第八章 有色金属热处理.
金属学及热处理
时效处理工艺
总结词
时效处理是一种通过长时间放置或加热使金属内部发生沉淀 或析出反应的过程，主要用于提高金属的强度和稳定性。
详细描述
时效处理工艺通常将金属加热至较低的温度，并保持一定时 间，使金属内部的原子或分子的分布发生变化，形成更加稳 定的结构。通过时效处理，金属的强度和稳定性可以得到提 高。
表面热处理工艺
总结词
表面热处理是一种仅对金属表面进行 加热和冷却的过程，主要用于改善金 属表面的耐磨性、耐腐蚀性和抗氧化 性等。
详细描述
表面热处理工艺通常仅对金属表面进行加热 和冷却，而内部保持不变。通过表面热处理 ，可以改变金属表面的晶格结构、化学成分 和组织结构等，从而改善其表面的性能。
04 热处理设备与工具
热处理炉应定期进行维护和保养，确保设备的正常运行 和使用寿命。
在操作过程中，应定期检查炉温和炉压是否正常，防止 超温或超压。
在使用过程中，应保持炉膛的清洁，防止杂物和积炭对 加热元件和金属材料的影响。
热处理工具的选择与使用
01
02
03
04
根据不同的热处理工艺和金属 材料，选择合适的热处理工具
。
在使用过程中，应注意工具的 材质和尺寸是否符合要求，防 止工具损坏或金属材料表面损
金属学及热处理
contents
目录
• 金属学基础 • 热处理原理 • 热处理工艺技术 • 热处理设备与工具 • 热处理的应用与发展趋势
01 金属学基础
金属材料的分类与特性
钢铁材料
根据碳含量和用途，钢铁材料可分为生铁、铸铁和钢 材。其特性包括高强度、耐磨性和耐腐蚀性。
有色金属
如铜、铝、锌等，具有良好的导电性、导热性和延展 性。
初三化学第八章 金属和金属材料知识点梳理
考点一、金属材料（一）、纯金属材料：纯金属（90多种）纯金属：有色金属：通常是指除黑色金属以外的其他金属。
黑色金属：通常指铁、锰、铬及它们的合金。
有色金属：重金属：如铜、锌、铅等轻金属：如钠、镁、铝等（二）、合金（几千种）：由一种金属跟其他一种或几种金属（或金属与非金属）一起熔合而成的具有金属特性的物质。
1.金属材料包括纯金属和合金两类。
金属属于金属材料，但金属材料不一定是纯金属，也可能是合金。
2.合金可能是金属与金属组成，也可能是金属与非金属组成。
金属材料中使用比较广泛的是合金。
合金的优点：（1）熔点高、密度小；（2）可塑性好、易于加工、机械性能好；（3）抗腐蚀性能好；下面是黄铜和铜片，焊锡和锡，铝合金和铝线的有关性质比较：钛和钛合金：被认为是21世纪的重要金属材料，钛合金与人体有很好的“相容性”，因此可用来制造人造骨等。
钛合金的优点：①熔点高、密度小；②可塑性好、易于加工、机械性能好；③抗腐蚀性能好钛镍合金具有“记忆”能力，可记住某个特定温度下的形状，只要复回这个温度，就会恢复到这个温度下的形状，又被称为“记忆金属”。
此外，钛还可制取超导材料，美国生产的超导材料中的90%是用钛铌合金制造的。
3.注意：（1）合金是金属与金属或金属与非金属的混合物。
（2）合金的很多性能与组成它们的纯金属不同，使合金更容易适于不同的用途。
（3）日常使用的金属材料，大多数为合金。
（4）金属在熔合了其它金属和非金属后，不仅组成上发生了变化，其内部组成结构也发生了改变，从而引起性质的变化。
（5）合金的形成条件：其中任一金属的熔点不能高于另一金属的沸点（当两种金属形成合金时）。
（6）青铜是人类历史上使用最早的合金；生铁和钢是人类利用最广泛的合金．（7）合金都属于混合物。
考点2金属的物理性质（1）常温下一般为固态（汞为液态），有金属光泽。
（2）大多数呈银白色（铜为紫红色，金为黄色）（3）有良好的导热性、导电性、延展性（4）密度和硬度较大，熔沸点较高。
金属材料及热处理第八章有色金属.ppt
六、青 铜
青铜使人类历史上应用最早的一种合金， 我国公元前2000多年的夏、商时期就开始使 用青铜铸造钟、鼎、武器、镜等。
经对出土汉镜进行分析，成分如下：
Cu：65~70%
Sn：24~26%
Pb：1~9%
Zn: 0~5%
金相组织几乎完全是Cu31Sn8（δ相），颜 色呈青灰色—故称青铜。
④ 黄铜的铸造性能良好
Zn<10%或Zn>38%时，由于结晶温度间隙 较小，流动性好。
3、黄铜的表示方法
H 80
普通黄铜 含Cu80%
HPb 59 —1
Cu 59% Pb 1% 表示含Pb1%特殊黄铜
：表示含Al 2.5%，Cu67%的铸造黄铜。
HSn 70-1： 表示含Sn 1%、Cu70%的特殊黄铜
三、铝合金的分类
根据合金元素的含量和加工工艺性能 特点，把铝合金分为：
变形铝合金 铸造铝合金
A
3
4B
C
Al D
1
2
1—变形铝合金 2—铸造铝合金 3—不能热处理强化的铝合金 4—能热处理强化的铝合金
1、铸造铝合金
一般而言，具有共晶成分的合金具有优 良的铸造性能。铸造铝合金为了保证足够的 机械性能，并不完全都是共晶成分，只是合 金元素含量较高，在8~25% 。
b
至45～46% Zn；合金进入单相β’区，σb 急剧降低。
③ 随着Zn含量增加，黄铜“自裂”倾向增大。
“自裂”：Zn>20%的黄铜，经冷变形后，在 潮湿的大气或海水中，尤其有氨存在时， 会发生自动破裂（应力腐蚀破裂）。
★防止自裂的措施：
a、低温去应力退火 260～300℃，1～2小时 b、往黄铜中加入Sn、Si、Al、Ni等元素 c、表面镀 Sn或Zn
热处理作业规程（三篇）
热处理作业规程第一章引言1.1 作业目的本规程的目的是确保热处理作业过程的安全性和质量，保证作业人员的安全以及作业结果的合格性。
1.2 适用范围本规程适用于所有进行热处理作业的场所，包括钢铁、有色金属、玻璃等行业。
第二章作业内容2.1 作业准备2.1.1 作业计划在进行热处理作业之前，应编制详细的作业计划，包括作业时间、作业人员、作业设备等。
2.1.2 作业材料准备根据作业计划，检查作业所需材料的数量和质量，确保材料符合热处理要求。
2.2 作业设备2.2.1 设备检查在进行热处理作业之前，应对设备进行检查，确保设备完好，没有任何损坏或故障。
2.2.2 设备操作按照设备操作规程进行操作，确保设备运行正常。
2.3 作业操作2.3.1 温度控制根据热处理要求，控制作业过程中的温度，确保温度在规定范围内。
2.3.2 时间控制根据热处理要求，控制作业过程中的时间，确保作业时间达到要求。
2.3.3 作业记录记录作业过程中的温度、时间等关键参数，以备后续分析和评估。
第三章安全措施3.1 个体防护作业人员应佩戴适当的个体防护装备，包括帽子、手套、防护眼镜等。
3.2 设备安全所有热处理设备都应符合国家安全标准，设备运行过程中应保持设备的安全性能。
3.3 废气排放热处理过程会产生废气，应采取措施进行排放处理，确保环境安全。
第四章质量控制4.1 作业前检查在进行热处理作业之前，应对材料进行检查，确保材料质量符合要求。
4.2 温度控制根据热处理要求，严格控制作业过程中的温度，确保温度在规定范围内。
4.3 时间控制根据热处理要求，严格控制作业过程中的时间，确保作业时间达到要求。
4.4 作业记录记录作业过程中的关键参数，并进行分析和评估，确保作业结果的质量。
第五章作业验收5.1 验收标准根据热处理要求，制定详细的验收标准，包括温度、硬度等指标。
5.2 验收程序按照验收标准进行验收，记录验收结果，并根据结果对作业进行评价。
5.3 不合格处理如果作业结果不合格，应分析原因，并采取措施进行纠正和改进。
热处理对有色金属材料性能的影响
热处理对有色金属材料性能的影响有色金属及其合金最常用的热处理方法：退火；固溶处理（淬火）；时效；变形热处理；化学热处理一.退火在金属材料的半成品或者制成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，例如塑性低、耐蚀性差、力学性能差等。
要消除或者减少这些缺陷，则需要进行退火。
退火：加热到适当温度-----保温一定时间-----缓慢速度冷却.去应力退火、再结晶退火和均匀化退火加热温度对冷塑性变形金属的性能和组织的影响1.去应力退火铸件、焊接件、切削加工件、塑性变形件的内部往往存在很大的残余应力，使合金的应力腐蚀倾向大大增加，组织及力学性能稳定性显著降低。
因此，必须进行退火。
去应力退火是把合金加热到一个较低温度（低于材料再结晶开始温度），保持一定时间，以缓慢的速度冷却的热处理工艺。
冷却速度视合金能否热处理强化而定，对可热处理强化的合金要缓慢冷却。
在去应力退火的温度范围内保温，原子活动能力增加，消除或减少某些晶格中的缺陷（例：同一滑移系中异号为错相互抵消、空位及原子扩散的相互抵消等）。
从而使晶格弹性畸变能下降，保证合金制品的尺寸稳定，应力腐蚀倾向下降，但合金强度和硬度基本不下降。
去应力退火质量的主要因素是加热温度：过高，则工件强度和硬度大幅降低；过低，则需要长时间加热才能充分消除内应力，影响生产效率。
2.再结晶退火把工件加热到再结晶温度以上，保持一定时间，然后缓慢冷却的工艺。
再结晶退火的目的：细化晶粒，充分消除内应力，降低合金的强度和硬度，提高塑性。
再结晶过程是一个形核和晶核长大（聚集再结晶）的过程。
为了获得细小的晶粒组织，必须正确控制加热温度、保温时间和冷却速度三个因素。
对同一合金而言，加热温度越高，保温时间就要越短。
否则将很快进入再结晶晶核长大阶段；加热温度越低，保温时间就要越长。
否则再结晶过程不充分，达不到再结晶退火的目的。
根据现有工业有色金属合金再结晶退火温度统计表明，最佳再结晶退火温度为：0.7-0.8Tm（Tm为合金熔点的绝对温度）。
金属热处理工艺学-有色金属的热处理-1
再结晶退火后合金的强度、硬度降低，塑性变形能力显著提高。因此在 材料冷变形加工过程中，当加工硬化使变形难以继续进行时，常对材料进行 再结晶退火，使其软化，这种便于继续变形加工的退火称为中间退火。
再结晶退火
图 加热温度对冷塑性变形金属的性能和组织的影响
均匀化退火
浇注铸件和铸锭时，由于冷速过快，会使结晶在不平衡状态下进行。常常 出现偏析、不平衡共晶体、第二相晶粒粗大以及硬脆相沿晶界分布等缺陷，使 合金的强度、硬度及抗腐蚀性严重降低。为消除此类缺陷，必须进行均匀化退 火。即将合金加热到接近熔点的温度，保持一定时间，然后缓慢冷却。 在均匀化退火过程中，温度高，原子扩散快，枝状偏析消失，沿晶界分布 的不平衡共晶体和不平衡相被溶解。在均匀化温度下是过饱和固溶体，保温过 程中将析出过剩相。有的过剩相可能被球化，从而显著提高合金的塑性以及组 织稳定性。合金化程度较高的变形合金铸锭，一般都进行均匀化退火，以提高 它们的塑性变形能力。 均匀化过程是一个原子扩散过程。因此又称为扩散退火。影响均匀化退火 质量的因素主要是加热温度和保温时间。对某些合金，冷却速度也有重要影响。
有色金属的强化途径
过剩相强化
过剩相强化在有色金属合金中应用广泛，几乎所有在退火状态使用的两相合 金都应用了过剩相强化，或者是固溶强化与过剩相强化的联合应用。
过剩相强化与沉淀强化有相似之处。 区别在于，沉淀强化时，强化相极为细小，弥散度大，在光学显微镜下观 察不到；而在过剩相强化合金时，强化相粗大，用光学显微镜低倍既能看到。
有色金属的强化途径
组织细化强化 铸造合金的组织细化可采用变质处理，即浇注前在合金溶液中加入被称为变 质剂的元素或化合物，使金属溶液的结晶过程受到影响，结晶为细密组织。 （1）加入适当难熔质点作为非自发晶核。晶核数目大量增加，结晶晶粒细小； （2）在金属熔液中加入微量、易熔表面活性物质，吸附在所形成的微小晶体表 面，把晶体与熔液隔开，阻碍晶体长大。 （3）加入微量的、对初生晶体有化学作用从而改变其结晶性能的物质，可以使 初生晶体的形状改变。
有色金属热处理
合金元素较少时，ω相为六方结构；合金元素含量增 加，逐步过渡到棱方晶系 ω相可由淬火时的β相形成，也可由淬火后亚稳β在 550℃以下的等温(回火或时效)转变而来。
慢冷却中的相变
Ti-β同晶二元系固态平衡相图示意图
t0点为纯钛的同素异构转变 温度；t0Cβ线表示β→α转变 开始温度线，即β相变点线； t0Cα线为β→α转变终止线
Cu在α相中固溶度为5.65%(548℃时)，在室 温下降至0.05%；在548℃时发生共晶转变
时效热力学
Al-Cu合金中不同沉淀产物相应 的体积自由焓与成分的关系曲线
时效过程是第二相从过饱和固溶 体中沉淀的过程，新相以形核和 长大方式完成转变
驱动力是两相自由能(焓)差。从 热力学的角度看，在过饱和的α 固溶体中直接析出平衡的θ相最 有利
Mg-Zn相图
不同Mg-Zn二元合金力学性能
wZn(%) 2
原始加工状态
A(%) 11
Rp0.2/MPa Rm/Mpa
35
180
4
9
50
180
6
5
65
180
8
4
75
170
淬火态
A(%) Rp0.2/MPa 11 35
8
40
6
55
5
75
Rm/Mpa 180 180 190 190
淬火+人工时效/176℃×16h
12~16
16 3~5 2~3 3~5 0.5 4~8 2 2 24 16
介质
空气 空气 空气 空气 空气 空气 -
空气
空气 空气 空气 空气 空气 空气 空气 空气 空气 空气
机械制造基础第八章有色金属及其合金习题解答
第八章有色金属及其合金习题解答8-1变形铝合金和铸造铝合金是怎样区分的？热处理能强化铝合金和热处理不能强化铝合金是根据什么确定的?答：1、两者依相图进行区分，会发生共晶转变的是铸造铝合金，加温后可得到单固溶体的是变形铝合金。
2、铝合金其固溶体的溶解度不随温度而变化，故不能用热处理方法强化，称为不能用热处理强化合金；铝合金其固溶体的溶解度随温度而变化，可用热处理方法强化，称为能用热处理强化合金。
8-2 试述各种变形铝合金的特性和用途。
答：列表进行阐述和比较：8-3 铸造铝合金中哪种系列应用最广泛? 用变质处理提高铸造铝合金性能的原理是什么?答：应用最广的是铝硅系铸造铝合金，其代号为ZL101。
变质处理的原理是：是在合金浇注前，向液态合金中加入占合金的质量分数为2％～3％的变质剂(2／3的氟化钠和1／3的氯化钠的混和物) 以细化共晶组织，从而显著提高合金的强度和塑性(强度提高30％～40％，伸长率提高1％～2％)的一种方法。
8-4 铝合金的强化措施有哪些? 铝合金的淬火与钢的淬火有什么不同?答：铝合金强化措施有形变强化、固溶-时效、变质处理。
铝合金的淬火是将能热处理强化的变形铝合金加热到某一温度，保温获得均匀一致的α固溶体后，在水中急冷下来，使α固溶体来不及发生脱溶反应。
这样的热处理工艺称为铝合金的固溶处理。
经过固溶处理的铝合金，在常温下其α固溶体处于不稳定的过饱和状态，具有析出第二相，过渡到稳定的非过饱和状态的趋向。
由于不稳定固溶体在析出第二相过程中会导致晶格畸变，从而使合金的强度和硬度得到显著提高，而塑性则明显下降。
这种力学性能在固溶处理后随时间而发生显著变化的现象称为“时效强化”或“时效”。
而钢淬火后则需进行回火。
8-5 什么是黄铜? 为什么黄铜中的锌含量不大于45％?答：黄铜是指铜-锌合金。
黄铜中的锌含量超过45%，将会产生脆性，使合金性能变坏，所以黄铜中的锌含量不大于45%。
8-6 什么是锡青铜？它有何性能特点? 为什么工业用锡青铜的锡含量为3％～14％?答：以锡为主加元素的铜合金为锡青铜。
金属热处理工艺学有色金属的热处理3
铜及铜合金的热处理
黄铜
良好的机械性能、耐蚀性、导电性和导热性等。与纯铜和其它铜合金相比 ，价格较低，是重有色金属中应用最广的合金材料。分为二元黄铜（普通黄铜 ）和多元黄铜（复杂黄铜、特殊黄铜）。
Cu>50%
H70 H62
图 Cu-Zn合金相图
铜及铜合金的热处理
黄铜
从铜锌合金相图可以看出黄铜有 和+’ 两种组织，分别称单相黄铜 和两相黄铜。
铜及铜合金的热处理
一、纯铜（紫铜）
（1）导电性好、导热性好。（导线、电缆、散热管、热交换器等），任何杂 质元素的加热都会降低铜的导电性和导热性；
冷变形对铜导电性能影响不大，纯铜经80%冷变形，导电率降低不到3% ，因此铜导线可在冷作硬化状态使用。冷作硬化是提高铜及铜合金强度的常用 方法。
图 杂质元素对铜导电和导热性影响
铜及铜合金的热处理
锡青铜
铜与锡的合金称为锡青铜。锡青铜的应用在我国已有两千多年历史，最主 要特点是耐蚀、耐磨、弹性好和铸件体积收缩率很小。
锡青铜的用途： （1）高强弹性材料：弹簧、 弹片、弹性元件； （2）耐磨材料：轴承套、齿 轮等； （3）艺术铸件，铜像等。
图 Cu-Sn合金相图
铜及铜合金的热处理
单相黄铜
两相黄铜
铜及铜合金的热处理
黄铜的性能
图 Zn含量对铸态Cu合金力学性能的影响
铜及铜合金的热处理
黄铜的应用
• 单相黄铜塑性好。
• H96和H85具有良好导热性和耐蚀性，一定强度和良 好塑性。大量用于冷凝器和散热器。
• H70和H68强度较高，塑性特别好，用于冷冲压或深 拉伸法制造复杂零件。枪弹壳、炮弹筒，有“弹壳黄 铜”之称。
锡青铜
《工程材料学》习题
《工程材料学》习题《工程材料学》习题第一章概论一、解释名词晶体、金属键、离子键、分子键、共价键二、填空题 1、材料科学的任务是揭示材料的之间的相互关系及变化规律。
2、材料的性能主要包括两个方面。
3、晶体物质的基本特征是。
4、固体中的结合键可分为种，它们是、、、。
三、是非题1、晶体是较复杂的聚合体。
2、结构材料是指工程上要求机械性能的材料。
3、物质的状态反映了原子或分子之间的相互作用和它们的热运动。
4、比重较大的金属是黑色金属，比重较小的金属是有色金属。
四、综合分析题1、比较离子晶体与分子晶体的结构特征及性能特点。
2、比较金属材料、陶瓷材料、高分子材料和复合材料在结合键上的差别。
第二章金属的结构一、名词解释固溶强化弥散强化相金属化合物固溶体二、是非题1、金属化合物相与固溶体相的本质区别在于前者的硬度高、脆性大。
2、于溶质原子对位错运动具有阻碍作用，因此造成固溶体合金的强度、硬度提高。
3、固溶体的强度、硬度一定比溶剂金属的强度、硬度高。
三、选择题1、固溶体合金在结晶时a)不发生共晶转变b)要发生共晶转变c)必然有二次相析出 d)多数要发生共析转变 2、二元合金中，铸造性能最好的合金是：a)固溶体合金b)共晶合金c)共析合金d)包晶成分合金 3、同素异构转变伴随着体积的变化，其主要原因是： a)晶粒尺寸发生变化b)过冷度发生变化c)致密度发生变化d)晶粒长大速度发生变化 4、二元合金中，压力加工性能最好的合金是a)固溶体合金b)共晶合金c)共析合金d)包晶成分合金四、填空题1、强化金属材料的基本方法：、和。
合金的两大基本相是和，其本质区别是。
第三章金属的结晶一、解释名词疲劳强度、组织、过冷度、晶格、变质处理、晶体结构、晶体二、是非题1、金属结晶的必要条件是快冷。
2、细晶粒金属的强度高但塑性差。
3、凡是液体凝固成固体的过程都是结晶过程。
4、金属的晶界是面缺陷。
晶粒越细，晶界越多，金属的性能越差。
5、纯金属的实际结晶温度与其冷却速度有关。
第08章 合金的时效
回
•
归
自然时效后的铝合金, 在230～250℃短时间 (几秒至几分钟)加热后, 快速水冷至室常的 自然时效。这种现象称为回归。一切能时效硬化 的合金都有回归现象。自然时效后的铝合金在反 复回归处理和再时效时强度有所降低。时效后的 铝合金可在回归处理后的软化状态进行各种冷变 形。利用这种现象，可随时进行飞机的铆接和修 理等。
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4、连续析出与不连续析出的区别 （1）基体浓度变化，连续与不连续； （2）析出过程有无再结晶； （3）析出物分散于晶粒内，较均匀。析出 物集中在晶界逐步向晶内发展； • （4）扩散性质，长程扩散，短程扩散； • （5）析出物组织形态不同。
• 5、析出物的粗化和球化 • 为了在体积不变的情况下减少界面面积，从 而减小界面能，析出物（包括G.P.区、过渡相以 至平衡相）都会逐渐发生粗化和球化。其中尤其 以平衡相的粗化和球化对合金性能的影响最大， 一旦平衡相发生粗化和球化，合金的强度就会显 著降低。
θ ’相的具体成分为Cu2Al3.6，很接近平衡相θ （CuAl2）。
2）平衡相 ：
θ 也是正方点阵：a＝b＝0.606nm，c＝0.487nm，一般
与基体不共格，但亦存在一定的结晶学位向关系，其界面 能高，形核功也高。为减小形核功，往往在晶界处形核， 所以平衡相形核是不均匀的。 课堂提问：实验研究指出，不少合金时效时，往往先析出 亚稳定的过渡相，而不直接析出平衡相这是为什么？ 提示：从能量与相的稳定性方面考虑。
3、时效硬度变化的决定因素
• 4%Cu的Al-Cu合金，加热到550℃并保温一段时 间后, 在水中快冷时, θ 相(CuAl2)来不及析出, 合 金获得过饱和的 α 固溶体组织, 其强度为σ b＝ 250MPa。 • 若在室温下放置, 随着时间的延续, 强度将逐渐提 高, 经4～5天后, σ b可达400MPa。
金属材料及其热处理
㈡ 热处理工艺
工艺
目的
加热温度
组织
退火
1.调整硬度,便于切削加工。 2.细化晶粒,为最终热处理作组织准备。
亚共析钢Ac3+30~50℃ 共析钢 Ac1+30~50℃ 过共析钢Ac1+30~50℃
F+P P P球
正火
1.低中碳钢同退火。 2.过工析钢：消除网状二次渗碳体。 3.普通件最终热处理
三、组织
㈠ 纯金属的组织 1、结晶：金属由液态转变为晶体的过程 ⑴ 结晶的条件——过冷：在理论结晶温度以下发生结晶的现象。 过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度的差。 ⑵ 结晶的基本过程——晶核形成与晶核长大 形核——自发形核与非自发形核 长大——均匀长大与树枝状长大
⑶ 结晶晶粒度控制方法：①增加过冷度；②变质处理；③机械振动、搅拌 2、纯金属中的固态转变 同素异构转变：物质在固态下晶体结构随温度而发生变化的现象。 固态转变的特点：①形核部位特殊；②过冷倾向大;③伴随着体积变化。
2、冷却时的转变
⑴ 等温转变曲线及产物
650℃
600℃
550℃
350℃
A1
MS
Mf
时间
P
S
T
B上
B下
M
M+A’
A→P
A→S
A→T
A→B上
A→B下
金属热处理习题及答案
第一章金属的晶体结构与结晶1．解释下列名词点缺陷，线缺陷，面缺陷，亚晶粒，亚晶界，刃型位错，单晶体，多晶体，过冷度，自发形核，非自发形核，变质处理，变质剂。
2.常见的金属晶体结构有哪几种？α-Fe 、γ- Fe 、Al 、Cu 、Ni 、Pb 、Cr 、V 、Mg、Zn 各属何种晶体结构？3.配位数和致密度可以用来说明哪些问题？4.晶面指数和晶向指数有什么不同？5.实际晶体中的点缺陷，线缺陷和面缺陷对金属性能有何影响？6.为何单晶体具有各向异性，而多晶体在一般情况下不显示出各向异性？7.过冷度与冷却速度有何关系？它对金属结晶过程有何影响？对铸件晶粒大小有何影响？8.金属结晶的基本规律是什么？晶核的形成率和成长率受到哪些因素的影响？9.在铸造生产中，采用哪些措施控制晶粒大小？在生产中如何应用变质处理？第二章金属的塑性变形与再结晶1．解释下列名词：加工硬化、回复、再结晶、热加工、冷加工。
2．产生加工硬化的原因是什么？加工硬化在金属加工中有什么利弊？3．划分冷加工和热加工的主要条件是什么？4．与冷加工比较，热加工给金属件带来的益处有哪些？5．为什么细晶粒钢强度高，塑性，韧性也好？6．金属经冷塑性变形后，组织和性能发生什么变化？7．分析加工硬化对金属材料的强化作用？8．已知金属钨、铁、铅、锡的熔点分别为3380℃、1538℃、327℃、232℃，试计算这些金属的最低再结晶温度，并分析钨和铁在1100℃下的加工、铅和锡在室温（20℃）下的加工各为何种加工？9．在制造齿轮时，有时采用喷丸法（即将金属丸喷射到零件表面上）使齿面得以强化。
试分析强化原因。
第三章合金的结构与二元状态图1．解释下列名词：合金，组元，相，相图；固溶体，金属间化合物，机械混合物；枝晶偏析，比重偏析；固溶强化，弥散强化。
2．指出下列名词的主要区别：1）置换固溶体与间隙固溶体；2）相组成物与组织组成物；3．下列元素在α-Fe 中形成哪几种固溶体?Si、C、N、Cr、Mn4．试述固溶强化、加工强化和弥散强化的强化原理,并说明三者的区别.5．固溶体和金属间化合物在结构和性能上有什么主要差别？6. 何谓共晶反应、包晶反应和共析反应?试比较这三种反应的异同点.7．二元合金相图表达了合金的哪些关系？8．在二元合金相图中应用杠杆定律可以计算什么？9. 已知A（熔点600℃）与B(500℃) 在液态无限互溶；在固态300℃时A溶于B 的最大溶解度为30% ，室温时为10%，但B不溶于A；在300℃时，含40% B 的液态合金发生共晶反应。
第八章 有色金属及其合金
8.2.2
黄铜
• 以Zn为主要合金元素的铜合金称为“黄 铜”. • 黄铜按化学成分可分为普通黄铜和特殊黄 铜；按加工方法可分为加工黄铜和铸造黄 铜。 • 常用黄铜的牌号、化学成分、力学性能及 用途列于表8－4。
8.2.2
黄铜
8.2.2
黄铜
• 1.普通黄铜 • 铜与锌的二元合金称为“普通黄铜”。 • 加工普通黄铜的牌号 为H＋表示铜平均百 分含量的数字，如H68。 • 铜锌合金相图如图8－4所示。
8.2.1
铜及铜合金的性能特点
• 铜合金是在纯铜中加入合金元素制成的， 常用合金元素为Zn、Sn、Al、Mn、Ni、 Fe、Be、Ti、Zr、Cr等。 • 由于合金元素的固溶强化及第二相强化作 用，使得铜合金既提高了强度，又保证了 纯铜的特性。因而在机械工业中得到了广 泛的应用。 • 根据化学成分，铜合金分为黄铜、青铜、 白铜三大类。
8.1.3
铝合合金，其热处 理方法为固溶处理加时效。 • 固溶处理是指:降变形铝合金加热到固溶温 度（DF线）以上，保温，然后快冷，获得 过饱和的单相α固溶体组织的处理方法。 • 时效是指:将过饱和固溶体在固溶线以下保 温，以析出弥散强化相的热处理方法。 • 室温下进行的称为“自然时效”，加热状 态下进行的称为“人工时效”。
8.1.4
铝合金的牌号、性能及用途
• 硬铝合金的强度高、硬度高加工性能良好， 但耐蚀性能低于防锈铝合金。 • 常用的硬铝合金如2A11（LY11）、2A12 （LY12）等用于制造冲压件、模锻件和铆 接件，如螺旋桨、铆钉等。
8.1.4
铝合金的牌号、性能及用途
• ③超硬铝合金 属Al－Zn－Mg－Cu系合 金,并含有少量的Cr和Mn。 • 其强化相除CuAl2 (θ相)和CuMgAl2(S相) 外还有MgZn2(η相)和MgAl2(T相)等。 • 时效强化效果超过硬铝合金，是时效后强 度最高的一种铝合金。
金属材料课程标准(预备技师、高技)
金属材料与热处理课程标准一、课程名称：《金属材料与热处理》二、课程管理系、部及教研室：机械工程系，金材、刀具、数控加工基础、冲压、液压模具教研组三、教材版本：中国劳动社会保障出版社第一版四、大纲说明：１、适用专业：机械制造（机加、模具、数控）专业；使用范围：高技类第一学年学生；修业年限：1学年２、总学时：54学时；课程性质：专业基础课考试方式：闭卷考试成绩评定：百分制执笔：审核：审批：《金属材料与热处理》教学大纲（高技）一、课程说明1、课程的性质和内容本课程是我校二产业“宽基础、活模块”专业基础课。
主要内容包括：金属的结构与结晶、金属材料的性能、铁碳合金、钢的热处理、合金钢、铸铁、有色金属及硬质合金等。
2、本课程的任务本课程的任务是对学生进行金属材料的基础性教育，为模块课程学习及实际工作提供必要的金属材料知识，让学生能够正确的认识和使用金属材料，合理地确定不同金属材料的加工方法，充分发挥材料的潜力，熟悉金属材料的牌号，了解它们的性能和变化规律。
3、本课程的基本要求使学生熟悉并掌握有关金属材料的基本知识，了解常用金属材料及其力学性能；熟悉常用金属材料的牌号、成分、组织、热处理和性能，了解它们之间的相互关系和变化规律。
4、注意事项本课程涉及面广，实践性强，课时有限，教学过程中尽可能运用直观教学手段和观察实践，切实坚持理论联系实际的原则，注重认识和使用，尽量使复杂的知识简单化，介绍原理，强调并突出使用，使学生在基础知识的积累和观察实践的体验上能建立知识体系，能熟练的认识和使用所学的知识，锻炼分析问题和解决问题的能力。
由于课程涉及知识面广，要根据教学对象专业的不同，适当增补（删减）内容，充分利用教具、实物、图片和多媒体课件等教学手段，避免抽象地作理论推导和把简单的问题复杂化。
有条件的情况下还可以组织参观或者播放教学录像（光碟）等。
只要弄清楚重要的概念和基本理论，按照材料的成分和热处理决定其组织，组织决定其性能，性能又决定其用途这一内在关系进行学习和记忆；注意理论联系实际，认真完成作业和实验等教学环节，是完全可以学好这门课程的。
有色金属及其热处理
有色金属及其热处理有色金属是指除了铁和钢之外的所有金属材料，包括铜、铝、镁、锌、铅、锡等。
这些金属在工业生产中具有广泛的应用，例如电力、建筑、交通运输、电子设备等领域。
然而，有色金属的性能往往需要通过热处理来进行改善和优化。
热处理是通过控制金属材料的加热和冷却过程，改变其晶体结构和性能的一种工艺。
有色金属的热处理可以分为固溶处理、时效硬化和变形处理三个主要类型。
固溶处理是在特定温度下，将固溶体中溶解度较高的元素溶解进固溶体中，然后通过快速冷却使之保持在超饱和状态。
这在有色金属中被广泛应用于改善合金的强度和硬度，同时保持良好的塑性。
以铝合金为例，通过固溶处理可以提高其抗拉强度和抗疲劳性能，同时保持良好的可塑性和韧性。
时效硬化是在固溶处理后，将合金在适当温度下进行长时间的自然或人工时效。
在这个过程中，固溶体内的溶质元素会重新排列，并形成细小而均匀的析出相。
这些析出相对于晶体的位错和界面起到了钉扎和阻碍的作用，提高了合金的抗拉强度和硬度。
铜合金是常见的应用时效硬化的有色金属，其时效硬化后的材料在航空航天、汽车和船舶等领域中得到广泛应用。
变形处理是通过机械或热变形，将有色金属的晶粒进行细化和调整，从而改善其性能。
这种处理方式可以提高材料的强度和韧性，并且常用于铜、铝等金属的加工过程中。
例如，在铜管制作中，通过多次冷轧和退火，可以使其晶粒逐渐变细，提高其导热性能和机械强度。
总之，有色金属及其热处理是现代工业生产中不可或缺的重要部分。
通过合理的热处理工艺，可以改善有色金属的性能，使其更好地满足各个领域的需求。
在实际应用中，需要根据具体的金属材料和产品要求，选择适当的热处理工艺和参数，以获得理想的材料性能。
金属材料与热处理校本教材(上交材料)
目录绪论一、金属材料与热处理的发展史三、本课程的主要内容及学习目的二、金属材料与热处理在现代科学技术中的作用和地位第一章金属的性能第一节金属及金属材料的分类第二节金属的力学性能第三节金属的工艺性能第二章金属的晶体结构与结晶第一节金属的晶体结构第二节金属的结晶第三节金属的同素异构转变第三章铁碳合金第一节铁碳合金的基本组织第二节铁碳合金相图及其应用第四章碳素钢第一节杂质元素对碳素钢性能的影响第二节碳素钢的分类第三节碳素钢的牌号、性能及用途第五章钢的热处理第一节钢在加热时的组织转变第二节钢在冷却时的组织转变第三节钢的退火与正火第四节钢的淬火第五节钢的回火第六章合金钢第一节合金元素对钢的影响第二节合金钢的分类和牌号第三节合金结构钢第四节合金工具钢第五节特殊性能钢第七章铸铁第一节铸铁的基础知识第二节灰铸铁第三节可锻铸铁第四节球墨铸铁第八章有色金属及其合金第一节铝及铝合金第二节铜及铜合金第三节钛及钛合金金属材料与热处理绪论1.金属材料与热处理的发展史人类社会发展的历史证明，材料是人类生存、发展以及改造自然的物质基础，材料是人类文明大厦的基石。
纵观人类利用材料的历史，在遥远的古代，我们的祖先是以石器为主要工具;公元前4300年，人类就能够使用自然的金、铜，并有一些锻打、热加工等形式的工艺。
人类最早使用的铁是陨铁，是从篝火中发现的。
铁的熔炼大约在公元前2800年，最早生产钢的年代难以确定，最初的钢是由熟铁渗碳得到的。
人类使用铁器的时间在世界各地有所不同，我国在公元前6世纪已经出现了生铁制品。
金属材料的使用，在人类社会发展史中具有划时代的意义。
2.金属材料与热处理在现代科学技术中的作用和地位当今国际社会公认，材料、能源和信息技术是现代文明的三大支柱。
从现代科学技术发展史中可以看到，每一项重大的技术发明往往都有赖于新材料的发展。
在人类使用的众多材料中，金属材料以其所特有的各种优异性能，被广泛地应用于生活和生产中，是现代工业和科学技术领域不可缺少的重要材料。
第八章 有色金属热处理
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
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（Solution treatment） 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。
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
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495505℃.
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。
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。
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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。
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。
二、时效处理
定义 目的 与回火区别
§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
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。
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。
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
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495505℃.
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。
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′ 3、时效过程中性能变化 沉淀硬化 4、时效方式
→α+ θ
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。
§8.2 铜及铜合金的热处理
1、铜
ห้องสมุดไป่ตู้
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
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
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：
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。
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
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（Solution treatment） 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。
第八章
非铁金属的热处理
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