铜及加工铜合金的热处理

一、铜和加工铜合金的热处理

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(一)铜和加工铜合金的退火

1. 再结晶退火

加工硬化可以提高铜和铜合金的强度和硬度，但也降低了材料的塑性和韧性。

冷加工(冷轧、冷冲或冷拔)后的型材(线材、棒材、板材)再作进一步冷变形时将

成为困难。所以，材料冷轧或冷拔的过程中，一道与一道之间须进行再结晶退火，恢复其塑性，以便于冷加工，此类再结晶退火为中间(再结晶)退火。

为了改善材料的组织，且使材料均匀化，以满足使用条件的要求，成品最终要进行一次再结晶退火，即为最终再结晶退火。

通常中间退火时，采取快速升温，装炉量大，温度取上限.从而提高再结晶温度，细化晶粒，缩短加热时间，减少氧化，提高生产率;最终退火，缓慢升温，控

制装炉量，温度取下限，特别是薄壁零件，以保证产品性能均匀。温度控制在±5℃

之内，退火保温时黄铜为1.5～3h，锡青铜、铝青铜、铍青铜为1～3h。纯铜的

再结晶退火工艺见表9.2-1，加工铜合金再结晶退火工艺见表9.2-2，对于能热处

理强化的铜合金，中间退火后必须缓冷，其他铜合金冷却速度对性能影响不大。

中间退火的温度与预先的冷变形程度、金属的成分、加热速度、原始晶粒尺寸等

有关。加热温度且在再结晶温度以上，温度太低再结晶不完全，但太高又会使晶

粒粗大，使下一道冷加工时，材料表面出现“桔皮”状，这是十分有害的，尤其

在单相材料中。在成形加工量小时，宜采用晶粒细小的坯料，当成形加工量大时，宜采用晶粒粗大的坯料。铜合金再结晶后的力学性能不仅与其成分有关，还与退

火温度及退火前的冷加工量有关，表9.2-3显示了黄铜带材的制造过程与力学性能

的关系。

2. 去应力退火

其作用是去除铸件、焊接件及冷成形件的内应力，以防止零件变形与开裂，也能提高抗蚀性(因零件存在拉应力时，在腐蚀介质中，极易产生应力腐蚀)。去

应力退火也能提高冷成形黄铜、锌白铜、磷青铜的弹性和强度。一般合金去应力

退火保温时间为1～3 h，铍青铜为15～20 min，去应力退火温度见表9.2-2。

3. 一般铜合金弹性材料的强化和热处理

有些铜合金通过冷塑性变形加低温退火来提高其弹性极限，制作弹性元件。

冷塑性变形度愈大，低温退火后的弹性极限提高愈多。一般铜合金弹性材料获得

最好的弹性极限及其应力松弛的低温退火规范见表9.2-4。

表9.2-1 纯铜再结晶的退火温度及保温时间

1.加工硬化

有些铜合金无法通过热处理进行强化，如黄铜、锡青铜、含铝量小于9%的铝青铜、锰青铜、铬青铜、白铜及锰白铜等，它们只能加工硬化。

2. 淬火加回火强化铜合金

有一类铜合金通过淬火与回火得到强化，原理与钢的强化相似，其典型合金是含铝量大于9%的铝青铜，此合金高温加热出现β相，淬火后β相转变成亚稳组织β′马氏体，将其加热回火时会分解成细小的(α+γ2)共析组织，使强度、硬度又有升高，铝青铜的淬火回火工艺见表9.2-5。

3. 固溶加时效强化铜合金

有一类铜合金通过固溶与时效得到强化，原理与铝合金的强化相似，其典型合金是铍青铜。铍在铜中的最大溶解度为2.7%，随温度下降而显著减少，且又有明显的沉淀硬化效果，能获得良好的综合机械性能，如强度、硬度、塑性、导电性、弹性极限、弹性模量，并减少合金的弹性滞后。时效前也可冷变形，时效后且能获得更高的强度和硬度。

铍青铜的固溶时效工艺见表9.2-6，对一般棒材、条材和截面厚度较大的零件，加热保温时间按每25.4mm/h计算，对于薄件加热保温时间见表9.2-7;严格控制固溶温度，既要保证合金元素的溶解，又不能使晶粒急剧长大，铍青铜固溶处理后晶粒尺寸要求见表9.2-8;固溶加热后，应立即淬入低于25℃的水中，转移时间不得超过3～5 s。

铍青铜的时效分高温时效与低温时效，低温时效易于控制，并能获得最大的强度和硬度;但高温时效能更好地去除内应力，获得更高的疲劳强度、抗零点飘移和抗松弛能力。不论高、低温时效，含铍量较多、经过冷加工的材料时效的温度和时间均取下限，反之取上限。

固溶加热应在真空炉或保护气氛炉中，而决不能在盐浴炉中进行，以免发生晶界腐蚀与脱铍。

铍青铜型材一般以固溶状态(软态)供货，可直接冷作成形，然后作时效处理。时效过程中随着强化相的析出，以及应力的释放，零件将发生变形，因此须将零件固定在夹具中作时效处理。夹具的重量要尽量轻，用力要适当。在零件形状允许的情况下，夹具可将零件重叠装夹(图9.2-1)。时效处理可叠加进行，因此可把时效分成两次进行，第一次不上夹具，第二次用夹具，且在第一次时效后快速冷却。

硅青铜、铬青铜、锆青铜、铝白铜同样有固溶强化能力，工艺见表9.2-9。

表9.2-5 铝青铜的淬火与回火工艺

(a)

(b)

图9.2-1 为保证零件尺寸精度，应用夹具处理零件示意图

(a)重叠(b)不重叠

表9.2-9 硅青铜、铬青铜、锆青铜、铝白铜固溶时效处理工艺

因成分不同，加热时的保护气氛的成分也不同。紫铜采用中性或微还原性气氛，也可在微氧化性气氛中加热(表9.2-10中的1、7)，均要限制硫、氧、氢的含量;黄铜采用还原性的气氛(表9.2-10中的2、3、4、5);高锌黄铜(含锌量大于30%) 为了防止脱锌和变色要限制CO2及H2O的含量;硅青铜、铝青铜的气氛必须纯净干燥，采用表中的气氛2、4、5;铍青铜淬火时一般采用表中气氛5;白铜采用表中气氛1、3、4、5。

表9.2-10 铜与铜合金热处理保护气氛的类型和成分