铜合金的热处理方法

铜合金常见的热处理形式有均匀化处理、再结晶退火、去应力退火、固溶处理、时效处理等几种。

1）均匀化处理

均匀化处理是将铸锭加热到高温下进行较长时间的保温，通过固态中的原子扩散，以消除或减少铸锭中的枝晶偏析和枝晶间非平衡的脆性组织组成物的热处理。这种热处理能使合金具有更均匀的显微组织，从而改善铸锭的塑性和压力加工性。

铜合金根据其凝固方式的不同，主要可分为狭凝固温度范围的壳状凝固合金和宽凝固温度范围的糊状凝固合金两大类。前者如铝青铜、锰青铜、硅青铜、高锌黄铜等，后者如锡青铜、锡磷青铜、锡锌青铜、铍青铜等。对前一类铜合金来说，由于凝固时的偏析程度小，在大多数情况下，反复冷轧前的中间退火，已可将枝晶偏析消除，因此无需进行均匀化处理。对于后一类铜合金来说，由于凝固时的偏析程度大，特别是含锡量大于8%的锡青铜和锡磷青铜，不但铸锭中存在严重的枝晶偏析，而且枝晶间还有较多量非平衡的脆硬δ相（Cu31Sn8）存在，严重地降低了铸锭的塑性和冷态轧制性能，因此在铸锭进行冷态轧制前，更有进行均匀化处理的必要。

上述第二类铜合金进行均匀化处理时，一般应加热到较普通退火的最高温度约高100℃的温度下进行保温。更高的均匀化处理温度虽然能缩短均匀化处理的时间，但会导致铸锭产生过分的晶粒长大，甚至引起材料局部熔化而过烧，因此不予推荐。均匀化处理的保温时间主要取决于铸锭的形状和尺寸以及均匀化处理所用的设备。一些变形铜合金的均匀化处理工艺，见表6－5。

表6－5　一些变形铜合金的均匀化处理工艺

2）再结晶退火

再结晶退火亦称完全退火，用于完全消除冷变形引起的加工硬化，使金属材料恢复到冷变形前低强度和高塑性的状态。这种退火既可用于冷变形工序之间的中间退火，也可用于压力加工产品的最终退火。再结晶退火的加热温度和保温时间应使材料在退火过程中足以完成再结晶，同时所产生的新的晶粒组织又不致发生过分的晶粒长大。表6－6列出了一些铜合金的再结晶退火温度。必须指出，对于供深冲压用的H70、H68、H65等黄铜的板、带材来说，晶粒尺寸是评价经再结晶退火后的最终产品质量的重要指标。因为晶粒尺寸不但关系到材料的硬度、屈服强度、抗拉强度等机械性能，同时对材料的压力加工工艺性能也有很大影响。材料退火后的强度及硬度随晶粒尺寸的增大而降低，而压力加工性能则随晶粒尺寸的增大而得到改善，因为粗晶粒的材料变形抗力小，易于冲压加工。另一方面，晶粒尺寸较粗大的材料经过冲压加工后表面却会变得粗糙，出现“橘皮”现象，难以通过抛光而获得高的表面光洁度。因此，对于要求深冲性能的上述黄铜板、带材来说，必须对退火后的最终产品的晶粒尺寸很好控制。表6－7列出了经退火的α铜合金的晶粒尺寸与冷成形性的关系。

表6－6　一些铜合金的再结晶退火温度

（续表）

表6－7　经退火的α铜合金的晶粒尺寸与冷成形性的关系

3）常用铜合金热处理

（1）纯铜热处理

工业纯铜一般只进行再结晶退火，其目的是消除内应力，使铜软化或改变晶粒度。退火温度一般在600℃左右。

（2）黄铜的热处理

黄铜的热处理有再结晶退火和去应力退火两种。

①再结晶退火(www.xing528.com)

再结晶退火分工序间的退火和最终退火，其目的是消除加工硬化，恢复塑性和获得细晶粒组织。黄铜的再结晶退火温度一般在600～700℃之间。

②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，必须进行去应力处理，以消除变形过程中产生的残余应力，防止自裂。去应力退火温度一般在280℃左右。去应力退火一般在空气炉中进行，退火后空冷。

（3）青铜的热处理

①锡青铜

锡青铜不能经热处理强化，而要通过冷却变形来提高强度和弹性性能，如表6－8所示。主要方式有：

a．完全退火，用于中间软化工序，以保证后续工序大变形量加工的塑性变形性能。

b．不完全退火，用于弹性元件成型前得到与后续工序成形相一致的塑性，以保证后续工序一定的成形变形量，并使弹簧达到使用性能。

c．稳定化退火，用于弹簧成形后的最终热处理，以消除冷加工应力，稳定弹簧的外形尺寸及弹性性能。

表6－8　锡青铜弹簧材料的热处理规范

注：＊不完全退火的规范可以根据弹簧后续成形变形量来进行调整。

②铍青铜

铍青铜的热处理可以分成退火处理、固溶处理和固溶处理以后的时效处理，如表6－9、表6－10所示。退（回）火处理又分成：

a．中间软化退火，可以用来做加工中间的软化工序。

b．稳定化回火，用于消除精密弹簧和校正时所产生的加工应力、稳定外形尺寸。

c．消除应力回火，用于消除机械加工和校正时产生的加工应力。

表6－9　铍青铜弹簧材料的热处理规范

表6－10　铍青铜弹簧材料的固溶处理和时效处理的规范