有色金屬熱處理

關于有色金屬熱處理第1頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月分類非鐵金屬按在地殼中蘊藏量得多少和其密度大小可分為以下四類：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，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月第3頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月常用的熱處理（1）退火（2）固溶處理（3）時效（4）形變熱處理（5）化學熱處理第4頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月一、合金的固溶處理和時效處理

對于非鐵合金如鎳基、鈦基、鋁基和鎂基合金，為了滿足材料的高強度、高韌性以及一些特殊物理、化學性能要求，常采用固溶、調幅和時效處理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，以獲得溶質原子在該基體相中的過飽和固溶體的熱處理工藝稱之。與鋼的淬火本質區(qū)別：

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

b)固溶處理冷卻過程中不發(fā)生相變，僅把高溫相固定下來，而淬火冷卻過程中發(fā)生相變。第5頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月固溶處理目的：為沉淀處理或調幅分解處理做組織準備；強化固溶體，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：第6頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月溫度：選擇原則：防止晶粒過分粗大（過熱），及晶界氧化或局部熔化（過燒）；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：必須保證冷卻過程中沒有第二相的析出，得到完全的過飽和固溶體。（注意出爐到冷卻介質間時間）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，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月溫度：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：在中性或稍有氧化性氣氛中加熱冷卻介質：水冷第8頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月鋁合金固溶處理：目的：改善切削性能為后續(xù)時效處理、沉淀硬化做組織準備工藝：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，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月二、時效處理定義目的與回火區(qū)別第10頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月§8.1鋁及鋁合金的熱處理一、鋁合金相圖認識：

S點左側不能熱處理強化

S點和D點之間可以熱處理強化二、鋁合金分類工業(yè)純鋁、鑄造鋁合金和變形鋁合金第11頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月三、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效。退火是一種軟化處理，消除材料內應力和加工硬化，使組織趨于平衡。固溶時效屬于強化熱處理，目的是提高合金的機械強度。第12頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月1、淬火組織特點固溶強化2、時效過程中組織特點

α過飽和→α+GP區(qū)→

α+θ″→α+θ′→α+θ3、時效過程中性能變化沉淀硬化4、時效方式第13頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月時效方式

自然時效：沉淀產(chǎn)物為GP區(qū)。特點是強度較高，塑性及韌性良好，抗腐蝕性優(yōu)于人工時效。人工時效：沉淀相是過渡相。特點是屈服強度高于自然時效，但塑性及抗蝕性稍差。欠時效、峰值時效和過時效。分級時效：是指將淬火工件在不同溫度下進行兩次或多次時效，與一次時效相比，雖然工藝比較復雜，但時效后的組織較均勻，拉伸性能、疲勞和斷裂性能、應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，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月回歸處理（RRA處理）：時效態(tài)鋁合金，在較低溫度下短時間保溫，使硬度和強度下降，恢復到接近淬火水平，然后再進行時效處理，獲得具有人工時效態(tài)的強度和分級時效態(tài)的應力腐蝕抗力的最佳配合，這種工藝稱之。四、對于純鋁和防銹鋁合金，不能熱處理強化，只進行退火。對于硬鋁、鍛鋁和超硬鋁可以熱處理強化，時效為最終熱處理形式。五、熱處理工藝第15頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月§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。它的導電性、導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（一號銅T1、二號銅T2、三號銅T3、四號銅T4）；無氧銅（一號無氧銅TU1、二號無氧銅TU2）；脫氧銅（磷脫氧銅TUP、錳脫氧銅TUMn）。?？梢詫⒐I(yè)純銅經(jīng)過變形做成各種制品第16頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月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H。以錫、鋁、鈹、硅、鉻為主要合金元素的稱為青銅，代號Q，以鎳為主要合金元素的稱為白銅，代號B。第17頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月3、銅及銅合金的熱處理純銅常用的熱處理方式是再結晶退火，目的是改變晶粒大小，消除內應力，使金屬軟化，退火溫度為500-700℃。退火應防止氫病，可在還原性氣氛中進行，退火后應快速冷卻，減少氧化。銅合金常用的熱處理方式有：均勻化退火、去應力退火、再結晶退火、固溶及時效處理。第18頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月均勻化退火目的是使鑄錠、鑄件的化學成分均勻。去應力退火目的是消除在變形過程中或鑄造及焊接過程中產(chǎn)生的殘余內應力，穩(wěn)定尺寸。對于冷變形黃銅、鋁青銅及硅青銅，其應力腐蝕傾向嚴重，必須進行去應力退火。去應力退火溫度為再結晶溫度以下30-100℃，約為230-350℃，保溫時間為30-60min。再結晶退火目的是消除加工硬化，恢復塑性和獲得細晶粒組織。常在加工工序之間的中間退火和產(chǎn)品的最終退火，黃銅的晶粒度對其冷變形后性能有較大影響，用于壓力加工的黃銅，再結晶退火時，必須根據(jù)需要控制晶粒度。第19頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月光亮退火：銅及銅合金在加熱過程中容易氧化，為了防止氧化，提高工件表面質量，需在保護氣氛中或者真空中進行退火，稱為光亮退火。常用的保護氣氛有：水蒸汽，氨分解氣，氮氣，干燥的氫氣等固溶及時效：目的是獲得成分均勻的過飽和固溶體，并通過隨后的時效處理取得強化效果。第20頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月退火

有色金屬的半成品或制品中常常存在有殘余應力、成分不均勻、組織不穩(wěn)定等缺陷，嚴重影響合金的工藝性能和使用性能，如塑性低、耐蝕性差、力學性能不好等。必須進行退火根據(jù)要達到目的分為：去應力退火再結晶退火均勻化退火第21頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月熱處理類型工藝方法目的及應用退火均勻化退火T：合金熔化溫度下20~30℃T：不宜過長；加熱速度和冷卻速度不做嚴格要求鑄造后或加工前用于消除應力、降低硬度和提高塑性再結晶退火T：高于合金再結晶溫度；T：不宜過長；冷卻可在空氣中或水中進行，但有相變的合金不宜極冷改變材料的力學性能和物理性能，在某些情況下是恢復到原來的性能低溫退火回復退火T：低于合金再結晶溫度消除應力部分軟化退火T：在合金再結晶開始和終止溫度之間消除應力和控制半硬產(chǎn)品（Y1、Y2、Y3、Y4）的性能，避免應力腐蝕光亮退火在保護氣氛中或真空中退火純銅退火，氣體中含氫量不應超過3%防止氧化，節(jié)約酸洗經(jīng)費，獲得光亮表面。多用于銅和銅合金淬火時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，有些合金（如鑄造鋁合金）也有采用油淬或其他冷卻介質有效地提高了有色金屬材料的強度和硬度，多用于鋁、硅、鎂、和鋁銅合金及鈹青銅時效自然時效淬火后在室溫下停留較長時間對于淬火和時效效果人工時效淬火后再將合金加熱到100~200℃范圍內保溫一段時間不明顯的合金，如黃銅、錫青銅和鋁鎂合金工業(yè)上不采用熱處理強化有色金屬材料常用的熱處理方法第22頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月固溶處理定義：當合金中的第二相在其基體中的溶解度隨溫度的降低而顯著減少時，可將其加熱到第二相全部或最大限度地溶入固溶體的溫度，保持一定時間后，以快于第二相自固溶體中析出的速度冷卻，獲得過飽和固溶體，這個過程稱為固溶處理。加熱溫度：能夠保證最