合金材料及熔煉3

1、合金材料及熔煉合金材料及熔煉 有色合金部分有色合金部分3 鑄造銅合金鑄造銅合金呂書(shū)林呂書(shū)林華中科技大學(xué)材料學(xué)院華中科技大學(xué)材料學(xué)院材料成形及控制工程專業(yè)課程鑄造合金原理及熔煉教案23.2 3.2 鑄造銅合金鑄造銅合金3.2.1 3.2.1 鑄鑄造造銅銅合金的分合金的分類類 銅合金強(qiáng)度高銅合金強(qiáng)度高 b b ：(600900)MPa(600900)MPa，韌性好，韌性好 ：2020 2525，并有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性。，并有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性。 錫青銅錫青銅Cu-Sn鋁青銅鋁青銅Cu-Al鉛青銅鉛青銅Cu-Pb鑄造銅合金鑄造銅合金青銅青銅黃銅黃銅普通黃銅普通黃銅Cu-Zn特殊黃銅特殊黃銅(Si、M

2、n、Al)3純銅導(dǎo)線純銅導(dǎo)線、導(dǎo)導(dǎo)管和棒材管和棒材3.2 3.2 鑄造銅合金鑄造銅合金純銅純銅43.2 3.2 鑄造銅合金鑄造銅合金錫青銅錫青銅最古老的最古老的鑄鑄造合金造合金青銅青銅53.2 3.2 鑄造銅合金鑄造銅合金耐磨件耐磨件青銅青銅軸軸承承渦輪渦輪軸軸套套軸軸瓦瓦齒輪齒輪63.2 3.2 鑄造銅合金鑄造銅合金黃銅黃銅強(qiáng)度強(qiáng)度較較高的耐高的耐蝕蝕件件73.2.2 3.2.2 鑄造錫青銅鑄造錫青銅一、一、Cu-SnCu-Sn二元合金二元合金Sn15%,Sn20% 20% 。 比比錫青銅錫青銅更耐酸、更耐酸、堿堿腐腐蝕蝕（AlAl2 2O O3 3膜）。膜）。主要用途：船舶螺旋槳船舶螺旋槳

3、；代不；代不銹鋼銹鋼作耐作耐蝕蝕零件。零件。蝸輪、齒輪、軸套等。蝸輪、齒輪、軸套等。 艦船用銅合金螺旋槳1516二、合金化二、合金化 常在常在Cu-AlCu-Al二元合金中加入二元合金中加入FeFe、MnMn、NiNi等元素，進(jìn)一等元素，進(jìn)一步提高鋁青銅的性能。步提高鋁青銅的性能。3.2.3 3.2.3 鑄造鋁青銅鑄造鋁青銅1 1、FeFe的作用及的作用及鋁鐵青銅鋁鐵青銅：形成形成k k相（相（CuFeAlCuFeAl化合物），凝化合物），凝固時(shí)以細(xì)小質(zhì)點(diǎn)出現(xiàn)，細(xì)化固時(shí)以細(xì)小質(zhì)點(diǎn)出現(xiàn)，細(xì)化 晶粒；晶粒；k k相硬質(zhì)點(diǎn)提高鋁青銅相硬質(zhì)點(diǎn)提高鋁青銅的強(qiáng)度和塑性的強(qiáng)度和塑性，提高耐磨性。，提高耐磨性

4、。 常用的鋁鐵青銅牌號(hào)是常用的鋁鐵青銅牌號(hào)是10-310-3鋁青銅（鋁青銅（ZCuAl10Fe3ZCuAl10Fe3），），含含1010AlAl和和3 3FeFe，余為，余為CuCu。173.2.3 3.2.3 鑄造鋁青銅鑄造鋁青銅2 2、MnMn的作用及的作用及鋁錳青銅鋁錳青銅：縮小縮小單相區(qū)單相區(qū)；提高提高相的穩(wěn)定性，相的穩(wěn)定性， 抑制抑制+2共析反應(yīng)，從而減少共析反應(yīng)，從而減少2相出現(xiàn)，減弱相出現(xiàn)，減弱“緩冷脆性緩冷脆性”。 常用的鋁錳青銅牌號(hào)是ZCuAl9Mn2、ZCuAl8Mn13Fe3 。 制造船用和化工機(jī)械的高壓閥門，亦可用作中等負(fù)荷的耐磨零件。 3 3、鋁鎳青銅、鋁鎳青銅 同時(shí)

5、加入同時(shí)加入4Fe，4Ni，構(gòu)成，構(gòu)成Cu-Al-Fe-Ni合金。不會(huì)合金。不會(huì)出現(xiàn)出現(xiàn)相以及由它產(chǎn)生的相以及由它產(chǎn)生的2相，可有效地相，可有效地消除消除“緩冷脆性緩冷脆性”。 Ni還可固溶強(qiáng)化、并形成還可固溶強(qiáng)化、并形成Al-Ni耐熱硬質(zhì)相。耐熱硬質(zhì)相。 ZCuAl9Fe4Ni4Mn2，含(8.510)Al，(4.05.0)Fe，(4.05.0)Ni，(0.82.5)Mn，它具有高的力學(xué)性能(砂型鑄造時(shí)， b b630MPa，16） 183.2.5 3.2.5 鑄造黃銅鑄造黃銅Cu-ZnCu-Zn合金合金 Zn Zn在銅中固溶度很大，強(qiáng)化效果好，黃銅力學(xué)性能在銅中固溶度很大，強(qiáng)化效果好，黃銅

6、力學(xué)性能高于青銅，但抗蝕性和耐磨性不如青銅。高于青銅，但抗蝕性和耐磨性不如青銅。 Zn Zn的價(jià)格低于的價(jià)格低于SnSn、CuCu、AlAl，因此黃銅比青銅便宜，因此黃銅比青銅便宜，用途極為廣泛，如水箱帶、供排水管、獎(jiǎng)?wù)隆⒉y管、用途極為廣泛，如水箱帶、供排水管、獎(jiǎng)?wù)?、波紋管、冷凝管、彈殼及各種形狀復(fù)雜的沖制品、小五金件等。冷凝管、彈殼及各種形狀復(fù)雜的沖制品、小五金件等。193.2.5 3.2.5 鑄造黃銅鑄造黃銅一、一、Cu-ZnCu-Zn二元二元黃銅黃銅合金的合金的組織組織 實(shí)際實(shí)際生生產(chǎn)產(chǎn)中冷卻速度下：中冷卻速度下：室溫時(shí)最大溶解度不是室溫時(shí)最大溶解度不是3939，而是而是3030左右，

7、即含左右，即含Zn30Zn30可可能有能有+兩相出現(xiàn)兩相出現(xiàn)；含含(37(374040)Zn)Zn的二元黃銅，的二元黃銅，鑄態(tài)組織由鑄態(tài)組織由+兩相構(gòu)成兩相構(gòu)成 生生產(chǎn)應(yīng)產(chǎn)應(yīng)用的用的黃銅黃銅含含ZnZn量量50%50%。Cu-ZnCu-Zn二元相二元相圖圖203.2.5 3.2.5 鑄造黃銅鑄造黃銅 ZCuZn40Mn3Fe1 ZCuZn40Mn3Fe1砂型砂型鑄鑄造造組織組織 黑色、灰色基體為黑色、灰色基體為 相相（電子化合物固溶體，（電子化合物固溶體，硬而脆，強(qiáng)化效果好）；硬而脆，強(qiáng)化效果好）；白色條狀為白色條狀為 相；相；少量深灰色顆粒狀少量深灰色顆粒狀FeFe相。相。 組織構(gòu)組織構(gòu)成：

8、成：213.2.5 3.2.5 鑄造黃銅鑄造黃銅二、二、Cu-ZnCu-Zn合金的性能合金的性能 1 1力力學(xué)學(xué)性能性能2. 2. 鑄鑄造性能造性能3. 3. 耐耐蝕蝕性能性能47475050時(shí)時(shí)，組織為單組織為單相相 結(jié)晶溫度范圍很小。流動(dòng)性、縮松結(jié)晶溫度范圍很小。流動(dòng)性、縮松？在大氣和淡水中的耐蝕性很好，在大氣和淡水中的耐蝕性很好，但在海水、熱水、酸中常發(fā)生但在海水、熱水、酸中常發(fā)生“脫鋅脫鋅”（鋅電位低，首先被溶（鋅電位低，首先被溶蝕）。蝕）。223.2.5 3.2.5 鑄造黃銅鑄造黃銅三、特殊三、特殊黃銅黃銅 在銅鋅合金基礎(chǔ)上加入在銅鋅合金基礎(chǔ)上加入MnMn、A1A1、SiSi、FeF

9、e、SnSn、NiNi等合等合金元素構(gòu)成三元、四元或多元黃銅，即特殊黃銅。金元素構(gòu)成三元、四元或多元黃銅，即特殊黃銅。 合金元素同鋅類似的固溶強(qiáng)化作用合金元素同鋅類似的固溶強(qiáng)化作用鋅當(dāng)量鋅當(dāng)量X： 表表 合金元素的鋅當(dāng)量系數(shù)值合金元素的鋅當(dāng)量系數(shù)值 %100CBACAXA A含含鋅鋅量（量（%）；）；B B含含銅銅量（量（%）; C; C其其它它元素的含量元素的含量（%）；）； 鋅當(dāng)鋅當(dāng)量系量系數(shù)數(shù) 。正。正號(hào)號(hào)：增：增ZnZn作用；作用；負(fù)號(hào)負(fù)號(hào)：減減ZnZn作用作用233.2.5 3.2.5 鑄造黃銅鑄造黃銅例，例，ZCuZn40Mn3Fe1ZCuZn40Mn3Fe1錳黃銅錳黃銅( (合金

10、成分：合金成分：55%Cu55%Cu、3.5%Mn3.5%Mn、1%Fe1%Fe、40.5%Zn)40.5%Zn)的鋅當(dāng)量為的鋅當(dāng)量為X X： 40.5(0.5 3.50.9 1)100%44%40.555(0.5 3.50.9 1)X1. 1. 鋁黃銅鋁黃銅 鋁的鋁的 6 6，加鋁后可顯著縮小，加鋁后可顯著縮小 區(qū)，使區(qū)，使 相增多，提相增多，提高黃銅的強(qiáng)度和硬度，降低塑性。高黃銅的強(qiáng)度和硬度，降低塑性。 為防止脆化，為防止脆化， Al7%Al7%。 ZCuZn31Al2ZCuZn31Al2，ZCuZn25Al6Fe3Mn3(25-6-3-3ZCuZn25Al6Fe3Mn3(25-6-3-3

11、鋁黃銅鋁黃銅) )等等 243.2.5 3.2.5 鑄造黃銅鑄造黃銅25-6-3-325-6-3-3， b b740MPa740MPa，HBS1665HBS1665，7%7%，為為強(qiáng)度最高的特殊強(qiáng)度最高的特殊黃銅黃銅，兼有良好的耐磨性，適中的塑性和好的抗兼有良好的耐磨性，適中的塑性和好的抗蝕蝕性。性。 制造重型機(jī)器上承受摩擦和高負(fù)荷的重要零件，如大齒輪，壓緊螺制造重型機(jī)器上承受摩擦和高負(fù)荷的重要零件，如大齒輪，壓緊螺母，大型蝸桿等。母，大型蝸桿等。 253.2.5 3.2.5 鑄造黃銅鑄造黃銅2. 2. 錳黃銅錳黃銅 加入加入(1%3%)Mn(1%3%)Mn，則顯著提高黃銅的強(qiáng)度和屈服極限，則

12、顯著提高黃銅的強(qiáng)度和屈服極限，又不顯著降低塑性。又不顯著降低塑性。 ZCuZn40Mn2ZCuZn40Mn2； ZCuZn38Mn2ZCuZn38Mn2PbPb2 2 （磨、切磨、切） 制造在較高溫度下制造在較高溫度下(300 (300 以下以下) )工作而且要求強(qiáng)度和耐蝕性能較好的工作而且要求強(qiáng)度和耐蝕性能較好的重要機(jī)器零件，如螺旋槳。重要機(jī)器零件，如螺旋槳。 263.2.5 3.2.5 鑄造黃銅鑄造黃銅3. 3. 硅硅黃銅黃銅 硅的鋅當(dāng)量最大硅的鋅當(dāng)量最大(10)10)，少量硅就會(huì)使，少量硅就會(huì)使 區(qū)顯著縮小，強(qiáng)區(qū)顯著縮小，強(qiáng)度和硬度提高，而塑性下降。度和硬度提高，而塑性下降。 加硅其他優(yōu)點(diǎn)：縮小結(jié)晶溫度范圍，提高充型能力；減少加硅其他優(yōu)點(diǎn)：縮小結(jié)晶溫度范圍，提高充型能力；減少疏松傾向；表層形成致密氧化膜，提高抗蝕性。疏松傾向；表層形