過飽和度較低，固溶體內(nèi)存在成分偏析及時(shí)效不充分的情況下；反之，在含鋁量較高，快速淬火及時(shí)效溫度較高的條件下，連續(xù)析出占主導(dǎo)地位。有關(guān)文獻(xiàn)指出，在100-250°C時(shí)效，同時(shí)存在兩種析出方式；而250°C以上時(shí)效，擴(kuò)散速度較高，只進(jìn)行連續(xù)析出。鎂合金的主要熱處理類型

鎂合金的熱處理方式與鋁合金基本相同，但鎂合金原子擴(kuò)散速度慢，淬火加熱后通常在空氣中冷卻即可達(dá)到固溶處理的目的。對自然時(shí)效不敏感，長期放置在室溫條件下可保持淬火狀態(tài)下的原有性能。鎂合金氧化傾向比鋁合金強(qiáng)烈，熱處理爐內(nèi)應(yīng)保持一定中性氣體。鎂合金常用熱處理類型如下：（1）T1：鑄造、加工后直接人工時(shí)效。Mg-Zn合金晶粒容易長大，重新淬火晶粒會粗大，因此不如使用T1處理；（2）T2：消除殘余應(yīng)力和冷作硬化而進(jìn)行的退火處理；（3）T4：固溶處理。可提高抗拉強(qiáng)度和延伸率；（4）T6：固溶（空冷）+人工時(shí)效，提高合金的屈服強(qiáng)度，但塑性降低；（5）T61：固溶（熱水）+人工時(shí)效，針對對冷速敏感的Mg-RE-Zr合金，可比T6強(qiáng)化效果更好。常見熱處理缺陷：不完全淬火、晶粒長大、表面氧化、過燒、變形等。

有色金屬的熱處理銅及銅合金的熱處理鈦及鈦合金的熱處理銅及銅合金的熱處理一、純銅（紫銅）銅是人類歷史上應(yīng)用最早的金屬。現(xiàn)主要用作導(dǎo)電、導(dǎo)熱并有耐蝕性的器材。導(dǎo)電元件、彈性元件、管道和耐磨零件（軸承、襯套、小齒輪等）。密度：8.94g/cm3；導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性僅次于金和銀；面心立方晶體結(jié)構(gòu)，在極低溫度下仍然保持良好塑性；熔點(diǎn)：1084°C銅及銅合金的熱處理一、純銅（紫銅）（1）導(dǎo)電性好、導(dǎo)熱性好。（導(dǎo)線、電纜、散熱管、熱交換器等），任何雜質(zhì)元素的加熱都會降低銅的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性；冷變形對銅導(dǎo)電性能影響不大，純銅經(jīng)80%冷變形，導(dǎo)電率降低不到3%，因此銅導(dǎo)線可在冷作硬化狀態(tài)使用。冷作硬化是提高銅及銅合金強(qiáng)度的常用方法。圖雜質(zhì)元素對銅導(dǎo)電和導(dǎo)熱性影響銅及銅合金的熱處理一、純銅（紫銅）

（2）化學(xué)穩(wěn)定性高，耐蝕性好。銅的標(biāo)準(zhǔn)電極電位比氫高，在許多介質(zhì)中的化學(xué)穩(wěn)定性都很好。（電線、冷熱水配水設(shè)備、熱水泵及廢熱鍋爐）；（3）無磁性，磁化系數(shù)極低，用來制造不允許受磁性干擾的磁學(xué)儀器（羅盤、航空儀器、炮兵瞄準(zhǔn)環(huán)等）；（4）塑性變形能力高。面心立方晶格。但中溫區(qū)塑性劇烈降低，應(yīng)避免在此區(qū)間進(jìn)行壓力加工。熱壓加工一般在800-900°C進(jìn)行。中溫脆性區(qū)一般認(rèn)為是Pb等低熔點(diǎn)雜質(zhì)引起的。圖銅的力學(xué)性能與溫度的關(guān)系（99.5%Cu，0.005%Pb，600°C退火1小時(shí)）銅及銅合金的熱處理一、純銅（紫銅）

工業(yè)純銅的熱處理一般只進(jìn)行再結(jié)晶退火，目的是消除內(nèi)應(yīng)力、使金屬軟化或改變晶粒度。退火溫度一般為500-700°C。工業(yè)純銅的牌號T1---99.95%Cu；T2---99.90%Cu；T3---99.70%Cu；T4---99.5%Cu含Bi、Pb、Sb、S、P、O等雜質(zhì)。無氧銅：TU1,TU2。含氧量低于0.01%。具有更高導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、耐蝕性、可焊性和塑性。銅及銅合金的熱處理二、銅合金的分類及編號

按照化學(xué)成分，銅合金可分為黃銅、青銅及白銅三大類。（1）黃銅：以Zn為主要合金元素，以H表示，H后面的數(shù)字表示含銅量。若還有另一種合金元素，則H后面添加上所加元素的化學(xué)符號，并在表示含銅量的數(shù)字后面劃一短橫線，寫上它的百分含量；例：H68，HPb59-1。（2）白銅：以Ni為主要合金元素，以B表示。例：BAl6-1.5。（3）青銅：除Zn和Ni以外的元素為主要合金元素，以Q表示。例：QSn7。銅及銅合金的熱處理

黃銅

良好的機(jī)械性能、耐蝕性、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性等。與純銅和其它銅合金相比，價(jià)格較低，是重有色金屬中應(yīng)用最廣的合金材料。分為二元黃銅（普通黃銅）和多元黃銅（復(fù)雜黃銅、特殊黃銅）。圖Cu-Zn合金相圖Cu>50%H70H62銅及銅合金的熱處理

黃銅

從銅鋅合金相圖可以看出黃銅有和+’

兩種組織，分別稱單相黃銅和兩相黃銅。

單相黃銅兩相黃銅銅及銅合金的熱處理

黃銅的性能

圖Zn含量對鑄態(tài)Cu合金力學(xué)性能的影響單相黃銅塑性好。H96和H85具有良好導(dǎo)熱性和耐蝕性，一定強(qiáng)度和良好塑性。大量用于冷凝器和散熱器。H70和H68強(qiáng)度較高，塑性特別好，用于冷沖壓或深拉伸法制造復(fù)雜零件。槍彈殼、炮彈筒，有“彈殼黃銅”之稱。兩相黃銅熱塑性好,強(qiáng)度高.H62有很高強(qiáng)度，熱態(tài)下塑性好，以板材、棒材、管材、線材等供工業(yè)大量使用，有“商業(yè)黃銅”之稱。H59強(qiáng)度高，含Zn量高，價(jià)格便宜。極好地承受熱壓力加工，有一般耐蝕性，多以棒材和型材用于機(jī)械制造業(yè)。冷凝器管汽車機(jī)油泵襯套銅及銅合金的熱處理

黃銅的應(yīng)用

黃銅的主要熱處理方式：退火（再結(jié)晶退火、去應(yīng)力退火）。再結(jié)晶退火：加工工序之間的中間退火，產(chǎn)品最終退火。目的是消除加工硬化，恢復(fù)塑性及獲得細(xì)晶組織。再結(jié)晶溫度隨合金成分不同，多在300-400°C。再結(jié)晶退火溫度多在600-700°C。去應(yīng)力退火：含鋅量較高的黃銅，應(yīng)力腐蝕破裂傾向很嚴(yán)重，其冷變形產(chǎn)品必須進(jìn)行去應(yīng)力退火，清除變形中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，防止自裂。一般230-300°C。退火硬化現(xiàn)象.α黃銅冷變形后于再結(jié)晶溫度以下退火，其硬度不但不降低，反而有所升高。例如H70，冷變形50%后在235°C退火1小時(shí)，抗拉強(qiáng)度升高30MPa，延伸率降低2%。試驗(yàn)證明，含Zn大于10%的黃銅、含Al大于4%的青銅、含Mn大于5%的青銅和含Ni大于30%的白銅都有這種退火異常硬化現(xiàn)象，也稱變形時(shí)效。銅及銅合金的熱處理

黃銅的熱處理制度

銅及銅合金的熱處理

錫青銅

銅與錫的合金稱為錫青銅。錫青銅的應(yīng)用在我國已有兩千多年歷史，最主要特點(diǎn)是耐蝕、耐磨、彈性好和鑄件體積收縮率很小。圖Cu-Sn合金相圖錫青銅的用途：（1）高強(qiáng)彈性材料：彈簧、彈片、彈性元件；（2）耐磨材料：軸承套、齒輪等；（3）藝術(shù)鑄件，銅像等。銅及銅合金的熱處理

錫青銅

在α相區(qū)，Sn含量增加，強(qiáng)度及塑性均增大，約10%Sn附近的塑性最好，在21%-23%Sn附近的抗拉強(qiáng)度最大。δ相(Cu31Sn8)脆而硬，隨該相增多，強(qiáng)度急劇下降。圖Sn含量對錫青銅力學(xué)性能的影響Sn：3~14%銅及銅合金的熱處理

錫青銅的熱處理

銅錫合金中的原子擴(kuò)散速度進(jìn)行很慢，共析轉(zhuǎn)變只有在長時(shí)間保溫才能進(jìn)行。另外，一般生產(chǎn)條件下，冷卻速度快，合金中不出現(xiàn)α+ε組織。從工程角度出發(fā)，錫青銅的錫含量一般都小于10%，得到的是單相α組織，故錫青銅不能熱處理強(qiáng)化。根據(jù)錫青銅的使用目的和加工方法，常用熱處理是均勻化退火、再結(jié)晶退火和去應(yīng)力退火。消除枝晶偏析的均勻化退火，通常處理溫度為625-725°C，1-6小時(shí)；錫青銅在冷變形工序之間，中間再結(jié)晶退火消除形變硬化，例如QSn6.5-0.4的再結(jié)晶退火溫度為600°C；用作彈性元件的錫青銅QSn4-3等不能進(jìn)行再結(jié)晶退火，只進(jìn)行去應(yīng)力退火，退火溫度為250-300°C。銅及銅合金的熱處理

鋁青銅

錫價(jià)格昂貴，所以用其它合金元素代替錫。鋁青銅就是其中之一。鋁青銅具有良好的力學(xué)性能、耐蝕性和抗磨性。圖Cu-Al合金相圖銅及銅合金的熱處理

鋁青銅

圖Al含量對鋁青銅力學(xué)性能的影響含鋁量為5%-8%的鋁青銅（QAl5和QAl7）為α單相合金，塑性良好，可進(jìn)行冷熱加工；含鋁量為9%-10%的合金（QAl10）在高溫具有α+β組織，能承受熱壓力加工。565°C以下共析分解后，合金塑性下降，不能進(jìn)行冷變形。銅及銅合金的熱處理

鋁青銅的熱處理

當(dāng)鋁合金含量小于7.4%時(shí)，在所有溫度下，均為單相α固溶體，塑性好、易于加工。壓力加工時(shí)，一般進(jìn)行中間再結(jié)晶退火和去應(yīng)力退火。含鋁量為9.4%-15.6%的鋁青銅，可進(jìn)行熱處理強(qiáng)化。當(dāng)溫度達(dá)到β相區(qū)時(shí)，快速冷卻發(fā)生β→β′相變，形成β′馬氏體。銅及銅合金的熱處理

鈹青銅

含鈹?shù)你~合金為鈹青銅，鈹含量一般為1.5%-2.5%。鈹青銅有很強(qiáng)的沉淀強(qiáng)化相應(yīng)，經(jīng)過淬火時(shí)效，得到強(qiáng)度約1400MPa，并具良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性，耐蝕和耐磨性。圖Cu-Be合金相圖

鈹青銅可用于制造高級彈性元件和特殊耐磨元件，還用于電器轉(zhuǎn)向開關(guān)（無磁、沖擊無火花）、點(diǎn)接觸器等。銅及銅合金的熱處理

鈹青銅的熱處理

（1）淬火：含鈹量超過1.7%，最佳淬火溫度780-790°C，保溫時(shí)間8-15min。（2）時(shí)效：時(shí)效溫度0.5-0.6Tm。含鈹量高于1.7%的合金，最佳時(shí)效溫度為300-330°C，保溫1-3小時(shí)；含鈹量低于0.5%的合金，熔點(diǎn)升高，則最佳時(shí)效溫度為450-480°C。過飽和固溶體→G.P.區(qū)→γ′→γ（3）退火：鈹青銅退火最好在β共析轉(zhuǎn)變溫度以下進(jìn)行，一般為550-570°C，保溫2-3小時(shí)。退火溫度過高，超過共析轉(zhuǎn)變溫度，會導(dǎo)致β相聚集粗化，低于550°C則不能有效軟化合金。去應(yīng)力退火一般在150-200°C保溫15-20min。銅及銅合金的熱處理

白銅

銅與鎳形成無限固溶體，普通白銅組織為單相固溶體。突出優(yōu)點(diǎn)是高力學(xué)性能和在各種腐蝕介質(zhì)中有極高的化學(xué)穩(wěn)定性，在海船、醫(yī)療器械和化工部門廣泛應(yīng)用。鐵白銅、鋁白銅、鋅白銅和電工白銅。圖Cu-Ni合金相圖Ni<30%B10B20B30BZn15-20鈦及鈦合金的熱處理鈦及鈦合金的熱處理純鈦廣泛用于飛機(jī)制造業(yè)、宇航工業(yè)、艦船工業(yè)、冶金、化學(xué)工業(yè)等。密度：4.5g/cm3，所有金屬材料中幾乎最高的比強(qiáng)度；良好的耐熱和耐蝕性；密排六方晶體結(jié)構(gòu)，但具有良好的塑性；熔點(diǎn)：1668°C

鈦具有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變溫度為882.5°C。此溫度以下為α鈦，米排六方結(jié)構(gòu)；此溫度以上直到熔點(diǎn)是β鈦，體心立方結(jié)構(gòu)。鈦及鈦合金的熱處理鈦合金中的合金元素按合金元素對同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變溫度的影響和在α相或β相中的固溶度，合金元素可分為三大類：α穩(wěn)定元素：它們能提高α?β相轉(zhuǎn)變溫度，可較多地固溶于α相，擴(kuò)大α相區(qū)；β穩(wěn)定元素：它們能降低α?β相轉(zhuǎn)變溫度，可較多地固溶于β相，擴(kuò)大β相區(qū)；中性元素：對相轉(zhuǎn)變溫度影響不大，并能在α相和β相中大量溶解或完全互溶；分類元素名稱α穩(wěn)定元素間隙式O