CN102304687A - 铝青铜热处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铝青铜的热处理工艺，包括以下步骤：1）升温至920－950℃，放入铝青铜工件，2)待炉温达920－950℃时保温，保温时间按有效厚度每25mm加热1h计算确定；3）保温结束，工件迅速放入食盐水中冷却直到工件温度为室温；4）预时效：将工件放入温度为220－300℃炉子中加热并保温，保温时间为2－3h，然后取出空冷；5)终时效：将经过预时效并冷却的工件放入温度为420－480℃炉子中加热并保温，保温时间为2－3.5h，然后取出空冷。采用本发明提供的固溶＋预时效(一级时效)＋终时效（二级时效）热处理工艺处理后，显微组织均匀、稳定，硬化相弥散分布，材料具有高的强度和硬度，同时具有较高韧性。

Description

铝青铜热处理工艺

技术领域

本发明涉及一种铜合金的热处理工艺，尤其涉及一种铝青铜合金的热处理工艺，属于金属材料技术领域。

背景技术

铝青铜具有优良的力学、抗蚀与耐磨性能，是综合性能优越的工程结构材料，因而在民用、军用工业中占有重要地位，被广泛应用于机械、飞机和汽车制造业、船舶和海洋工业、家电、冶金、采矿、石化工业、铁道和机车工程以及建筑工业等高应力条件下工作。但随着工业发展，对铝青铜材料的性能提出了更高的要求，因而强化铝青铜使之满足重载荷的服役条件成为铝青铜研究之重点，其中对铝青铜进行热处理是最廉价也是具有良好效果的强化方法之一。

铝青铜的热处理工艺主要是固溶+时效。其具体做法为：首先将材料加热至565℃(共析温度)以上并保温，使材料由室温组织〔α+(α+γ₂)〕(铝当量＜11.8％)、〔γ₂+(α+γ₂)〕(铝当量＞11.8％)、(α+γ₂)(铝当量＝11.8％)转变为〔α+β〕(铝当量＜11.8％)、〔γ₂+β〕(铝当量＞11.8％)、β(铝当量＝11.8％)并使基体内合金元素和化合物溶解到β相中，随着加热温度提高和保温时间延长，对于铝当量＜11.8％和铝当量＞11.8％材料，β相增加且合金元素和化合物溶解度提高。然后快速冷却，使β相转变为过饱和固溶体β′相。再在565℃以下加热，使过饱和固溶体β′相分解并使固溶的合金元素重新以颗粒细小、分布均匀的化合物析出，通过析出相的弥散强化提高材料的力学性能。

对于常用的铝青铜，除了QAl7和ZQAl7-1.5-1.5(由于铝含量低，高温下β相数量少，固溶时效处理效果差)，目前使用的固溶温度通常为850-900℃；900以上-950℃；950以上-1000℃。

850-900℃加热固溶时，由于温度较低，对于铝当量＜11.8％和铝当量＞11.8％材料β相数量较少，且合金元素和第二相不能充分固溶入基体中，而且溶质分布不均匀，不仅会降低材料的硬化能力，还会在时效时容易发生不连续脱溶和晶界反应，从而恶化材料的性能。

950以上至1000℃加热固溶时，由于温度高，合金组织出现过热现象，晶粒粗大，材料性能大大降低。固溶冷却介质通常为：机油、水、食盐水。

现行的铝青铜时效处理采用一次时效，时效温度通常采用260-300℃；450-550℃；565-640℃。

在260-300℃时效时，由于温度低，一方面易于获得细密的组织，另一方面由于化合物相和基体结构和成分的差异比较大，化合物相生核和长大需要克服很大的能垒，在时效温度较低的情况下，要完成这一过程比较困难。只能先形成某些预沉淀产物和过渡相，如G.P.区等。细密的组织特别是G.P.区和过渡相的存在使材料具有高的硬度和强度。但G.P.区和过渡相都是亚稳相，在工作环境合适时，将逐步向平衡相转变，其性能会同时发生变化。

在450-550℃时效时，除过饱和的固溶体析出K相(铁铝及镍铝金属间化合物)和γ₂相外，共析转变比较彻底，较多细小的的(α+γ₂)相也起着强化作用。但是组织相对粗大且不均匀，先析出相γ₂呈连续网状分布，合金基体变脆，力学性能不高。

在565-640℃时效，由于已高于共析转变温度，对于铝当量＜11.8％铝青铜，将有有α析出从而使α含量增加，由于α硬度低使材料强度下降；对于铝当量＞11.8％铝青铜，将有先共析γ2以及K相析出，K相和γ2相虽属硬质相，但这些硬质相多以块状形态存在，而且偏聚在晶界处，起不到强化的效果。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种强化效果好，显微组织细小、稳定，强化相弥散分布，材料具有良好强韧性配合，且简单易行的铝青铜固溶时效工艺。

本发明通过以下技术方案予以实现：

一种铝青铜热处理工艺，包括以下步骤：

1.固溶处理

1)将热处理炉升温至920-950℃，放入铝青铜工件；

2)待炉子重新回到920-950℃时，开始记录保温时间，保温时间按有效厚度每25mm加热1h计算确定；

3)到达保温时间后，取出工件并迅速放入食盐水中冷却直到工件温度降到室温；

2.时效处理

1)预时效：将上述处理后的工件放入温度为220-300℃炉子中加热并保温，保温时间为2-3h，然后取出空冷；

2)终时效：将经过预时效并冷却的工件放入温度为420-480℃炉子中加热并保温，保温时间为2-3.5h，然后取出空冷。

本发明的有益效果如下：

1)固溶温度和冷却方式保证了固溶处理后，工件不过热且有足够的固溶度，在时效处理时满足强化相析出量的要求；

2)通过预时效和二级时效的共同作用使显微组织均匀、稳定，硬化相弥散分布。预时效(一级时效)由于温度低，不能形成时效沉淀相。而G.P.区的界面能很低，形核功很小。在母相中各处皆可生核，预时效(一级时效)的目的是在合金中形成均匀生核的高密度的G.P.区。当其达到一定尺寸，就可成为随后时效沉淀相形核的核心，降低无析出带宽度，从而大大提高组织的均匀性；终时效(二级时效)由于温度较高，能使平衡强化相充分析出，且析出位置为预时效时均匀形成的高密度的G.P.区，消除了网状缺陷，同时共析转变比较彻底，较多细小的的(α+γ₂)相与强化相共同作用增强强化效果，由于平衡相的析出，材料的组织和性能的稳定性好；

3)操作简单易行，经济和社会效益高；

4)工件不仅具有高的强度、硬度，而且具有较高塑性。

本发明的优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进解释，这些实施例是仅作为例子给出的。

本发明的优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进解释，这些实施例是仅作为例子给出的。

具体实施方式

以下为本发明的三个实施例，本发明不限于以下三个实施例。

工件为铝青铜铸件，其材料成分为：铝8.5-10.5％，镍1.0-3.0％，铁3.0-5.0％，锰1.0-3.0％，余为铜。工件所测有效厚度为30mm。其热处理工艺为：

1)将热处理炉升温至920-950℃，放入铝青铜工件；

2)待炉子重新回到920-950℃时，开始记录保温时间，保温时间按有效厚度每25mm加热1h计算确定为1.2h；

3)到达保温时间后，取出工件并迅速放入食盐水中冷却直到工件温度为室温；

4)预时效(一级时效)：将上述处理后的工件放入温度为220-300℃炉子中加热并保温，保温时间为2-3h，然后取出空冷；

5)终时效(二级时效)：将经过预时效并冷却的工件放入温度为420-480℃炉子中加热并保温，保温时间为2-3.5h，然后取出空冷。

三个实施例的固溶时效工艺参数和力学性能检测结果如表1。

表1实施例的固溶时效工艺和力学性能

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形式的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。

Claims (1)

1.一种铝青铜热处理工艺，其特征是，包括以下步骤：

1.固溶处理

1）将热处理炉升温至920－950℃，放入铝青铜工件；

2) 待炉子重新回到920－950℃时，开始记录保温时间，保温时间按有效厚度每25mm加热1h计算确定；

3）到达保温时间后，取出工件并迅速放入食盐水中冷却直到工件温度降到室温；

2.时效处理

1）预时效：将上述处理后的工件放入温度为220－300℃炉子中加热并保温，保温时间为2－3h，然后取出空冷； 

2) 终时效：将经过预时效并冷却的工件放入温度为420－480℃炉子中加热并保温，保温时间为2－3.5h，然后取出空冷。