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 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α 两种组织，分别称单相黄铜 从铜锌合金相图可以看出黄铜有α 和α+β’ 两种组织，分别称单相黄铜 和两相黄铜。 和两相黄铜。
单相黄铜
两相黄铜
铜及铜合金的热处理
黄铜的性能
含量对铸态Cu合金力学性能的影响 图 Zn含量对铸态 合金力学性能的影响 含量对铸态
铜及铜合金的热处理
黄铜的应用
• 单相黄铜塑性好。 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。
பைடு நூலகம்
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 合金相图
铜及铜合金的热处理
钛及钛合金的热处理
钛合金中的不平衡相变： 钛合金中的不平衡相变：
马氏体型相变： 马氏体型相变：钛合金自高温（β相区）快速冷却，根据成分不同，β相可转变 为马氏体α′（α″）、ωq或过冷βr亚稳相。 β稳定元素含量不高时， β相由体心立方结构转变为密排六方结构，这种过饱和 固溶体称为六方马氏体α′。 β稳定元素含量较高时，转变阻力大，不能直接变成六方马氏体，只能转变成斜 方马氏体α″。 β稳定元素含量更高时，马氏体转变开始点Ms下降到室温以下， β相被固定到室 温，这种β相称为“残余β相”或“亚稳β相”，用βr表示。 β稳定元素含量高时，还可形成淬火ωq相，属六方晶系，与β相共生并共格。该 相硬而脆，在淬火和回火中都应该避免它的形成。
铜及铜合金的热处理
铍青铜
含铍的铜合金为铍青铜，铍含量一般为1.5%-2.5%。铍青铜有很强的沉淀 强化相应，经过淬火时效，得到强度约1400MPa，并具良好的导热、导电性， 耐蚀和耐磨性。 铍青铜可用于制造高 级弹性元件和特殊耐磨元 件，还用于电器转向开关 （无磁、冲击无火花）、 点接触器等。
图 Cu-Be合金相图 合金相图
钛及钛合金的热处理
钛合金中的合金元素
按合金元素对同素异构转变温度的影响和在α相或β相中的固溶度，合金元素可分 为三大类： α稳定元素：它们能提高α↔β相转变温度，可较多地固溶于α相，扩大α相区； β稳定元素：它们能降低α↔β相转变温度，可较多地固溶于β相，扩大β相区； 中性元素：对相转变温度影响不大，并能在α相和β相中大量溶解或完全互溶； 分类 α稳定元素 中性元素 β稳定元素 置换式 间隙式 置换式 置换式 同晶型 共析型 间隙式 活性共析型 非活性共析型 元素名称 O、C、N、B Al、Ga Zr、Sn Mo、V、Nb Cu、Ni、Si Cr、Mn、Fe H (Si)
铜及铜合金的热处理
铍青铜的热处理
（1）淬火：含铍量超过1.7%，最佳淬火温度780-790°C，保温时间8-15min。 （2）时效：时效温度0.5-0.6Tm。含铍量高于1.7%的合金，最佳时效温度为 300-330°C，保温1-3小时；含铍量低于0.5%的合金，熔点升高，则最佳时效 温度为450-480°C。 过饱和固溶体→G.P.区→γ′→γ （3）退火：铍青铜退火最好在β共析转变温度以下进行，一般为550-570°C， 保温2-3小时。退火温度过高，超过共析转变温度，会导致β相聚集粗化，低 于550°C则不能有效软化合金。去应力退火一般在150-200°C保温15-20min。
冷凝器管
• 两相黄铜热塑性好, 强度高. 两相黄铜热塑性好, 强度高.
• • H62有很高强度，热态下塑性好，以板材、棒材、管 材、线材等供工业大量使用，有“商业黄铜”之称。 H59强度高，含Zn量高，价格便宜。极好地承受热压 力加工，有一般耐蚀性，多以棒材和型材用于机械制 造业。
汽车机油泵衬套
铜及铜合金的热处理
铜及铜合金的热处理
铝青铜
锡价格昂贵，所以用其它合金元素代替锡。铝青铜就是其中之一。铝青铜具 有良好的力学性能、耐蚀性和抗磨性。
图 Cu-Al合金相图 合金相图
铜及铜合金的热处理
铝青铜
含铝量为5%-8%的铝青铜（QAl5和 QAl7）为α单相合金，塑性良好，可 进行冷热加工； 含铝量为9%-10%的合金（QAl10）在 高温具有α+β组织，能承受热压力 加工。565°C以下共析分解后，合金 塑性下降，不能进行冷变形。
铜及铜合金的热处理
白铜
铜与镍形成无限固溶体，普通白铜组织为单相固溶体。突出优点是高力学 性能和在各种腐蚀介质中有极高的化学稳定性，在海船、医疗器械和化工部门 广泛应用。铁白铜、铝白铜、锌白铜和电工白铜。
Ni<30% B10 B20 B30 BZn15-20
图 Cu-Ni合金相图 合金相图
钛及钛合金的热处理
图 Al含量对铝青铜力学性能的影响 含量对铝青铜力学性能的影响
铜及铜合金的热处理
铝青铜的热处理
当铝合金含量小于7.4%时，在所有温度下，均为单相α固溶体，塑性好、 易于加工。压力加工时，一般进行中间再结晶退火和去应力退火。 含铝量为9.4%-15.6%的铝青铜，可进行热处理强化。当温度达到β相区时， 快速冷却发生β→β′相变，形成β′马氏体。
黄铜的热处理制度
• 黄铜的主要热处理方式：退火（再结晶退火、去应力退火）。 黄铜的主要热处理方式：退火（再结晶退火、去应力退火）。
• 再结晶退火： 再结晶退火：加工工序之间的中间退火，产品最终退火。目的是消除加工硬化， 恢复塑性及获得细晶组织。再结晶温度随合金成分不同，多在300-400°C。再结 晶退火温度多在600-700°C。 • 去应力退火：含锌量较高的黄铜，应力腐蚀破裂倾向很严重，其冷变形产品必须 去应力退火： 进行去应力退火，清除变形中产生的残余应力，防止自裂。一般230-300°C。
钛及钛合金的热处理
钛合金中的不平衡相变： 钛合金中的不平衡相变：
退火（时效）转变： 退火（时效）转变：钛合金淬火形成的α′、α″、ωq和βr相都不稳定，在随 后的加热过程中都要发生分解。 马氏体分解：马氏体在300-400°C开始发生分解。在400-500°C时效可以获得高 度弥散的α+β相混合物，使合金弥散强化 。 亚稳相βr分解： βr→α+β1（平衡β相）。 ωq相的分解：ωq相是β稳定元素在α相中的过饱和固溶体，分解为α+β相。
钛及钛合金的热处理
纯钛
广泛用于飞机制造业、宇航工业、舰船工业、冶金、化学工业等。 密度：4.5g/cm3，所有金属材料中几乎最高的比强度； 良好的耐热和耐蚀性； 密排六方晶体结构，但具有良好的塑性； 熔点：1668°C 钛具有同素异构转变，转变温度为882.5°C。此温度以下为α钛，米排六 方结构；此温度以上直到熔点是β钛，体心立方结构。
• 退火硬化现象. 退火硬化现象.
• α黄铜冷变形后于再结晶温度以下退火，其硬度不但不降低，反而有所升高。例 如H70，冷变形50%后在235°C退火1小时，抗拉强度升高30MPa，延伸率降低2%。 试验证明，含Zn大于10%的黄铜、含Al大于4%的青铜、含Mn大于5%的青铜和含Ni大 于30%的白铜都有这种退火异常硬化现象，也称变形时效。
锡青铜
在α相区，Sn含量增加，强度及塑性均增大，约10%Sn附近的塑性最好， 在21%-23%Sn附近的抗拉强度最大。δ相(Cu31Sn8)脆而硬，随该相增多，强度 急剧下降。
Sn：3~14% ：
图 Sn含量对锡青铜力学性能的影响 含量对锡青铜力学性能的影响
铜及铜合金的热处理
锡青铜的热处理
铜锡合金中的原子扩散速度进行很慢，共析转变只有在长时间保温才能进 行。另外，一般生产条件下，冷却速度快，合金中不出现α+ε组织。从工程 角度出发，锡青铜的锡含量一般都小于10%，得到的是单相α组织，故锡青铜 不能热处理强化。 根据锡青铜的使用目的和加工方法，常用热处理是均匀化退火、再结晶退 火和去应力退火。 消除枝晶偏析的均匀化退火，通常处理温度为625-725°C，1-6小时； 锡青铜在冷变形工序之间，中间再结晶退火消除形变硬化，例如QSn6.50.4的再结晶退火温度为600°C； 用作弹性元件的锡青铜QSn4-3等不能进行再结晶退火，只进行去应力退火， 退火温度为250-300°C。
钛及钛合金的热处理
钛合金的分类： 钛合金的分类：
α钛合金(TA)：主要含Al、Zr和Sn，在合金中有固溶强化作用。多呈单相α固溶体， 不能热处理强化。Al含量超过6%可产生Ti3Al相，提高强度，但塑性急剧下降。在α相 区加热退火，可得到等轴α细晶粒，具有较好的综合性能。在β相区加热退火，晶粒急 剧长大，空冷形成片状α组织，称为魏氏组织。在β相区加热淬火，形成片状马氏体， 但它没有强化效果； α+β钛合金(TC)：在钛合金中同时加入α 稳定元素和β稳定元素则形成α+β钛合 金，可使α相和β相同时得到强化。α稳定元素主要是铝，其次是锡和锆；β稳定元 素主要有钒、钼、铬、锰和硅等。β稳定元素加入量为4-6%，可获得足够的β相，以 改善合金的塑性和热处理强化能力； β钛合金(TB)：在钛合金中含有多量β稳定元素如钼、铬、钒、锰、镍等。 Β钛 合金由高温空冷或水冷后得到单一β相组织，通过时效可提高合金强度；
T1---99.95%Cu；T2---99.90%Cu；T3---99.70%Cu；T4---99.5%Cu 含Bi、Pb、Sb、S、P、O等杂质。 无氧铜：TU1,TU2。含氧量低于0.01%。具有更高导电性、导热性、耐蚀性、 可焊性和塑性。
铜及铜合金的热处理
二、铜合金的分类及编号
按照化学成分，铜合金可分为黄铜、青铜及白铜三大类。 黄铜、青铜及白铜 黄铜 （1）黄铜：以Zn为主要合金元素，以H表示，H后面的数字表示含铜量。若还 有另一种合金元素，则H后面添加上所加元素的化学符号，并在表示含铜量的 数字后面划一短横线，写上它的百分含量；例：H68，HPb59-1。 （2）白铜：以Ni为主要合金元素，以B表示。例：BAl6-1.5。 （3）青铜：除Zn和Ni以外的元素为主要合金元素，以Q表示。例：QSn7。
图 杂质元素对铜导电和导热性影响
铜及铜合金的热处理
纯铜（紫铜） 一、纯铜（紫铜）
（2）化学稳定性高，耐蚀性好。铜的标准电极电位比氢高，在许多介质中的 化学稳定性都很好。（电线、冷热水配水设备、热水泵及废热锅炉）； （3）无磁性，磁化系数极低，用来制造不允许受磁性干扰的磁学仪器（罗盘、 航空仪器、炮兵瞄准环等）； （4）塑性变形能力高。面心立方晶格。但中温区塑性剧烈降低，应避免在此 区间进行压力加工。热压加工一般在800-900°C进行。中温脆性区一般认为 是Pb等低熔点杂质引起的。
图 铜的力学性能与温度的关系 （99.5%Cu，0.005%Pb， ， ， 600°C退火 小时） 退火1小时 ° 退火 小时）
铜及铜合金的热处理
纯铜（紫铜） 一、纯铜（紫铜）
工业纯铜的热处理
一般只进行再结晶退火，目的是消除内应力、使金属软化或改变晶粒度。 退火温度一般为500-700°C。
工业纯铜的牌号
铜及铜合金的热处理
纯铜（紫铜） 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。
有色金属的热处理
铜及铜合金的热处理 钛及钛合金的热处理
铜及铜合金的热处理
一、纯铜（紫铜） 纯铜（紫铜）
铜是人类历史上应用最早的金属。现主要用作导电、导热并有耐 蚀性的器材。导电元件、弹性元件、管道和耐磨零件（轴承、衬套、 小齿轮等）。
密度：8.94g/cm3； 导电性和导热性仅次于金和银； 面心立方晶体结构，在极低温度下仍然保持良好塑性； 熔点：1084°C