銅及銅合金性質(zhì)、研究與應(yīng)用

1、提綱 銅的物理特性 銅的金屬學(xué)原理和關(guān)鍵技術(shù) a機械性能 b加工性能 c熱處理 d銅的防護 銅的合金化原理和關(guān)鍵技術(shù) a導(dǎo)電模型 b強化模型 c相圖與改性 分析測試技術(shù)第一章銅的物理特性1. 20°c,純銅的彈性模量為105-137gpa,切變模量為3848gpa。2. 比熱容385420j/(kgk)3. 熔化潛熱212.5kj/kg4. 電阻溫度系數(shù)0.00393/k5. 沸點 2350-2600°c6. 熔點 1084. 5°c7. 20°c, 99.9999%加工純銅密度為 8958kg/m導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性僅次于ag。 雜質(zhì)p、si、fe、ti、b

2、e、al、mn等對導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性影響較大；硫化物、氧化物、 硅酸鹽、pb、bi等夾雜物影響較小。 電極電位較正一一耐蝕一一大氣、淡水、低速海水，與其它金屬接觸成為陰極，發(fā)生陽 極腐蝕。 無磁性一一不受磁場干擾的磁學(xué)儀器。 冷變形80%后導(dǎo)電率下降不到3%一導(dǎo)線。1913年，國際退火銅標(biāo)準(zhǔn)確定:采用密度為8.89g/cm長度為lm、重量為更、電阻為0.15328 歐姆的退火銅線作為測量標(biāo)準(zhǔn)。在20攝氏度下，上述退火銅線的電導(dǎo)率為58. oms/m時確 定為100%iacs(國際退火銅標(biāo)準(zhǔn))，其他任何材料的電導(dǎo)率(%iacs冋用下式進(jìn)行計算：電導(dǎo)率(%iacs)=電導(dǎo)率/58.0* 100%電導(dǎo)率

3、是電阻率的倒數(shù)，也就是說a ms/m等同于1/a pq*m1.7241uq*cm 被定義為 100%iacs銅的分類*紫銅:系指純銅，主要品種有無氧銅、紫銅、磷脫氧銅、銀銅；*黃銅:系指銅與鋅為基礎(chǔ)的合金，又可細(xì)分為簡單黃銅和復(fù)雜黃銅，復(fù)雜黃銅中又以第三組 元冠名為鐮黃銅、硅黃銅等；*青銅:系指除銅線、銅鋅合金以外的銅基合金，主要品種有錫青銅、鋁青銅、特殊青銅（乂 稱高銅合金）;泊銅:系指銅鎳系合金。第二章銅的金屬學(xué)原理和關(guān)鍵技術(shù) 偏析可分為三種類型，即晶內(nèi)偏析、區(qū)域偏析和比重偏析。對于某一種合金而言，所產(chǎn)生的 偏析往往有i種主要型式，但有時，由于鑄造條件的彫響，幾種偏析也可能同時出現(xiàn)。一、晶

4、內(nèi)偏析晶內(nèi)偏析，又稱樹枝狀晶偏析，簡稱枝晶偏析。其特征是同一個晶粒內(nèi)，各部分化學(xué)成分 不一致，并且往往在初晶軸線上含有熔點較高的成分多。如錫青銅在晶粒軸線上往往含銅 較多，含錫較少，而枝晶邊緣則相反，這就是晶內(nèi)偏析。*鑄件內(nèi)產(chǎn)生晶內(nèi)偏析，一般有二個先決條件，第一，合金的凝固有一定的溫度范圉；第二， 合金結(jié)晶凝固過程中原子擴散速度小于結(jié)晶生長速度。*一般的情況下，合金的凝固溫度范圍愈大，鑄件結(jié)晶及冷卻速度愈快，則原子擴散愈難于 進(jìn)行完全，晶內(nèi)偏析現(xiàn)象愈嚴(yán)重。因此，晶內(nèi)偏析多產(chǎn)生于凝固溫度范圍較大，能形成固熔 體的合金中。*為了防止某些合金的晶內(nèi)偏析，可以采取細(xì)化晶粒措施，以縮短原子擴散距離；或適

5、當(dāng)提 高澆注溫度，延緩冷卻速度，以延長原子擴散時間但澆注溫度不得過高，否則會造成氧化、 吸氣、晶粒粗大等弊病。當(dāng)鑄件內(nèi)已存在晶內(nèi)偏析時，可考慮采用長則間的擴散退火熱處理， 以求得到改善。二、區(qū)域偏析 區(qū)域偏析，即在整個鑄件斷面上，各部分化學(xué)成分不一致的現(xiàn)彖，它主要由于合金進(jìn) 行選擇凝固所引起的。 區(qū)域偏析可分為正向和逆向偏析正向偏析是熔點較低的成分或合金元素熔質(zhì)集中在 鑄件的中心和上部，其含量從鑄件邊緣至中心逐漸增加。逆向偏析則相反，熔點較低 的成分或合金元素熔質(zhì)集聚在鑄件邊緣。如在銅合金屮，硅黃銅易出現(xiàn)止向偏析現(xiàn)象, 即鑄件屮心含硅較多；錫青銅則易產(chǎn)生逆向偏析現(xiàn)象，即鑄件表面層含錫較多。 合

6、金在一定溫度范圍內(nèi)結(jié)晶，是產(chǎn)生區(qū)地域偏析的基木原因。當(dāng)凝固溫度范圍較小時, i般傾向產(chǎn)生正向偏行；當(dāng)凝固溫度范圍較大吋，樹枝狀品又很發(fā)達(dá)時，較易產(chǎn)生逆 向偏析。 鑄件表面常出現(xiàn)的一種含熔質(zhì)元素較多的“汗珠”、“偏析疤”，是一種逆向偏析現(xiàn)象， 如錫青銅鑄件表面的“錫汗”就是這種情形。這是當(dāng)合金表而形成層硬殼以后，或因 內(nèi)部合金液析出氣體的壓力作用，或因硬殼的固態(tài)收縮承受不了內(nèi)部合金液的靜壓力 的作用，或因鑄件本身產(chǎn)生熱應(yīng)力等緣故而使其硬殼斷裂,未凝固的液體含熔質(zhì)較多, 熔點較低流出硬殼以外并表現(xiàn)在鑄件表面的結(jié)果。 對此情況，常需加強對合金的除氣精煉等措施加以防止。對于區(qū)域偏析，不能以均勻 化擴散

7、退火去消除，因為偏析區(qū)域較廣，要求偏析元素的擴散距離較長，在實用的退 火溫度和時間內(nèi)不可能均勻擴散。故應(yīng)以預(yù)防為主的原則加以避免。 為此，第一，要正確選擇合金；笫二，要有合理的鑄件結(jié)構(gòu)如避免肥厚斷面以防止硅 黃銅鑄件出現(xiàn)區(qū)域偏析；第三，要正確控制冷卻速度如使冷卻速度很慢，結(jié)晶過程按 穩(wěn)定系統(tǒng)進(jìn)行;或使冷卻速度很快，整個結(jié)晶過程在很短時間內(nèi)完成。三、比重偏析 rti于合金中兩組元比重不同，而在同一鑄件中出現(xiàn)上下部分成分不致的現(xiàn)象，即比里偏 析。岀現(xiàn)這種偏析時，鑄件上部合金中某一成分較多，而萬部另一成分較多。比重偏析 的形成情況也有不同。有的是因為合金中兩組元在液態(tài)下互不相溶如鋼鉛合金，當(dāng)合金 液

8、放置過久吋，便形成互不滲合的分層，比重大的合金組元沉在下面，而比重小的浮在 上面:有的是因為在攪拌不均的情況下，當(dāng)合金進(jìn)行選擇凝固時，在生長著的晶體四周， 所形成的含合金元素較多的液體，由于比重與母液不同而上浮或下沉;有的是因為先形 成的含合金元素較少的晶體，由于比重與母液不同而上浮或下沉。如果初晶形狀簡單, 分叉很少，則使比重偏析很易發(fā)生。 對于易產(chǎn)生比重偏析的合金，必須采取措施，防止缺陷的形成。通常的做法是；加入某 種合金元素，改變初晶形狀；加大冷卻速度如在冷水噴射器冷卻下，澆注鉛青銅軸瓦; 合理控制鑄件凝固方向等。較嚴(yán)重的鑄件偏析缺陷，通過宏觀分析即可發(fā)現(xiàn)。輕微偏析 者，則需經(jīng)金相檢驗及化學(xué)成分分析才能發(fā)現(xiàn)。力學(xué)性能及其含義強度指標(biāo)： 屈服強度：材料產(chǎn)生明顯塑性變形時的應(yīng)力 抗拉