金屬材料學第10章___銅合金

1、第第1010章章 銅合金銅合金 銅及銅合金是人類歷史上使用最早的金屬銅及銅合金是人類歷史上使用最早的金屬材料之一。由于銅具有優(yōu)良的性能及美麗的材料之一。由于銅具有優(yōu)良的性能及美麗的色澤而被廣泛用于電纜、電器核電子設備的色澤而被廣泛用于電纜、電器核電子設備的導電材料、各種熱交換器的傳熱材料、建筑導電材料、各種熱交換器的傳熱材料、建筑材料以及裝飾品等。材料以及裝飾品等。 隨著科學技術的發(fā)展，使用范圍不斷擴大，隨著科學技術的發(fā)展，使用范圍不斷擴大，如大規(guī)模集成電路、超導電線、超導電磁體、如大規(guī)模集成電路、超導電線、超導電磁體、磁力懸浮鐵路核聚變裝置以及形狀記憶合金磁力懸浮鐵路核聚變裝置以及形狀記憶合

2、金等方面都有應用。等方面都有應用。 上左上左: 編鐘編鐘上右上右: 永樂大鐘永樂大鐘下左下左: 越王勾踐青銅劍越王勾踐青銅劍10.1 10.1 黃銅黃銅 黃銅是以鋅為主要元素的銅合金。黃銅是以鋅為主要元素的銅合金。 銅鋅二元合金銅鋅二元合金 普通黃銅；銅鋅普通黃銅；銅鋅 + Me + Me特殊黃銅特殊黃銅 牌牌號號表表示示方方法法普通黃銅普通黃銅：H62表示含表示含62%Cu、38% Zn特殊黃銅特殊黃銅：用：用“H”加主添元素的化學符號再加銅加主添元素的化學符號再加銅含量和添加元素的含量表示。含量和添加元素的含量表示。如如HMn58-2表示表示58%Cu、2% Mn鑄造黃銅鑄造黃銅:用用 “

3、Z”再加銅化學符號和主添元素化再加銅化學符號和主添元素化學符號及含量表示。學符號及含量表示。如如ZCuZn38：Cu為基體元素，為基體元素，Zn為主要合金元為主要合金元素，素，38為鋅的平均質量分數(shù)為鋅的平均質量分數(shù) 一、普通黃銅一、普通黃銅 組組織織 36%Zn 的合金為單相的合金為單相黃銅，黃銅， 3646% Zn合金為合金為+雙相黃銅雙相黃銅 ，易熱加工，為熱加工黃銅。易熱加工，為熱加工黃銅。 性性能能 隨隨Zn,導電導熱性導電導熱性，線脹系數(shù)，線脹系數(shù) 30%Zn時時,隨隨Zn,強度和塑性強度和塑性,達到最高值達到最高值; 32% Zn時，由于出現(xiàn)脆性時，由于出現(xiàn)脆性相，相，塑性塑性，

4、強度，強度 ,在在45%Zn時達最大值時達最大值 銅鋅二元相圖銅端銅鋅二元相圖銅端 鑄態(tài)黃銅性能與鋅含量關系鑄態(tài)黃銅性能與鋅含量關系 黃銅有良好的鑄造性能，即流動性高，偏析黃銅有良好的鑄造性能，即流動性高，偏析傾向小，適用于鑄造復雜和精致的鑄造制品傾向小，適用于鑄造復雜和精致的鑄造制品。 H96、H90等等：有：有金色黃銅金色黃銅之稱。導熱性、之稱。導熱性、抗蝕性好。用于冷凝器、散熱器和抗蝕性好。用于冷凝器、散熱器和工藝品工藝品等等 H70、H68：為：為三七黃銅三七黃銅。強度較高，塑性。強度較高，塑性好，用于冷沖壓、深拉伸的形狀復雜件。大量好，用于冷沖壓、深拉伸的形狀復雜件。大量用于彈殼，所

5、以也稱為用于彈殼，所以也稱為彈殼黃銅彈殼黃銅。鋁。鋁? ? H62：強度高，塑性也好，常、用于水管、：強度高，塑性也好，常、用于水管、油管，也稱為油管，也稱為商業(yè)黃銅商業(yè)黃銅。 二、特殊黃銅二、特殊黃銅 錫黃銅錫黃銅 錫黃銅在普通黃銅中錫黃銅在普通黃銅中+0.51.5%Sn，強強度和硬度及耐蝕性，改善切削加工性。度和硬度及耐蝕性，改善切削加工性。 錫黃銅主要以管、棒、板材大量用于艦艇制錫黃銅主要以管、棒、板材大量用于艦艇制造工業(yè)造工業(yè)，如冷凝管、船舶零件、船艦焊接件的如冷凝管、船舶零件、船艦焊接件的焊條等，故有焊條等，故有海軍黃銅海軍黃銅之稱。之稱。鋁黃銅鋁黃銅 黃銅中加入少量鋁（黃銅中加入少

6、量鋁（0.73.5%）可在表面形）可在表面形成致密和牢固的成致密和牢固的Al2O3膜，膜，耐蝕性。鋁能細化耐蝕性。鋁能細化晶粒，晶粒，硬度和強度。但硬度和強度。但2% Al時塑韌性時塑韌性。 含含2%Al、20% Zn的鋁黃銅具有最高熱塑性，的鋁黃銅具有最高熱塑性，所以所以HAl77-2合金得到廣泛應用。合金得到廣泛應用。 含鋁特殊黃銅焊接比較困難，且有高的應力含鋁特殊黃銅焊接比較困難，且有高的應力腐蝕傾向，必須進行充分低溫退火加以消除。腐蝕傾向，必須進行充分低溫退火加以消除。鎳黃銅鎳黃銅 添加鎳可擴大添加鎳可擴大相區(qū)，故雙相黃銅添加適相區(qū)，故雙相黃銅添加適當?shù)逆嚳赊D變?yōu)閱蜗帱S銅。鎳能當?shù)逆嚳?/p>

7、轉變?yōu)閱蜗帱S銅。鎳能強度、韌強度、韌性、耐蝕性及耐磨性。鎳黃銅適合于冷、熱性、耐蝕性及耐磨性。鎳黃銅適合于冷、熱加工。鎳黃銅具有小的應力腐蝕破裂傾向，加工。鎳黃銅具有小的應力腐蝕破裂傾向，可用來制造海船工業(yè)的壓力表及冷凝管等，可用來制造海船工業(yè)的壓力表及冷凝管等，還可作錫磷青銅的代用品還可作錫磷青銅的代用品。 硅黃銅硅黃銅 加入加入1.54.0%Si，能，能黃銅在海黃銅在海水中的耐蝕性以及抗應力腐蝕能力，改善鑄水中的耐蝕性以及抗應力腐蝕能力，改善鑄造性和焊接性。造性和焊接性。HSi80-3硅黃銅顯微組織為硅黃銅顯微組織為+，主要用于艦船制造和其它工業(yè)中的耐，主要用于艦船制造和其它工業(yè)中的耐蝕零

8、件和接觸蒸汽的配件等。蝕零件和接觸蒸汽的配件等。硅黃銅硅黃銅鉛黃銅鉛黃銅 HPb74-3是單相是單相鉛黃銅，鉛呈細小質點分鉛黃銅，鉛呈細小質點分布在晶界；布在晶界；HPb59-1是雙相（是雙相（+）鉛黃銅。）鉛黃銅。因為因為HPb59-1切削性特別好，稱為切削性特別好，稱為易切黃銅易切黃銅，有足夠高的強度、耐磨性和耐蝕性。廣泛用作有足夠高的強度、耐磨性和耐蝕性。廣泛用作鐘表機芯的基礎部件和汽車、拖拉機等機械零鐘表機芯的基礎部件和汽車、拖拉機等機械零件如襯套、螺釘、電器插座等。件如襯套、螺釘、電器插座等。10.2 青銅青銅 青銅最早是指銅錫合金青銅最早是指銅錫合金 ，含鋁、硅、鈹、錳，含鋁、硅、

9、鈹、錳和鉛的銅基合金，也稱青銅。和鉛的銅基合金，也稱青銅。 通常把銅錫合金稱為錫青銅通常把銅錫合金稱為錫青銅（普通青銅），（普通青銅），其它稱為無錫青銅（特殊青銅）其它稱為無錫青銅（特殊青銅）牌牌號號表表示示 “Q”加上第一個主加元素化學符號及加上第一個主加元素化學符號及含量再加上其它合金元素含量。含量再加上其它合金元素含量。 如如QSn4-3為含為含4%Sn，3% Zn錫青銅；錫青銅； 鑄造青銅：鑄造青銅：“Z”表示鑄造，表示鑄造，“Cu”表示表示銅基體。如銅基體。如ZcuPb30表示鑄造鉛青銅，表示鑄造鉛青銅，鉛的平均質量分數(shù)為鉛的平均質量分數(shù)為30%1 1、銅錫二元合金、銅錫二元合金 組

10、組織織是是Sn固溶于固溶于Cu固溶體，固溶體，F(xiàn)CC結構；結構；是是電子化合物電子化合物Cu5Sn為基的固溶體；為基的固溶體；是是CuSn化合物為基的固溶體；化合物為基的固溶體；是電子化合物是電子化合物Cu31Sn8；是電子化合物是電子化合物Cu3Sn。 錫青銅的顯微組織與錫含量和合金狀錫青銅的顯微組織與錫含量和合金狀態(tài)有關。態(tài)有關。圖圖 銅錫二元合金相圖銅端銅錫二元合金相圖銅端 性性能能 較高強度、硬度和耐磨性較高強度、硬度和耐磨性 。 Sn,強度強度，當，當Sn6%后，后， 伸伸長率長率;Sn20%，出現(xiàn)大量，出現(xiàn)大量相，合金變相，合金變脆，強度脆，強度 。因此，工業(yè)用。因此，工業(yè)用Sn青

11、銅的青銅的Sn含量均在含量均在314%之間。之間。 Sn 78%的合金，有高的塑性和強的合金，有高的塑性和強度，適用于塑性加工；度，適用于塑性加工； 含含Sn10%的合金，因塑性低，只適的合金，因塑性低，只適用于鑄造用。用于鑄造用。 2 2、鋁青銅、鋁青銅特特點點 強度和耐蝕最好，應用廣泛。是錫青銅強度和耐蝕最好，應用廣泛。是錫青銅的重要代用品，但鑄造性和焊接性較差。的重要代用品，但鑄造性和焊接性較差。鋁鋁作作用用 Al，強度和硬度，強度和硬度，塑性，塑性。當。當Al1011%時，時，強度強度、塑性均塑性均。由于由于出現(xiàn)了硬脆出現(xiàn)了硬脆2相所致。相所致。 12% Al 。壓力加工用鋁青銅壓力加

12、工用鋁青銅Al 57%.應應用用 鋁青銅應用較廣泛。用于制造耐磨、耐鋁青銅應用較廣泛。用于制造耐磨、耐蝕和彈性零件，如齒輪、軸套、彈簧以及蝕和彈性零件，如齒輪、軸套、彈簧以及船舶制造中的特殊設備等船舶制造中的特殊設備等3 3、鈹青銅、鈹青銅 鈹青銅是加入鈹青銅是加入1.52.5%Be的銅合金，除的銅合金，除Be外，還加外，還加入鎳、鈦、鎂等合金元素。常用入鎳、鈦、鎂等合金元素。常用QBe2.5、 QBe1.7。性性能能特特點點 淬火狀態(tài)塑性淬火狀態(tài)塑性好好，可冷加工成管、棒、帶材等，可冷加工成管、棒、帶材等各種型材。若經過固溶處理及冷變形后，不僅能各種型材。若經過固溶處理及冷變形后，不僅能提高

13、強度（提高強度（b可可1200MPa），而且能），而且能 p ，特別適用于特別適用于儀表彈簧儀表彈簧處處理理特特點點 固溶處理和快冷是為了獲得過飽和固溶體，固溶處理和快冷是為了獲得過飽和固溶體，時效強化。鈹青銅淬火時時效強化。鈹青銅淬火時必須嚴格控制加熱溫必須嚴格控制加熱溫度度。否則會產生過熱和過燒。加熱溫度過低，富。否則會產生過熱和過燒。加熱溫度過低，富鈹相不能充分溶解，鈹相不能充分溶解，沉淀硬化能力沉淀硬化能力 小小 結結 銅合金中固溶強化的合金元素主要是鋅、鋁、錫、銅合金中固溶強化的合金元素主要是鋅、鋁、錫、錳、鎳等。許多元素在固態(tài)銅中的溶解度隨溫度降錳、鎳等。許多元素在固態(tài)銅中的溶解度隨溫度降低而急劇減小，如鈹、鈦、鋯、鉻等，因而它們具低而急劇減小，如鈹、鈦、鋯、鉻等，因而它們具有時效強化效果。有時效強化效果。 過剩相強化在銅合金中的應用也較普遍。黃銅和過剩相強化在銅合金中的應用也較普遍。黃銅和青銅中的青銅中的CuCu3131SnSn8 8等相均產生過剩相強化作用。等相均產生過剩相強化作用。 由于鋅在銅中的固溶度隨溫度降低而增大，故黃由于鋅在銅中的固溶度隨溫度降低而增大，故黃銅不能熱處理強化。黃銅常用的熱處理是去應力退銅不能熱處理強化。黃銅常用的熱處理是去應力退火和再結晶退火。此外，一般青銅也不能熱處理強火和再結晶退火。此外，一般青銅也不能熱