銅及銅合金的分類

1、銅及銅合金的分類第二章 銅及銅合金的分類 銅是人類最早使用的金屬，自然界有自然銅存在，與其他金屬不同，銅在自然界中既以礦石的形式存在，也同時以純金屬的形式存在，其應(yīng)用以純銅為主，同時其合合金也在工業(yè)等多個領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用，工業(yè)上常將銅和銅合金分為四類，分別是：純銅、黃銅、青銅和白銅。 1. 銅與銅合金的分類 1.1 按生產(chǎn)應(yīng)用的方式（可分為二大類）形變銅與銅合金、鑄造銅與銅合金 對于壓力加工專業(yè)來說，主要是和形變銅與銅合金打交道，因此，重點學(xué)習(xí)形變銅與銅合金。 1.2 銅與銅合金的名稱： 根據(jù)歷史上形成的習(xí)慣，起的是某一種顏色的名稱，它們是： 紫銅純銅Cu 黃銅Cu-Zn 合金 青銅 錫青銅：C

2、u-Sn 合金 鋁青銅：Cu-Al 合金 鈹青銅：Cu-Be 合金 鈦青銅：Cu-Ti 合金 白銅 Cu-Ni 合金 ( 有的銅合金叫做青銅，但合金的顏色并不真就是青色的。) 2. 純銅 純銅的新鮮表面是玫瑰紅色的，當(dāng)表面氧化形成氧化亞銅 Cu2O 膜后就呈紫色，所以純銅就常被稱為紫銅。 紫銅具有好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐蝕和可焊等性能，并可冷、熱壓力加工成各種半成品，工業(yè)上廣泛用于制作導(dǎo)電、導(dǎo)熱和耐蝕等器材。 2.1純銅的成份、組織與性能 2.2.1其結(jié)構(gòu)、組織：在金屬學(xué)中學(xué)過，純Cu的晶體結(jié)構(gòu)是面心立方晶格（f、c、c），滑移系多，易塑性變形，塑性好。其組織由單一的銅晶粒組成。 2.2.2在成分方

3、面：100%純的金屬是沒有的，非100%純。Cu 的最高純度可達99.999%（三個9）工業(yè)純Cu 的純度約為99.9099.96%雜質(zhì)的存在相當(dāng)于使純銅的成份改變，這自然會引起一些性能的變化。 雖純Cu 有一些性能幾乎不受雜質(zhì)的影響但導(dǎo)電率、機械性能卻受雜質(zhì)或晶 4 體缺陷的影響較大現(xiàn)在先綜合看看工業(yè)純Cu 的性能 2.2 工業(yè)純銅的性能 2.2.1 純銅的性能優(yōu)點： 從純銅的各種性能中我們可以總結(jié)出幾條性能優(yōu)點，從而可以明白為什么銅會以純金屬的形式得到這么廣泛的應(yīng)用。 優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性；Cu 廣泛用于：導(dǎo)電器（如：電線、電纜、電器開關(guān)）導(dǎo)熱器（如：冷凝管、散熱管、熱交換器） 良好的耐蝕性

4、； Cu具有極好的耐蝕性，且反應(yīng)后表面有保護膜（銅綠） 在普通的溫度下，銅不太會與干燥空氣中的氧氣O2反應(yīng)，但Cu能與CO2、 SO2、醋發(fā)生作用，生成銅綠堿式碳酸銅、堿式硫酸銅CuSO4·3(OH)2 （深綠色）、堿式醋酸銅，這樣銅的表面上就慢慢生成了一層保護膜。 有良好的塑性 退火工業(yè)純銅的拉伸延伸率 50%，純Cu 易加工成材 例：加工出來的細(xì)銅絲可細(xì)于頭發(fā)絲（8 絲）達45 絲 2.2.2 純銅的機械性能與工藝性能 我們通過結(jié)合純銅的生產(chǎn)、加工過程來了解、認(rèn)識 (1) 純Cu 的加工過程（ 幾乎全部純銅都是經(jīng)過加工成材供應(yīng)用戶的，我們在工廠中可以觀察到，其生產(chǎn)過程一般為： (

5、2) 純銅的機械性能 鑄態(tài)銅的性能很低； 經(jīng)加工后，軟態(tài)銅、硬態(tài)銅的性能，見上面數(shù)據(jù)； 銅經(jīng)過強烈冷加工（形變率 80%）后，強度 b將急劇升高，但塑 5 性強烈變壞，加工硬化很厲害，對純銅來說，其機械性能是由其晶粒度和位借密度所決定的。 (3) 純銅的熱加工工藝性能 我們知道，熱加工應(yīng)選擇在塑性高的溫度范圍內(nèi)進行，那么純銅在什么溫度時塑性高呢？人們通過實驗，得到了純銅的機械性能與溫度的關(guān)系曲線：由此可看出： b 隨T而 在500600， 、最小存在著“低塑性區(qū)” 若在這個溫度范圍進行熱加工，工件會產(chǎn)生熱裂、熱脆。 （純銅的熱加工應(yīng)選擇在高于低塑性區(qū)的溫度進行。） 即：T 熱加工 700 2.

6、3 雜質(zhì)及微量元素對銅的影響 紫銅中雜質(zhì)主要來自原料，同時與熔煉等工藝也有關(guān)。很多種雜質(zhì)既使含量極少（甚至十萬分之幾）也有劇烈降低銅的導(dǎo)電、導(dǎo)熱和壓力加工等性能。 為改善銅的性能，有時須添加某些其它微量元素，或容許某些脫氧劑元素在銅中保持一定的殘留量。 2.3.1 紫銅可按其所含雜質(zhì)及微量元素的不同，分為三類： (1) 加工紫銅 有T1、T2、T3、T4 等，特點是氧含量較高； (2)無氧銅及脫氧銅 有TU1、TU2、TUP、TUMn 等，特點是氧含量極少，在脫氧銅中還殘留少量脫氧劑元素； (3)特種銅 有砷銅、銀銅、銻銅等；特點是分別加入了不同的微量元素。 2.3.2 雜質(zhì)與微量元素對純銅的

7、影響 雜質(zhì)與微量元素的來源： 雜質(zhì)：工業(yè)純銅中通常含有0.05-0.3%的雜質(zhì) 6 微量元素：為了改善銅性能，人們有意加入某些微量元素。 （例如，為了提高Cu 的高溫塑性、細(xì)化晶粒加入Ce、Zr；Ti 等元素。為了提高銅的切削性、耐磨性加入微量的Pb等）。 影響： 對性能的影響具有兩重性：有利、有害 應(yīng)根據(jù)具體的加工、使用條件加以控制和解決。下面，根據(jù)它們在銅中的溶解度及存在狀態(tài)，分成三類來分析： 2.3.2.1 雜質(zhì)及微量元素對銅的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性的影響 所有雜質(zhì)及微量元素均不同程度地降低銅的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。固溶于銅的元素（除銀、鎘以外）對于銅的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性降低地多，而呈第二相析出的元素則對于

8、銅的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性降低較少。 7 金屬的導(dǎo)電性可用導(dǎo)電系數(shù)（單位：米/歐姆·毫米 ²）表示，也可用 1913 年制定的國標(biāo)軟銅（Cu+Ag99.90%,退火后，20時的電阻系數(shù)為0.017241 歐姆·毫米 ² /米或1.7241 微歐姆·厘米，導(dǎo)電系數(shù)為58.0 米/歐姆·毫米 ²）導(dǎo)電率標(biāo)準(zhǔn)（IACS）作為 100%加以比較和確定?，F(xiàn)在銅的純度大大提高，其導(dǎo)電率已增到 102%IACS 以上。加工因素對銅的導(dǎo)電率也有一定的影響，很大的冷加工率可使銅的導(dǎo)電率下降約 2%IACS。 銅及銅合金的導(dǎo)熱系數(shù)和導(dǎo)電率之間存在內(nèi)在的聯(lián)

9、系，在某一溫度下的導(dǎo)熱系數(shù)可根據(jù)在該溫度下的導(dǎo)電率(%)IACS 按 估算，導(dǎo)電率g2530%IACS 的 導(dǎo) 電 、 導(dǎo) 熱 、 低 合 金 化 銅 帶 合 金 ， 其 導(dǎo) 系 數(shù) 還 可 用 下 式 估 算 ： 式中： 試驗測知的合金導(dǎo)電系數(shù)，米/歐姆·毫米 2 X含銅量，%(重) 2.3.2.2 雜質(zhì)及微量元素對銅的軟化溫度和晶粒大小的影響 銅的軟化溫度和晶粒大小，影響到銅的加工和使用性能。而雜質(zhì)及微量元素對銅的軟化溫度和晶粒大小影響又很大。 固溶和生成彌散析出相得雜質(zhì)和微量元素，均提高銅的軟化溫度。在一定范圍內(nèi)隨這些元素含量的增加，銅的軟化溫度的增高；但生成氧化物的雜質(zhì)，大都

10、對銅的軟化溫度沒有明顯影響。此外，銅的軟化溫度與很多工藝因素有關(guān)，例如，冷加工率大冷加工前的退火溫度降低、冷卻慢（此時固溶體的過飽和程度?。浼庸ず蟮耐嘶饡r間等，則銅的軟化溫度低。 8 在含氧的導(dǎo)電用銅中，銻、鎘、鐵、磷、錫等可與氧化亞銅中的氧作用，生成它們自己的氧化物，降低了它們在銅中的固溶度，從而減弱甚至完全消除了它們對銅的軟化溫度的影響。砷含量 0.05%以下時，與銅中正常含量的氧無明顯作用；硒、銻也與砷相似，因此，它們均提高導(dǎo)電用含氧銅的軟化溫度。鎳雖與氧化亞銅作用生成氧化鎳，但對銅的軟化溫度影響很小。 在無氧銅中，雜質(zhì)所提高的軟化溫度，通常比在含氧銅中要大；因為在無氧銅中，雜質(zhì)不形

11、成氧化物。銀、磷、銻、鎘、錫、鉻等提高無氧銅的軟化溫度最多，砷、錫、銻等次之，硫、鐵、鎳、鈷、鋅等最少。 銅的軟化溫度增加，不是單個元素影響的算術(shù)和，而只是比具有最大影響的元素所提高的軟化溫度略高一點而已。 雜質(zhì)對銅在退火時的晶粒長大有很大的影響。高純銅的經(jīng)理隨退火溫度的升高而迅速長大，并且晶粒尺寸也很不均勻。導(dǎo)電用銅則由于氧化亞銅存在，在通常的退火溫度范圍內(nèi)，可有效地抑制晶粒長大。脫氧銅和無氧銅雖然與高純銅有類似之處，但也由于有微量雜質(zhì)析出物的存在，仍可有效控制晶粒長大，并獲得均勻的晶粒尺寸。不管雜質(zhì)含量如何，在生產(chǎn)中控制加工率、退火溫度和時間，是控制再結(jié)晶晶粒長大的基本條件。 2.3.2.

12、3 雜質(zhì)及微量元素對銅的加工性能的影響 固溶的雜質(zhì)及微量元素，實際不影響銅的冷、熱加工性能。很少固溶或幾乎不固溶于銅的雜質(zhì)及微量元素，則視其所生過剩相得情況不同，對銅的壓力加工性能將有著不同的影響。例如，氧、硫、硒、碲在銅中分別形成Cu2O、Cu2S、Cu2Se、Cu2Te 9 等脆性化合物，降低銅的塑性；鉛、鉍與銅生成易熔共晶，熱軋時易裂；脆性的鉍呈薄層分布在銅的晶界上，還使銅產(chǎn)生冷脆性。 為提高銅的高溫塑性，防止熱脆性，可根據(jù)相圖選擇那些與有害物質(zhì)形成難熔化合物（熔點高于銅的熔點或熱軋溫度）的元素加入銅內(nèi)，其加入量可根據(jù)該難熔化合物的分子式和已知有害物質(zhì)含量大體算出。鋰、鈣、鈰或混合稀土金

13、屬、鋯、鈾等均可消除鉛等雜質(zhì)的有害作用。 提高銅的高溫塑性的另一種方法是細(xì)化銅錠晶粒，相對降低有害雜質(zhì)在晶界上的濃度，銅中加入微量的鈦、鋯、鉻、硼等元素，都能細(xì)化晶粒，抑制柱狀晶的發(fā)展，并減小銅的高溫脆性。 銅的熔鑄、壓力加工和試驗條件也將引起銅的成分或組織變化，對銅的高溫塑性也有影響。 銅在低溫具有良好的塑性，但隨溫度的升高，往往出現(xiàn)一脆性區(qū)，熱加工常需要在高于此脆性區(qū)的溫度下進行。脆性區(qū)與質(zhì)的性質(zhì)、含量、分布、固溶度變化有關(guān)。如鉛呈易熔共晶，中溫變成液態(tài)消弱晶間聯(lián)接，使銅熱脆高溫時，鉛、鉍又固溶于銅，使塑性又有升高。 10 有些研究工作表明，銅在 300600呈脆性區(qū)是雜質(zhì)引起的。含氧少的

14、銅常含一定的氫，在上述溫度范圍內(nèi)，試樣在拉伸應(yīng)力作用下，氫從固溶體中析出，并在銅的致密處（首先是在晶界上）聚集起來，處于高壓氣體狀態(tài)，使銅開裂。隨溫度的升高，氫又部分或全部固溶于銅，又使銅的屬性增高。 實踐證明：采用銅豆少（含氫也少）的電解銅，可提高銅錠和銅材的高溫塑性，脫氧的銅錠在 400600有明顯脆性區(qū)，而用 0.03%硅加 0.01%鎂脫氧的，則沒有脆性區(qū)。因為磷與氫相似，為表面活性元素，易吸附在銅的晶界上，引起高溫脆性。 半連鑄造的紫銅錠，在橫向熱軋開坯時，裂的較多，而在縱向熱軋開坯時，幾乎不裂。說明銅錠的塑性，很明顯與柱狀晶的方向有關(guān)。 經(jīng)多次壓力加工的銅材，其高溫塑性比銅錠要好得

15、多，并且隨著變形量的增加，脆性區(qū)向低溫方向移動，同時，塑性下降的程度也減少，甚至變得完全看不出脆性區(qū)，這可能是因為：多次變形增加了晶粒數(shù)目和晶界總的面積，更重要的時破壞了鑄造組織，壓合了晶界的顯微疏松等缺陷造成的。 2.4 紫銅的熱處理及熱處理規(guī)范 2.5 紫銅的力學(xué)性能 11 3. 黃銅 黃銅包括銅-鋅二元合金（稱普通黃銅或簡單黃銅）和銅鋅中加有其他組元的多元合金（稱特殊黃銅或復(fù)雜黃銅）。 黃銅有良好的工藝性能、機械性能和耐腐蝕性，有的還有較高的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。是重金屬加應(yīng)用最廣的金屬材料之一。黃銅是工業(yè)上應(yīng)用最廣的一種銅合金，Zn 在 Cu 中的最大固溶度可達 39%（456）。 名稱的由

16、來：CuZn 合金隨（鋅含量）Zn%的增加，合金的顏色也在變化。當(dāng)Zn 含量達到一定值（15%）后逐漸顯現(xiàn)出美麗的金黃色。（Zn<20%時）或淡黃色（Zn=3045%時）故稱為黃銅。 黃銅定義以Zn 為主要加入元素的銅合金。（光說是CuZn 合金不完全）黃銅可分為： CuZn：二元黃銅（簡單黃銅、普通黃銅） CuZn + 1種或數(shù)種其它合金元素：多元黃銅（復(fù)雜黃銅、特殊黃銅） 黃銅表示法：(加鋁提高耐腐蝕性) 12 3.1 一、二元黃銅 3.1.1 成份與組織 要徹底了解Cu-Zn 合金的情況，就要先分析清楚Cu-Zn 二元相圖，從相圖中可以看出：Zn 大量固溶于Cu 中在不同的成份，溫

17、度變化中有五個包晶轉(zhuǎn)變、一個共析轉(zhuǎn)變、一個有序轉(zhuǎn)變在固態(tài)下有六個相： 、 、 、 、 、 。載 454-468°C有 （無序固溶體） ´(有序固熔體)轉(zhuǎn)變。各個相的結(jié)構(gòu)特征見表 1-2-1。 13 性能： 無序的 相：塑性極高，適于熱加工； 有序的 相：比較硬脆，冷變形較困難。 含有 的合金不適宜冷加工變形，適合采用熱加工。 在454°C 時，鋅在 中的極限含量39%，當(dāng)溫度升高或降低時，鋅在 中的極限含量均減少；載 454°C 以下經(jīng)長期退火、處于平衡或接近平衡時，鋅在 中的極限含量見表1-2-2。 -黃銅的晶格常數(shù)與含鋅量的關(guān)系見圖1-2-2。 若將

18、黃銅式樣分別再200-430°C 溫度范圍內(nèi)保持六個月以上，則發(fā)現(xiàn)約在250° C 或255°C 有 + 的共析分解（圖1-2-3 實線），此外，采用X-射線、電阻、熱容等測方法，發(fā)現(xiàn)在 固溶體區(qū)內(nèi)存在Cu3Zn 化合物的兩種有序結(jié)構(gòu)（低溫 1 及高溫的 2）（圖1-2-3 虛線），但該兩種有序結(jié)構(gòu)的區(qū)別尚難以確定。有的文獻指出，含 25%Zn（原子）的黃銅在高于350°C、含30%Zn（原子）的黃銅在高于450°C 變?yōu)闊o序。 在一般的生產(chǎn)條件下，仍可用圖1-2-1 來分析簡單黃銅的組織及組織所帶來的性 14 能變化。 工業(yè)用黃銅的含鋅量通常

19、在50%（重量）以下。在生產(chǎn)條件下簡單黃銅可按含鋅范圍及室溫組織特征進行分類（見表1-2-3）。 3.1.2 簡單黃銅的性能 黃銅的性能與鋅含量及工藝因素有關(guān)，鋅含量對簡單黃銅在不同狀態(tài)的性能影響分別見圖1-2-6 3.1.2.1常溫機械性能 常溫下 在 相區(qū)：隨Zn%、 b、 當(dāng)Zn=3032%、 %達到最大值max（H70、H68） 在 + 相區(qū)：Zn%、 、而 b（繼續(xù)增加）當(dāng) Zn=46.5%、 b 達max. 在 相區(qū)：Zn%、 b、 常溫黃銅材料的選擇（選材）： 要 b高、選 + 黃銅；要 高、選 黃銅 如H70、H68 用于深沖件，稱為“彈殼黃銅”。 15 3.1.2.2 高溫機

20、械性能 黃銅具有T、 b的一般規(guī)律。 特殊性：但由于黃銅分： 黃銅和 + 黃銅，（組織不同，性能的變化也不同，在這里，涉及兩件事要注意） a）加熱時 相有一個有序轉(zhuǎn)變： 塑性低 塑性極高、柔軟 b）黃銅中雜質(zhì)的影響（與紫銅相類似） 黃銅與 + 黃銅高溫性能比較： 黃銅：加熱時 還是 + 黃銅： 熱軋通常加熱到 相區(qū)的溫度T有 + >500 塑性極高 3.3 簡單黃銅中雜質(zhì)的影響 簡單黃銅中常見的雜質(zhì)有鐵、鉛、鉍、銻、磷和砷等，他們的影響是: 鐵: 在簡單黃銅中,鐵作為雜質(zhì)存在,對機械性能沒有顯著的影響。鐵在黃銅中的溶解度及小，它常以富鐵相質(zhì)點分布在基體中,具有細(xì)化晶粒的作用(見圖 1-2

21、-29)。當(dāng)黃銅中有硅存在時,鐵與硅會形成高硬度(HV950)的硅化鐵質(zhì)點，使切削性能變環(huán)。有的工廠在H60中加入0.3%-0.6%鐵,以提高板材深沖性能,用做深沖零件,但做抗磁用黃銅零件時，含鐵量要求 <0.03%。 鉛和鉍: 鉛和鉍對黃銅的高溫加工性能的影響見 16 圖1-2-30。鉛在簡單黃銅中是有害雜質(zhì)，它常成顆粒狀分布在晶界上的易溶共晶中，但 黃銅的含鉛量>0.03%時，使黃銅在熱加工時出現(xiàn)熱脆性,但對冷加工性能無明顯影響。( + ) 兩相黃銅中,鉛的容許含量可以提高一些,因為這種合金在加熱和冷卻過程中,回發(fā)生固態(tài)變相( + ) )時可使鉛大部分轉(zhuǎn)入晶內(nèi)，減輕其危害性。

22、鉍常呈連續(xù)的脆性薄膜分布在黃銅晶界上，既產(chǎn)生熱脆性，又產(chǎn)生冷脆性，對黃銅的危害性遠(yuǎn)比鉛大(約為鉛地 5-10 倍)，其允許含量比鉛更小(見表1-2-5) 減輕鉛和鉍的有害影響的有效途徑是加入能與這些雜質(zhì)形成彌散的高熔點金屬化合物的元素，使雜質(zhì)質(zhì)點均勻分布在晶粒內(nèi)部。如鋯可分為鉛與鉍形成高熔點穩(wěn)定化合物ZrxPby(2000°C)和ZrxBiy(2200°C)，因此，黃銅中加入少量鋯可以抵消鉛鉍的有害影響，顯著改善熱加工性能，實驗指出：在含有 0.14%鉛的 H70 中加入 0.22%鋯，可獲得良好的效果，此時，鋯與鉛的當(dāng)量比約為1.5。鈾也有類似于鋯的作用。 含有鉛鉍等易熔

23、雜質(zhì)的黃銅，于冷加工后，如果迅速加熱到再結(jié)晶溫度以上進行退火，可能突然暴烈，這種現(xiàn)象稱為 “火裂”。黃銅的純度愈高、晶粒愈細(xì)、鉛的分布愈彌散，就愈不易出現(xiàn)“火裂”現(xiàn)象。避免“火裂”的有效方法是退火時緩慢加熱。 銻： 隨著溫度的降低，銻在 黃銅中的溶解度急劇減少（見圖1-2-31），甚至銻含量小于 0.1%時就會析出脆性化合物 Cu2Sb,它呈現(xiàn)網(wǎng)狀分布在晶界上，嚴(yán)重?fù)p害黃銅的冷加工性能。銻還促使黃銅產(chǎn)生熱脆性，所以銻是黃銅中有害雜質(zhì)。 加入微量鋰可以減少銻對黃銅塑性的有害影響，因鋰與銻能形成高熔點（1145°C）的 Li3Sb 質(zhì)點，比較均勻的分布在晶粒內(nèi)部，從而減輕了危害性。淬火液

24、可以提高含銻黃銅的冷加工塑性。 磷： 很少固熔于銅-鋅合金，在 黃銅中超過 0.05%-0.06%磷，就出現(xiàn)脆性相 Cu3P，降低黃銅塑性。磷顯著提高冷加工黃銅的再結(jié)晶溫度，在退火時容易產(chǎn)生晶粒大小不均現(xiàn)象，但是少量的磷可以使黃銅晶粒細(xì)化，提高黃銅的機械性能。 砷：室溫時，砷在黃銅中的溶解度<0.1%，過量則產(chǎn)生脆性化合物Cu3As，分布在 17 晶界上，降低黃銅塑性，在黃銅中加入 0.02%-0.05%砷，可防止黃銅脫鋅，提高黃銅的耐腐蝕性。 雜質(zhì)在簡單黃銅中的允許含量見表 1-2-5，不同牌號的簡單黃銅，有不同的雜質(zhì)允許含量，可參照YB-71。 3.4 簡單哈的成分、性能和用途 簡單

25、黃銅的成分、特性及用途見表1-2-6； 18 簡單黃銅的物理、機械性能及某些工藝實驗見表1-2-7； 4. 青銅 在我國，除銅-鋅系(黃銅)、銅鎳系(白銅)合金以外的銅合金統(tǒng)稱為青銅。青銅范圍比較廣，主要包括錫青銅、錫磷青銅、鋁青銅、鈹青銅、鉻青銅、鋯青銅、鐵青銅、鎘青銅、鎂青銅、鈦青銅、硅青銅等，此外，還有鎳硅青銅、鈷青銅、銀鋯青銅等。國外將高銅合金單列一類，或并入紫銅系列，我國剛列入青銅。 青銅有高的強度、硬度、耐熱性和良好的導(dǎo)電性，它們廣泛應(yīng)有于汽車、機機械、電子行業(yè)。其中，錫青銅主要用于制造汽車及其他工業(yè)部門中承受摩擦的零件，如汽缸活塞銷襯套、軸承和襯套的內(nèi)襯、副連桿襯套、圓盤和墊圈等

26、，錫磷青銅廣泛用于制造彈性元件、精密儀器儀表中的耐磨零件和抗磁零件，鋁青銅主要用于用齒輪、搖臂、襯套、圓盤接管嘴、軸承、固定螺母等高強度的和耐磨的結(jié)構(gòu)零件、鈹青銅用于 19 制造電機中的彈簧片、接觸電橋、螺栓、緊固件以及儀器儀表中的彈簧、開關(guān)部件、電接插件和電阻點焊電極頭、縫焊電極盤、模鑄塞棒頭、塑料模具等，鉻青銅帶廣泛用作電氣設(shè)備的高溫導(dǎo)電耐磨零件、鋯青銅用于要求導(dǎo)電要求高、強度適中、彎曲成形性的抗應(yīng)力松弛性能好的場合，鉻青銅、鐵青銅、和鎳硅青銅是大規(guī)模集成電路引線框架關(guān)健材料，鎘青銅廣泛用于制造電工裝置的導(dǎo)電、耐熱、耐磨零件，鎂青銅主要用作制造電纜、飛機天線等導(dǎo)電元件，硅青銅可用作彈性元件

27、以及航空上工作溫度高、單位壓力不大的摩擦零件，鈷鉻硅青銅可用于加工電阻焊電極、滾輪、電極塊和水平連續(xù)澆鑄的結(jié)晶器等。鈦青銅可用于制造高強度、高彈性、高耐磨性的零件等。 Cu-Ag-Zr 合金是航天飛行的液體火箭發(fā)動機燃燒室內(nèi)壁理想的高強度導(dǎo)熱材料，本章主要論述青銅的成分、制備工藝和不同處理狀態(tài)合金的組織和性能。 4.1 類別及牌號 4.1.1 類別： 原來：青銅是指CuSn 合金因久遠(yuǎn)青銅器的表面顏色而得名為青銅（其組織中的 相呈青白色）。 后來：青銅的范圍有了擴展、現(xiàn)把除CuZn 黃銅和CuZn 白銅之外的銅合金都叫青銅。 主要有：CuSn 錫青銅 CuAl 鋁青銅 CuBe 鈹青銅 CuT

28、i 鈦青銅 4.1.2 牌號 按第一主要添加元素（Sn、Al、Be）來命名 并以“Q + 主添元素符號+ 除Cu外的成份數(shù)字組”表示。（與黃銅不同）例如：QSn6.50.4 表示含6.5%Sn 和0.4%P 的錫青銅。（又叫錫磷青銅） 下面對三種主要的青銅：錫青銅、鋁青銅、鈹青銅分別介紹： 4.2 錫青銅 錫青銅是含錫、鋅、鉛或磷的銅合金。其中，元素鋅除強化銅-錫固溶體( )外，還改善合金的流動性，減少結(jié)晶溫度范圍，減輕反偏析的程度，提高合金的充型能力和補縮能力，鉛以單質(zhì)相存在，分布于枝晶間，減少晶間顯微縮孔，有利于提高鑄件的致密度，改善合金的耐磨性的切削性能，元素磷在銅中的溶解度很小，主要以

29、( +Cu3P)共晶的形式存在，以Cu3P 化合物有很高的硬度，顯著地提高合金的力學(xué)性能，同時，元素磷還能顯著地降低銅合金熔體的表面張力，提高熔體的流動性和充型能力。 錫青銅具有較高的強度，良好的抗滑動摩擦性，優(yōu)良的切削性能和良好的焊接性能，在大氣、淡水中有良好的耐腐蝕性能。 4.2.1 牌號、品種、規(guī)格與供應(yīng)狀態(tài) 20 (1) 材料牌號：QSN4-4-2.5 相近牌號：C54400(美國)、C5541(日本) 品種、規(guī)格與供應(yīng)狀態(tài)見下表 (2) 化學(xué)成分 QSN4-4-2.5 的化學(xué)成分見下表 4.2.2 組織、成份及相圖分析 (1) 成份：工業(yè)上錫青銅314Sn其中形變用的錫青銅由于對塑性

30、要求較高，形變合金 78Sn。 (2) CuSn 相圖分析 豎虛線補充說明。從相圖可看出兩點： 相圖上的轉(zhuǎn)變與各相：轉(zhuǎn)變有包晶反應(yīng)、共析反應(yīng)： 21 工業(yè)青銅Sn 含量314%時，只有 、 、 、 幾個相主要相： Sn 在Cu 中的置換固溶體S.S. f cc 結(jié)構(gòu) 電子化合物Cu5Sn為基的ss. bcc結(jié)構(gòu) 電子化學(xué)Cu31Sn8為基的SS. 復(fù)雜立方結(jié)構(gòu) 只在高溫下穩(wěn)定T，共析分解 電子化合物Cu31Sn8為基的固溶體， 復(fù)雜立方結(jié)構(gòu)，低溫下穩(wěn)定，性能硬脆（不能塑性變形） 相圖特點：結(jié)晶區(qū)間大，T 達100160。 從金屬學(xué)、鑄造角度來看，這會帶來什么后果呢： a) 易造成疏松，分散性縮

31、孔 b) 易產(chǎn)生偏析，如易形成反常偏析 這樣就造成成份不均勻，組織不均勻。 c) Sn在Cu擴散系數(shù)D很?。?0-12 10 13cm2/秒又易造成成份不均勻。 b) 、c) 使結(jié)晶過程難以達到平衡狀態(tài)，枝晶偏析嚴(yán)重，（生產(chǎn)條件下錫青銅鑄態(tài)組織與平衡狀態(tài)相比差別很大）， 見CuSn 相圖的虛線可知。 當(dāng)Sn=56%時，就出現(xiàn)了（ + ）共析組織。 成份與組織的關(guān)系：（成份組織） 生產(chǎn)條件下： 當(dāng)Sn56%時，組織為樹枝狀 相 當(dāng)Sn56%時，組織為樹枝狀 +（ + ）共析體 而Sn10%時，組織為樹枝狀 +（ + ）共析體（ + ）共析體 相硬而脆，不能進行塑性加工，（ + ）多是不利的。 形

32、變合金選78%Sn 的原因就在這里。 另外，對形變用錫青銅，為了提高其加工性，根據(jù)金屬學(xué)消除晶內(nèi)偏析知識 均勻化退火：對鑄錠在600700，長時間（如712hr）退火，則鑄態(tài)錫青銅可獲得單相的 組織（等軸晶）。 4.2.3 錫青銅的性能及與成份組織的關(guān)系 錫青銅的許多優(yōu)良性能與其成份組織有密切的關(guān)系。 4.2.3.1 鑄造性能： 鑄造性能好主要是講其成型性好。 結(jié)晶區(qū)間T 大：100160。 T 結(jié)晶大帶來的第一個后果就是：易形成疏松，分散縮孔，鑄造收縮率 22 是有色合金中最小的。 結(jié)晶時體積收縮率小，充滿鑄模的能力大，這樣在鑄造時就無需設(shè)冒口了 成形性好，可鑄造出形狀復(fù)雜，花紋清晰、細(xì)致的

33、青銅工藝品來。 4.2.3.2 耐磨性：好 T 結(jié)晶大第二個后果：易產(chǎn)生偏析，對青銅來說是反偏析。Sn 在鑄件表面的含量（23 倍）， 產(chǎn)生大量的（ + ）共析。 而耐磨性包括抗磨、減磨兩方面 相硬脆 相是軟基底，抗磨性增加。 疏松，分散縮孔多，可大量貯藏潤滑油，使f，減磨性。這樣，由于同時其備了耐磨性的兩個方面，錫青銅耐磨性好。 4.2.3.3 耐蝕性：錫青銅表面有 含Sn 的細(xì)密保護膜 由Cu2O及2CuCO3Cu(OH)2 構(gòu)成的保護膜 比黃銅的耐蝕性好。而且隨Sn%（至 10%Sn） 耐蝕性。青銅器幾千年地下/ 風(fēng)雨日曬不壞的原因也就在這里。 4.2.4 機械性能：（錫青銅具有較好的機

34、械性能）見曲線。 在 相區(qū)：Sn%， b， % 鑄態(tài)Z 態(tài)：Sn=56% ， max、 而M 態(tài)：Sn=10% max 在 + 相區(qū)：（由于出現(xiàn)硬脆的 相） Sn%， b， % 當(dāng)Sn%=2123% b max （當(dāng)）Sn23% 由于 相增多，使 b） 4.2.5 壓力加工工藝性能：一般來講，二元錫青銅是很難熱加工的 原因：熱加工塑性差 相塑性 ，隨T而； 由于T 大導(dǎo)致的疏松、縮孔多、偏析嚴(yán)重使塑性 不容易加工； 雜質(zhì)的影響：由于Bi、Pb 等形成易熔共晶，使熱塑性。 工業(yè)上錫青銅很少用二元的，而是用加了其它合金元素的多元錫青銅。加入合金元素改善鑄錠質(zhì)量。 23 主要添加元素有P、Zn、Pb

35、、Ni 等 4.2.5.1 P 的作用與錫磷青銅： 如Q Sn 6.50.1 或（0.4） P 的作用，概括起來為：脫氧、增加鑄造時的流動性，固溶強化、提高耐磨性、耐蝕性 下面略加說明： 脫氧：P 本身就是強烈的脫氧劑，能去掉含O 氧夾雜物 增加流動性：P 既然使金屬液體中的雜質(zhì)減少，自然使（鑄造時的）流動性。 固溶強化：當(dāng)P 加入適量時，可對 基體起固溶強化作用從而提高 b、 -1 和疲勞強度 但 P 在（錫青銅）CuSn 中的極限溶解度Cmax0.2% 工業(yè)中P 的加入量一般為；P0.40.5% 若超過，會出現(xiàn)（ + +Cu3P）共晶，T熔=628 這是易熔共晶，熱軋時出現(xiàn)熱脆0.5%P。

36、 錫磷青銅在工業(yè)廣泛用來作彈性材料，就其壓力加工來說，一般認(rèn)為錫磷青銅也是難以進行熱加工的，只能冷軋成材。 但國內(nèi)一些工廠：701 廠、上海銅廠、常州銅材廠成功地進行了熱軋。這大大提高了生產(chǎn)效率，降低了成本。 4.3 物理及化學(xué)性能 4.3.1 物理性能 密度：9000kg/m 3 熱性能： 熔化溫度范圍：927999 熱導(dǎo)率： =87.12W/(m.) 比熱容：C=376J/(kg .) 線膨脹系數(shù)： =18.0 ×10 -6 -1 (20 ), =19.0 ×10 -6 -1 (20 500) 電性能： 導(dǎo)電率：g=19.8% IACS 電阻率：0.087 .m 4.3

37、.2 化學(xué)性能 合金在大氣、淡水和海水中有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，在不同介質(zhì)中的腐蝕速度見下表 24 4.3.3 熱處理 QSN4-4-2.5 合金不能熱處理強化。退火溫度：480650。消除應(yīng)力退火溫度： 200290 。 4.3.4 力學(xué)性能 (1) 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能見下表 (2) 硬度 QSN4-4-2.5 合金的硬度見下表 室溫硬度 高溫硬度 (3) 拉伸性能 供應(yīng)狀態(tài)QSN4-4-2.5 合金的拉伸性能見下表 不同加工變形率和不同溫度退火后材料的拉伸性能見下圖 25 拉伸性能與變形率的關(guān)系 拉伸性能和退火溫度的關(guān)系 原材料： =4mm 軟板材 原材料： =4mm硬板材 QSN4-4-2.

38、5 合金拉伸性能見下表 4.4 鋁青銅 力加工材料。它具有如下的各種優(yōu)點性能優(yōu)點： 具有比錫青銅更高的機械性能，可以與鋼相比美：強度、沖擊韌性、疲勞強度 耐蝕、耐磨；耐寒、耐熱；沖擊不生火花；耐蝕性比錫青銅更好，（因 CuAl合金表面生成Al和Cu的氧化物混合體，是牢固的氧化膜。） Al2O3 流動性比錫青銅好，可獲得致密的鑄錠或鑄件， 鋁青銅的T 結(jié)晶只有1030與黃銅類似； 流動性好，易于獲得致密的鑄件。 4.5 鈹青銅 4.5.1鈹青銅是典型的時效強化合金。性能優(yōu)點： 26 強度是銅合金中最高的，它可時效強化，且強化效果大 合金經(jīng)“淬火冷加工成形時效”處理后高的強度： b可達150kg/

39、mm2 具有高的硬度：HV370高的彈性極限： e可達80kg/mm2 并且彈性滯后小，彈性穩(wěn)定性好，耐疲勞。 耐磨、耐蝕、耐寒，無磁性，導(dǎo)電、導(dǎo)熱、沖擊不生火花等良好性能。 是工業(yè)中一種具有優(yōu)良的綜合性能的重要材料。用途：廣泛用作各種高級彈性元件，換向開關(guān)，電接觸器，耐磨零件以及沖擊不生火花的工具等。 4.5.2 鈹青銅的性能 4.5.2.1 機械性能 （1）成份的影響 由實驗曲線證明Be%，時效強化效果， b。 （2）冷加工的影響 鈹青銅的生產(chǎn)工藝流程是這樣安排的：淬火冷加工時效 淬火得 過飽和，塑性極好。經(jīng)冷加工， 隨 %， b，HB這也叫 “形變時效”。以這種工藝，經(jīng)冷加工后再進行時效

40、處理不僅 b，HB更可貴的是使彈性極限 e顯著提高，彈性滯后這對儀表彈簧意義重大。 4.5.2.2 熱處理性能 二元鈹青銅：加熱時晶粒極易長大，要控制加熱T、 。冷卻時過飽和固溶體分解速度很快 要盡快冷卻。另外可加入合金元素Ni 等。 能延緩再結(jié)晶，阻止合金加熱時的晶粒長大；顯著減慢 相在淬火過程中的分解，提高淬透性、可淬性。 4.5.2.3 耐蝕性 （1）在一般介質(zhì)中，比黃銅、錫/ 鋁青銅的耐蝕性更好 鈹青銅在各種大氣中都是穩(wěn)定的，在淡水、海水中的腐蝕速度也很小。 （2）在鹵素氣體（F2、Cl2、Br2、I2）中，高溫下不耐蝕，產(chǎn)生脫Be。 （3）當(dāng)處于拉應(yīng)力狀態(tài)時，由于潮濕、氨和空氣的作用

41、會產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕破裂S.C.C。 4.5.3 鈹青銅的晶界反應(yīng)問題 這是Be 青銅的一大缺點，生產(chǎn)中要注意克服 定義：在一種合金的時效過程中，當(dāng)其晶粒內(nèi)部發(fā)生脫溶時，晶界早已過時效了，從而使合金變軟的現(xiàn)象叫晶界反應(yīng)。過飽和GP過渡相1過渡相2平衡相。 27 4.5.4 鈹青銅的生產(chǎn)工藝特性 不同的材料有不同的特性，對鈹青銅來說：主要合金元素是Be，而Be 的特性是 有毒 極易氧化 這兩個特性在生產(chǎn)當(dāng)中就反應(yīng)到鈹青銅的工藝特性上： 鈹青銅只有“西北銅”“洛銅”還有上海一個廠生產(chǎn)。只要摸透到了它的脾氣就好加工。 5. 白銅（簡述） 白銅是Cu-Ni 合金，Ni>20%時看起來雪白銀亮。Ni 顯

42、著地提高Cu 的機械性能、抗蝕性、電阻和熱電勢。 5.1 白銅的性能、用途與分類 5.1.1 性能與用途 （1）白銅的突出優(yōu)點：耐蝕性好（用白銅做的器具不容易生銅綠，銀光閃閃）。常常用來制造耐蝕結(jié)構(gòu)件、精密儀器和裝飾品。 （2）具有中等以上的強度、彈性好，易于冷熱壓力加工、易于焊接。制造彈簧，接插件。 （3）具有極高的電阻、熱電勢和非常小的電阻溫度系數(shù)，用于做熱電偶補償導(dǎo)線、精密電阻和熱電偶。 5.1.2 分類： 從用途分白銅分為： 耐蝕用：白銅、Zn 白銅、Al 白銅 電工用：白銅、Mn 自銅 從成份分： 簡單白銅：B10、B20、B30 復(fù)雜白銅： Zn 白銅（“德國銀”） Fe 白銅 M

43、n 白銅 Al 白銅 5.1.3 Cu-Ni 相圖分析與調(diào)幅分解 5.1.3.1 Cu-Ni 相圖 28 （1）Cu-Ni 合金可形成無限互溶的固溶體但另外，Cu-Ni 相圖還有另一個特點： （2）Cu-Ni 合金在322以下的溫度范圍內(nèi)存在一個“亞穩(wěn)分解”（又稱調(diào)幅分解）的寬的“成份溫度”區(qū)域。 5.1.3.2 調(diào)幅分解 定義：就是單相固溶體在某溫度以下的溫度范圍內(nèi)溶質(zhì)原子自發(fā)地發(fā)生上坡擴散，由均勻的固溶體出現(xiàn)成份調(diào)幅的結(jié)構(gòu)，即分解為兩混合物，這就稱為調(diào)幅分解。 如Cu-Ni 二元相圖在322以下的T范圍： 1+ 2 特點： 1、 2和 的晶格類型相同（f.c.c）但成份各異 在調(diào)幅分解中溶

44、質(zhì)的富區(qū)與貧區(qū)之間沒有清晰的相界面 富區(qū)的生長是上坡擴散的過程 1、 2是彌散、均勻、細(xì)致的混和物 意義：亞穩(wěn)分解的組織可使合金具有很高的強度，同時又有很好的塑性，亞穩(wěn)分解是制取高強度，高塑性合金的重要途徑之一。 在Cu-Ni 二元合金中分別加入某些合金元素可改變調(diào)幅分解的成份 溫度區(qū)的大小位置，從而改善合金性能。 白銅的典型用途 29 銅與銅合金牌號總結(jié) 30 銅的種類與區(qū)分 有很多人都認(rèn)為.銅.就是只有一種.它就是唯一.但其實還有其他不同種類的銅的.比如合金銅.下面就慢慢的介紹吧. 一、純銅 純銅是玫瑰紅色金屬，表面形成氧化銅膜后呈紫色，故工業(yè)純銅常稱紫銅或電解銅。密度為89g/cm?，熔點1083.純銅導(dǎo)電性很好，大量用于制造電線、電纜、電刷等；導(dǎo)熱性好，常用來制造須防磁性干擾的磁學(xué)儀器、儀表，如羅盤、航空儀表等；塑性極好，易于熱壓和冷力加工，可制成管、棒、線、條、