Was ist die Wärmebehandlung von Kupferlegierungen?

Kupfer und Kupferlegierungen spielen als unverzichtbare industrielle Metallwerkstoffe aufgrund ihrer hervorragenden elektrischen und thermischen Leitfähigkeit, hervorragenden Korrosionsbeständigkeit, guten Verarbeitungsleistung sowie erheblichen Festigkeit und Ermüdungsbeständigkeit in vielen Bereichen wie Biofilmen und Meeresprodukten eine zentrale Rolle. Daten zufolge macht die Verwendung von Kupferlegierungen in der Elektro-, Bau-, Transport- und anderen Industriezweigen mehr als 60 % aus, was ihre Bedeutung zeigt.

Die Wärmebehandlung von Kupferlegierungen ist ein Prozess, der mehrere Präzisionsschritte wie Erhitzen, Isolieren und Abkühlen umfasst. Sein Hauptzweck besteht darin, die verschiedenen Eigenschaften von Kupferlegierungen wie Festigkeit, Härte, Plastizität und Korrosionsbeständigkeit zu optimieren.

1. Hauptmethoden der Wärmebehandlung

Glühen

• Homogenisierungsglühen: Wird hauptsächlich bei Barren und Gussstücken verwendet, um eine gleichmäßige Verteilung der chemischen Zusammensetzung zu erreichen. Nach dieser Behandlung kann die Unebenheit der chemischen Zusammensetzung des Gussstücks auf weniger als 5 % reduziert werden.
• Spannungsarmglühen: Beseitigen Sie effektiv die während der Verformungsbearbeitung, des Schweißens und des Gießens angesammelten inneren Restspannungen, stellen Sie die Dimensionsstabilität und die zuverlässige Leistung kaltverformter oder geschweißter Teile sicher und verhindern Sie eine Verformung des Werkstücks beim Schneiden. Spannungsarmglühen ist insbesondere bei kaltverformtem Messing, Aluminiumbronze, Siliziumbronze und anderen Werkstoffen erforderlich, die stark zur Spannungsrisskorrosion neigen. Die Glühtemperatur liegt normalerweise zwischen 230 und 350 °C und die Haltezeit beträgt etwa 30 bis 60 Minuten.
• Rekristallisationsglühen: wird auch als Erweichungsglühen bezeichnet und umfasst Zwischenglühen, Fertigproduktglühen und Knüppelglühen. Zwischen zwei Kaltwalzungen wird eine Zwischenglühung durchgeführt. Es wird auf über die Rekristallisationstemperatur erhitzt und nach dem Halten langsam abgekühlt, wodurch eine Kaltverfestigung verhindert wird. Beim Fertigproduktglühen handelt es sich um Materialien, die auf die Endproduktgröße kaltgewalzt werden. Die gewünschten Eigenschaften und der gewünschte Zustand werden durch die genaue Steuerung der Glühtemperatur und der Haltezeit erreicht. Beim Knüppelglühen handelt es sich um Knüppel nach dem Warmwalzen mit dem Ziel, die durch unvollständige thermische Verformung verursachte Härtung zu beseitigen und die Strukturhomogenisierung zu fördern.

Behandlung fester Lösungen (Abschrecken)

• Zweck: Die Legierung auf eine Temperatur erhitzen, bei der die zweite Phase vollständig oder maximal in der festen Lösung gelöst ist, und nach dem Halten schnell abkühlen, um zu verhindern, dass die zweite Phase erneut ausfällt und eine übersättigte feste Lösung bildet. Die Abschrecktemperatur muss niedriger als die eutektische Temperatur und höher als die Temperatur der Löslichkeitslinie sein. Die Haltezeit hängt hauptsächlich von der Auflösungsgeschwindigkeit der Festigungsphase ab. Je kürzer die Abschrecktransferzeit, desto besser. Die Wassertemperatur wird normalerweise auf unter 25 °C geregelt, um den Abschreckeffekt sicherzustellen.

Alterungsbehandlung (Tempern)

• Zweck: Förderung der Ausfällung feiner und dispergierter Partikel in der übersättigten festen Lösung und dadurch Verbesserung der Legierungseigenschaften. Bei der Alterungsbehandlung wird in der Regel eine künstliche Alterung oder eine direkte künstliche Alterung nach der Warmumformung durchgeführt. Wenn bei gealterten Legierungen aus irgendeinem Grund innere Spannungen entstehen, ist eine erneute Alterung erforderlich (die Temperatur ist etwas niedriger als in der vorherigen Stufe). Die Genauigkeit der Temperaturregelung ist extrem hoch und liegt im Allgemeinen nicht über ±3 °C.

2. Vorsichtsmaßnahmen für die Wärmebehandlung

• Heizmethode: Die Wärmebehandlung von Kupferlegierungen kann durch Ofenerwärmung, Induktionserwärmung und andere Methoden durchgeführt werden. Eine sinnvolle Auswahl der Heizmethode kann das Oxidations- und Verbrennungsrisiko erheblich reduzieren und die Effizienz und Wirkung der Wärmebehandlung verbessern.
• Temperaturkontrolle: Die Temperaturkontrolle bei der Wärmebehandlung ist von entscheidender Bedeutung. Eine zu hohe Temperatur kann zu groben Körnern, zur Verflüchtigung von Elementen und sogar zum Überbrennen führen. Eine zu niedrige Temperatur macht es schwierig, den erwarteten Leistungsverbesserungseffekt zu erzielen. Daher muss die Temperatur entsprechend den spezifischen Material- und Prozessanforderungen genau gesteuert werden.
• Zeitkontrolle: Die Haltezeit jeder Stufe wie Vorwärmen, Homogenisierungsglühen, Abschrecken, Anlassen usw. muss je nach Material und Prozess sorgfältig angepasst werden, um den besten Wärmebehandlungseffekt sicherzustellen.
  Atmosphärenkontrolle: Bei einigen Wärmebehandlungsprozessen muss die Atmosphäre kontrolliert werden, um Oxidation und Verbrennung zu reduzieren. Beispielsweise verringert die Vakuumwärmebehandlung das Oxidationsrisiko durch die Vakuumumgebung. Bei der Wärmebehandlung unter Schutzatmosphäre werden Inertgase (z. B. Stickstoff) oder reduzierende Gase (z. B. Wasserstoff) verwendet, um Oxidation und Verbrennung zu verhindern.

3. Anwendung der Wärmebehandlung

• Kupfergusslegierungen: Die meisten Kupfergusslegierungen werden direkt im Gusszustand verwendet und können nicht durch Wärmebehandlung verfestigt werden. Bei einigen wenigen, beispielsweise Berylliumbronze, Chrombronze, Siliziumbronze und einigen Legierungen mit hohem Kupfergehalt, kann jedoch eine Leistungsoptimierung durch Wärmebehandlung erzielt werden.
• Verformte Kupferlegierungen: Kaltgeformte Kupferhalbzeuge (wie Drähte, Platten, Stangen, Rohre usw.) weisen ein Kaltverfestigungsphänomen auf, das durch Spannungsarmglühen und Rekristallisationsglühen beseitigt werden muss, um die Plastizität zu verbessern; Gleichzeitig können seine Festigkeit und Härte durch Lösungsbehandlung und Alterungsbehandlung verbessert werden. Daten zeigen, dass Festigkeit und Härte wärmebehandelter verformter Kupferlegierungen um mehr als 20 % gesteigert werden können und auch die Plastizität deutlich verbessert wird.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Wärmebehandlung von Kupferlegierungen ein komplexer und heikler Prozess ist und die Wärmebehandlungsmethode und -parameter entsprechend der Legierungszusammensetzung, dem Verarbeitungszustand und den Leistungsanforderungen genau ausgewählt werden müssen.

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