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总体概况
热处理是指通过加热、保温、冷却的方式,改变材料内部的组织结构,从而改变材料的性能,以满足服役状态下的使用要求。黄铜的热处理通常是指退火处理,主要包括再结晶退火和去应力退火两种。不同的退火温度会对黄铜的组织、性能产生不同的影响,因此热处理成为改善黄铜组织性能的重要途径之一。
热处理在黄铜的实际应用中发挥了极其重要的作用。通过热处理工艺可以提高黄铜的耐蚀性、耐磨性和可加工性,还可以通过热处理改变黄铜材料的力学性能和物理性能。针对不同类型黄铜的热处理温度及热处理后相关的组织性能做如下简述。
铝黄铜热加工温度为720~770℃,退火温度为600~650℃,消除内应力温度为270~350℃。在经过上述温度热处理后,当遇到腐蚀介质时,少量铝能在合金表面形成坚固的氧化膜,提高合金对气体、溶液、高速海水的耐蚀性。同时,由于铝的锌当量系数高,形成β相的趋势大,强化效果高,能显著提高合金的强度和硬度。铝黄铜以HAl77-2用量最大,主要是制成高强、耐蚀的管材,广泛用做海船和发电站的冷凝器等。
镍黄铜热加工温度为750℃~870℃,退火温度600℃~650℃,消除内应力的低温退火温度300℃~400℃。以HNi65-5镍黄铜为例,其在经过上述温度热处理后力学性能良好,切削性好,易焊接和钎焊,导电、导热性低,耐蚀性高,且无腐蚀开裂倾向,广泛用于船用零件,蒸汽及水管配件等。
铁黄铜热加工温度通常为680℃~730℃,退火温度600℃~650℃。作为最典型的两种铁黄铜,HFe59-1-1和HFe58-1-1在经过上述温度热处理后具有较高的强度、韧性,良好的减摩性,在大气、海水中的耐蚀性高,热态下塑性良好,常用于制作在摩擦和受海水腐蚀条件下工作的结构零件。
锡黄铜能较好地承受热、冷压力加工。例如HSn70-1,在700~720℃热轧或670~720℃热挤(需要严格控制杂质含量(如Pb<0.03%),铜取上限(71%),锡取下限(1.0~l.2%))能够有效地防止热压力加工时易裂问题的产生,主要用于海轮,热电厂的高强耐蚀冷凝管、热交换器,船舶零件等。
Sadykov等人研究了形变热处理对CuZnPb黄铜耐磨性的影响。他们发现黄铜在进行形变热处理时会发生再结晶过程,这一过程导致黄铜中形成许多的微晶结构,使得黄铜的耐磨性显著提高。Wilborn等人研究了热处理对机加工工件翘曲变形的影响,他们发现在机加工之前对工件进行适当的热处理,可以在一定程度上减小翘曲变形的发生。Mapelli等人在研究残余应力对失效件的影响时指出,应力释放热处理可以对残余应力产生有益的影响,能够改善材料表面的张弛度。Kim等人研究了等通道转角挤压后的热处理对黄铜力学性能的影响。他们发现,经过等通道转角挤压后在350℃下进行20分钟的热处理会导致延伸率大幅度增加,屈服强度和极限拉伸强度大幅降低,如图9所示。K.V.Varli等人研究了不同热处理温度对58-2-2-1-1黄铜性能的影响,他们获得了不同的淬火和回火温度下的σb、σ0.2和σs数据,如图10所示。
图9 ECAP 和再结晶热处理对Cu-40%Zn拉伸性能的影响
图10 不同淬火温度下LMtsSKA黄铜的机械性能 ----淬火+250℃回火4h;--淬火