12.5 有色金属及合金的热处理

有色金属及合金的热处理第十二章热处理工艺设计热处理原理与工艺热处理工艺设计◆结构钢的热处理◆工具钢的热处理◆特殊性能用钢的热处理◆铸铁的热处理◆有色金属及合金的热处理◆钢的热处理实例集有色金属及合金的热处理有色金属及合金是指钢铁材料以外的各种金属材料，又称非铁材料。

它们具有许多特殊的性能，如比强度高、导电性好、耐蚀性及耐热性高等，因此在机电、仪表，特别是在航空、航天及航海等工业中具有重要的作用。

固溶时效处理是有色金属材料的重要热处理强化手段。有色金属及合金的热处理一、铝及铝合金的热处理铝是地壳中蕴藏量最多的金属元素，密度低，具有优良的导电、导热性，在大气中具有优良的耐蚀性，主要用于制作导线，配制铝合金，以及制作要求质轻、导热或耐大气腐蚀但抗拉强度要求不高的器具。

通过向铝中加入适量元素形成铝合金，不仅能保持纯铝的基本性能，还能提高强度，乃至获得良好的综合性能，是重要的航空结构材料。铝合金分类示意图（1）退火

去应力退火、再结晶退火、均匀化退火（2）淬火（固溶处理）+时效（自然时效、人工时效）有色金属及合金的热处理一、铝及铝合金的热处理含4%Cu的Al-Cu合金，加热到550℃保温后，水中快冷，获得过饱和的α固溶体，σb=310MPa。在室温放置，经4天~5天后，σb可达430MPa。时效规律:

►时效温度高，时效速度越快，但强化效果小。►低温抑制时效的进行。有色金属及合金的热处理一、铝及铝合金的热处理有色金属及合金的热处理一、铝及铝合金的热处理回归现象：

时效后的铝合金在230~250℃短时间（几秒至几分钟）加热后，快速水冷至室温时，可以重新变软，如再在室温下放置，则又能发生正常的自然时效。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。回归现象在实际生产中意义:

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。

例如：利用这种现象可随时进行飞机的铆接和修理等。有色金属及合金的热处理一、铝及铝合金的热处理纯钛是灰白色金属，密度为4.507g/cm3，熔点高达1688℃，在882.5℃发生同素异构转变α-Ti↔β-Ti，α-Ti具有密排六方结构，β-Ti具有体心立方结构。

纯钛的比强度高，耐腐蚀性好，低温韧性好，常用于制作350℃以下工作、强度要求不高的零件及冲压件，如热交换器、海水净化装置、阀门等。有色金属及合金的热处理二、钛及钛合金的热处理现代航空发动机上钛的用量约占25%在钛中加入合金元素形成钛合金，可使纯钛的强度明显提高，是航空、航天、船舶、化工工业重要的结构材料以及医疗生物材料。钛合金按其退火组织可分为α、β和（α+β）三大类，分别称之为α钛合金、β钛合金和（α+β）钛合金。

仅含单一α稳定元素（如Al、C、N、O、B等）或中性元素（如Sn、Zr等）的α钛合金不能热处理强化。

含β稳定元素（如Fe、Mo、Mg、Mn、V等）的钛合金可以进行固溶时效强化，其强化效果与β稳定元素的含量及时效工艺有关——钛合金中β稳定元素含量较高，时效温度较高（500~600℃），或淬火后进行适当冷塑性变形再时效，都将提升时效强化效果。有色金属及合金的热处理二、钛及钛合金的热处理铜是极其宝贵的有色金属，也是人类最早使用的金属材料之一。纯铜呈玫瑰红色，表面形成氧化膜后呈紫色，又称紫铜。

纯铜导电、导热性能好，仅次于银。纯铜具有优良的冷热加工性能，化学稳定性高，在大气和淡水中有良好的耐蚀性，但在氨盐、氯盐及氧化性的硝酸、浓硫酸中耐蚀性很差。有色金属及合金的热处理三、铜及铜合金的热处理编钟通过合金化形成铜合金。铜合金按化学成分可分为黄铜、青铜和白铜三大类，按照生产加工方式可分为压力加工产品（简称加工产品）和铸造产品。（1）黄铜

以锌作为主要合金元素的铜合金称为黄铜。最简单的黄铜就是铜锌二元合金，简称普通黄铜。在普通黄铜基础上加入铝、硅、铅、锡、锰等的黄铜，称为复杂黄铜（或特殊黄铜），相应地称为铝黄铜、硅黄铜、铅黄铜等。有色金属及合金的热处理三、铜及铜合金的热处理普通黄铜不能热处理强化，一般进行再结晶退火和去应力退火。（2）白铜

以镍为主要合金元素的铜合金称为白铜。

按用途可分为结构白铜和电工白铜，前者即铜-镍二元合金，也称简单白铜，在此基础上添加锌、锰、铝等元素形成特殊白铜，即电工白铜。

白铜主要用于耐蚀结构和电工仪表，其组织为单相固溶体，不能通过热处理来强化。有色金属及合金的热处理三、铜及铜合金的热处理（3）青铜铜与锡的合金最早称为青铜，现在则把除黄铜和白铜以外的所有铜合金均称作青铜。有色金属及合金的热处理三、铜及铜合金的热处理东汉晚期的青铜奔马（马踏飞燕）锡青铜：►耐蚀性比黄铜和纯铜好；►强度与黄铜相近(Rm=300~450MPa)；►弹性大于黄铜，导电比黄铜差；►铸件体积收缩率小，焊接性好；►无磁、冲击无火花、无冷脆现象。（3）青铜有色金属及合金的热处理三、铜及铜合金的热处理常用锡青铜及应用：QSn4-3、QSn6.5-0.4、ZCuSn10Pb1等，主要用于制造弹性元件、耐磨零件、抗磁及耐蚀零件，如弹簧、轴承、齿轮、蜗轮、垫圈等。（3）青铜有色金属及合金的热处理三、铜及铜合金的热处理铝青铜：

与黄铜和锡青铜相比，有更高的机械性能、耐蚀性、耐热性和耐磨性，σb=380~700MPa，但铸造性和焊接性差。常用铝青铜及应用：QA15、QA17、ZCuA18Mn13Fe3Ni2等，主要用于制造船舶、飞机及仪器中的高强、耐磨、耐蚀件，如齿轮、轴承、蜗轮、轴套、螺旋桨等。有色金属及合金的热处理三、铜及铜合金的热处理常用铍青铜及应用：TBe2、TBe1.9、TBe1.9-0.1、TBe1.7、TBe0.3-1.5等，用于重要的弹性件、耐磨件，如精密弹簧、膜片，高速、高压轴承及防爆工具、航海罗盘等重要机件。铍青铜的固溶时效强化效果好。铍青铜（含Be小于2.5%）：

热处理后具有极高的强度（1300MPa）、硬度、疲劳极限和弹性极限耐蚀、耐磨、无磁、导电、导热、冲击无火花。（3）青铜有色金属及合金的热处理四、镁及镁合金的热处理镁是地壳中储量最丰富的金属之一，约占地壳质量的2.5%。

纯镁呈银白色，密度仅为1.74g/cm3，是常用结构材料中最轻的金属。密排六方结构，塑性较低，冷变形能力差，但高温塑性好，可进行各种热加工。

镁的电极电位很低，耐蚀能力差，化学活性很高，在空气中极易氧化，形成的氧化膜疏松多孔，不能起到保护作用。

纯镁强度低，不能直接用作结构材料，主要用于制造镁合金的原料、化工和冶金生产的还原剂以及烟火工业。有色金属及合金的热处理四、镁及镁合金的热处理在纯镁中加入铝、锌、锰、锆和稀土元素等合金元素制成镁合金，使镁合金力学性能、耐蚀性能及耐热性能得到提高，而且镁合金密度小，比强度、比刚度高，尺寸稳定性和热导率高，机械加工性能好，产品易回收利用，已成为21世纪重要的商用轻质结构材料。神舟7号载人飞船自主飞行第31圈时，释放的伴飞小卫星是由上海微小卫星工程中心研制的，采用轻型镁合金材料作为主结构框架，使整星重量不超过40公斤有色金属及