有色金屬熱處理

有色金屬熱處理第1頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期五分類(lèi)非鐵金屬按在地殼中蘊(yùn)藏量得多少和其密度大小可分為以下四類(lèi)：1）輕金屬材料：密度小于4.5g/cm3的金屬材料，如鋁、鎂、鋰及其合金2）重金屬材料：密度大于4.5g/cm3的金屬材料，如銅、鎳、鉛鋅、錫、鎘及其合金3）稀有金屬材料：地殼中蘊(yùn)藏量稀少的。如鈦、鋯、鉿、鎢、鉬、鉭、鈮4）貴金屬材料：金、銀和鉑族金屬—釕、銠、鈀、鋨、銥、鉑第2頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第3頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期五常用的熱處理（1）退火（2）固溶處理（3）時(shí)效（4）形變熱處理（5）化學(xué)熱處理第4頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期五一、合金的固溶處理和時(shí)效處理

對(duì)于非鐵合金如鎳基、鈦基、鋁基和鎂基合金，為了滿足材料的高強(qiáng)度、高韌性以及一些特殊物理、化學(xué)性能要求，常采用固溶、調(diào)幅和時(shí)效處理1.1固溶處理（Solutiontreatment）定義：將合金加熱到高溫單相區(qū)一定溫度，保溫一定時(shí)間，使第二相充分溶解到固溶體中，隨之迅速冷卻到室溫，以獲得溶質(zhì)原子在該基體相中的過(guò)飽和固溶體的熱處理工藝稱之。與鋼的淬火本質(zhì)區(qū)別：

a）加熱時(shí)第二相要充分溶解到固溶體中，而鋼淬火加熱時(shí)第二相可以不完全溶解到固溶體中。

b)固溶處理冷卻過(guò)程中不發(fā)生相變，僅把高溫相固定下來(lái)，而淬火冷卻過(guò)程中發(fā)生相變。第5頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期五固溶處理目的：為沉淀處理或調(diào)幅分解處理做組織準(zhǔn)備；強(qiáng)化固溶體，并提高其韌性及抗腐蝕性能；獲得適宜的晶粒度，以保證合金高溫抗蠕變性能；消除應(yīng)力與軟化，以便繼續(xù)加工或成型。適用范圍：有色金屬、高溫合金、特殊性能合金。固溶處理的工藝a）加熱：方式：隨爐加熱或熱爐加熱介質(zhì)：第6頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期五溫度：選擇原則：防止晶粒過(guò)分粗大（過(guò)熱），及晶界氧化或局部熔化（過(guò)燒）；要使第二相充分的溶解到固溶體中。具體依據(jù)合金相圖。b)保溫：基本原則是第二相充分溶解。c)冷卻：必須保證冷卻過(guò)程中沒(méi)有第二相的析出，得到完全的過(guò)飽和固溶體。（注意出爐到冷卻介質(zhì)間時(shí)間）固溶處理舉例1）18-8型鉻鎳奧氏體不銹鋼的固溶處理固溶目的：a)提高合金抗腐蝕性能（使碳化物充分溶解，奧氏體成分均勻化）

b)降低硬度，改善切削性能。第7頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期五溫度：在ES線以上，一般選擇1050-1100，以含碳量而定，使Cr23C6碳化物充分溶解，奧氏體成分均勻化。加熱介質(zhì)：在中性或稍有氧化性氣氛中加熱冷卻介質(zhì)：水冷第8頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期五鋁合金固溶處理：目的：改善切削性能為后續(xù)時(shí)效處理、沉淀硬化做組織準(zhǔn)備工藝：以4%Cu的鋁合金為例溫度：以合金相圖加熱到單相區(qū)，從固溶目的考慮，應(yīng)選擇較高溫度，使第二相CuAl2充分溶解，其上限是防止α固溶體晶粒粗大，晶界氧化或局部熔化。一般選擇在495-505℃.第9頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期五二、時(shí)效處理定義目的與回火區(qū)別第10頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期五§8.1鋁及鋁合金的熱處理一、鋁合金相圖認(rèn)識(shí)：

S點(diǎn)左側(cè)不能熱處理強(qiáng)化

S點(diǎn)和D點(diǎn)之間可以熱處理強(qiáng)化二、鋁合金分類(lèi)工業(yè)純鋁、鑄造鋁合金和變形鋁合金第11頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期五三、鋁合金熱處理基本原理鋁合金主要熱處理形式是退火和固溶時(shí)效。退火是一種軟化處理，消除材料內(nèi)應(yīng)力和加工硬化，使組織趨于平衡。固溶時(shí)效屬于強(qiáng)化熱處理，目的是提高合金的機(jī)械強(qiáng)度。第12頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期五1、淬火組織特點(diǎn)固溶強(qiáng)化2、時(shí)效過(guò)程中組織特點(diǎn)

α過(guò)飽和→α+GP區(qū)→

α+θ″→α+θ′→α+θ3、時(shí)效過(guò)程中性能變化沉淀硬化4、時(shí)效方式第13頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期五時(shí)效方式

自然時(shí)效：沉淀產(chǎn)物為GP區(qū)。特點(diǎn)是強(qiáng)度較高，塑性及韌性良好，抗腐蝕性優(yōu)于人工時(shí)效。人工時(shí)效：沉淀相是過(guò)渡相。特點(diǎn)是屈服強(qiáng)度高于自然時(shí)效，但塑性及抗蝕性稍差。欠時(shí)效、峰值時(shí)效和過(guò)時(shí)效。分級(jí)時(shí)效：是指將淬火工件在不同溫度下進(jìn)行兩次或多次時(shí)效，與一次時(shí)效相比，雖然工藝比較復(fù)雜，但時(shí)效后的組織較均勻，拉伸性能、疲勞和斷裂性能、應(yīng)力腐蝕抗力之間能夠獲得良好的配合，且能縮短生產(chǎn)周期。第14頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期五回歸處理（RRA處理）：時(shí)效態(tài)鋁合金，在較低溫度下短時(shí)間保溫，使硬度和強(qiáng)度下降，恢復(fù)到接近淬火水平，然后再進(jìn)行時(shí)效處理，獲得具有人工時(shí)效態(tài)的強(qiáng)度和分級(jí)時(shí)效態(tài)的應(yīng)力腐蝕抗力的最佳配合，這種工藝稱之。四、對(duì)于純鋁和防銹鋁合金，不能熱處理強(qiáng)化，只進(jìn)行退火。對(duì)于硬鋁、鍛鋁和超硬鋁可以熱處理強(qiáng)化，時(shí)效為最終熱處理形式。五、熱處理工藝第15頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期五§8.2銅及銅合金的熱處理1、銅純銅通常呈紫紅色，又稱為紫銅。它的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和塑性僅次于金和銀而居第三位，在極低的溫度下仍保持良好的塑性和韌性。工業(yè)純銅常分為：純銅（一號(hào)銅T1、二號(hào)銅T2、三號(hào)銅T3、四號(hào)銅T4）；無(wú)氧銅（一號(hào)無(wú)氧銅TU1、二號(hào)無(wú)氧銅TU2）；脫氧銅（磷脫氧銅TUP、錳脫氧銅TUMn）。?？梢詫⒐I(yè)純銅經(jīng)過(guò)變形做成各種制品第16頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2、銅合金

按照生產(chǎn)工藝可分為變形銅合金（軋制、擠壓、鍛造）和鑄造銅合金；按照化學(xué)成分可分為黃銅、青銅和白銅。以鋅為主要合金元素的稱為黃銅，代號(hào)H。以錫、鋁、鈹、硅、鉻為主要合金元素的稱為青銅，代號(hào)Q，以鎳為主要合金元素的稱為白銅，代號(hào)B。第17頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期五3、銅及銅合金的熱處理純銅常用的熱處理方式是再結(jié)晶退火，目的是改變晶粒大小，消除內(nèi)應(yīng)力，使金屬軟化，退火溫度為500-700℃。退火應(yīng)防止氫病，可在還原性氣氛中進(jìn)行，退火后應(yīng)快速冷卻，減少氧化。銅合金常用的熱處理方式有：均勻化退火、去應(yīng)力退火、再結(jié)晶退火、固溶及時(shí)效處理。第18頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期五均勻化退火目的是使鑄錠、鑄件的化學(xué)成分均勻。去應(yīng)力退火目的是消除在變形過(guò)程中或鑄造及焊接過(guò)程中產(chǎn)生的殘余內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸。對(duì)于冷變形黃銅、鋁青銅及硅青銅，其應(yīng)力腐蝕傾向嚴(yán)重，必須進(jìn)行去應(yīng)力退火。去應(yīng)力退火溫度為再結(jié)晶溫度以下30-100℃，約為230-350℃，保溫時(shí)間為30-60min。再結(jié)晶退火目的是消除加工硬化，恢復(fù)塑性和獲得細(xì)晶粒組織。常在加工工序之間的中間退火和產(chǎn)品的最終退火，黃銅的晶粒度對(duì)其冷變形后性能有較大影響，用于壓力加工的黃銅，再結(jié)晶退火時(shí)，必須根據(jù)需要控制晶粒度。第19頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期五光亮退火：銅及銅合金在加熱過(guò)程中容易氧化，為了防止氧化，提高工件表面質(zhì)量，需在保護(hù)氣氛中或者真空中進(jìn)行退火，稱為光亮退火。常用的保護(hù)氣氛有：水蒸汽，氨分解氣，氮?dú)?，干燥的氫氣等固溶及時(shí)效：目的是獲得成分均勻的過(guò)飽和固溶體，并通過(guò)隨后的時(shí)效處理取得強(qiáng)化效果。第20頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期五退火

有色金屬的半成品或制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，如塑性低、耐蝕性差、力學(xué)性能不好等。必須進(jìn)行退火根據(jù)要達(dá)到目的分為：去應(yīng)力退火再結(jié)晶退火均勻化退火第21頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期五熱處理類(lèi)型工藝方法目的及應(yīng)用退火均勻化退火T：合金熔化溫度下20~30℃T：不宜過(guò)長(zhǎng)；加熱速度和冷卻速度不做嚴(yán)格要求鑄造后或加工前用于消除應(yīng)力、降低硬度和提高塑性再結(jié)晶退火T：高于合金再結(jié)晶溫度；T：不宜過(guò)長(zhǎng)；冷卻可在空氣中或水中進(jìn)行，但有相變的合金不宜極冷改變材料的力學(xué)性能和物理性能，在某些情況下是恢復(fù)到原來(lái)的性能低溫退火回復(fù)退火T：低于合金再結(jié)晶溫度消除應(yīng)力部分軟化退火T：在合金再結(jié)晶開(kāi)始和終止溫度之間消除應(yīng)力和控制半硬產(chǎn)品（Y1、Y2、Y3、Y4）的性能，避免應(yīng)力腐蝕光亮退火在保護(hù)氣氛中或真空中退火純銅退火，氣體中含氫量不應(yīng)超過(guò)3%防止氧化，節(jié)約酸洗經(jīng)費(fèi)，獲得光亮表面。多用于銅和銅合金淬火時(shí)效淬火加熱溫度高于溶解度曲線且接近于共晶溫度或固相線溫度，可采用快速加熱，冷卻一般采用誰(shuí)，有些合金（如鑄造鋁合金）也有采用油淬或其他冷卻介質(zhì)有效地提高了有色金屬材料的強(qiáng)度和硬度，多用于鋁、硅、鎂、和鋁銅合金及鈹青銅時(shí)效自然時(shí)效淬火后在室溫下停留較長(zhǎng)時(shí)間對(duì)于淬火和時(shí)效效果人工時(shí)效淬火后再將合金加熱到100~200℃范圍內(nèi)保溫一段時(shí)間不明顯的合金，如黃銅、錫青銅和鋁鎂合金工業(yè)上不采用熱處理強(qiáng)化有色金屬材料常用的熱處理方法第22頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期五固溶處理定義：當(dāng)合金中的第二相在其基體中的溶