金屬材料學(xué)第10章銅合金

1、10 銅及銅合金copper alloyn銅是人類最早使用的，也是目前應(yīng)用最廣的金屬材料之一。n應(yīng)用： 廣泛用于電纜、電器廣泛用于電纜、電器核電子設(shè)備的導(dǎo)電材料、核電子設(shè)備的導(dǎo)電材料、各種熱交換器的傳熱材各種熱交換器的傳熱材料、建筑材料以及裝飾料、建筑材料以及裝飾品等。品等。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，使用范圍不斷擴(kuò)大，如大規(guī)模集成隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，使用范圍不斷擴(kuò)大，如大規(guī)模集成電路、超導(dǎo)電線、超導(dǎo)電磁體、磁力懸浮鐵路、核聚變裝電路、超導(dǎo)電線、超導(dǎo)電磁體、磁力懸浮鐵路、核聚變裝置以及形狀記憶合金等方面都有應(yīng)用。置以及形狀記憶合金等方面都有應(yīng)用。Cu-Cr-Zr棒坯棒坯 20mm(a)20mm未施加電

2、磁場(chǎng)時(shí)鑄坯的表面和凝固組織未施加電磁場(chǎng)時(shí)鑄坯的表面和凝固組織 施加電磁場(chǎng)后鑄坯的表面和凝固組織施加電磁場(chǎng)后鑄坯的表面和凝固組織 一、純一、純 銅銅密度密度8.94, 熔點(diǎn)熔點(diǎn)1083, 無(wú)晶形轉(zhuǎn)變無(wú)晶形轉(zhuǎn)變 導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好，僅次于銀導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好，僅次于銀 化學(xué)穩(wěn)定性好，耐蝕化學(xué)穩(wěn)定性好，耐蝕 成形加工性優(yōu)良，可焊，無(wú)磁成形加工性優(yōu)良，可焊，無(wú)磁熱脆：熱脆：Bi / Pb在晶界處形成低熔點(diǎn)組織；在晶界處形成低熔點(diǎn)組織；冷脆：冷脆：S / O Cu2O、CuS，硬脆，硬脆二、雜質(zhì)對(duì)純銅性能的影響二、雜質(zhì)對(duì)純銅性能的影響n工業(yè)純銅中通常有工業(yè)純銅中通常有0.1-0.5雜質(zhì)（雜質(zhì)（Pb，Bi，O，S

3、，P等），它們對(duì)銅的力學(xué)性能和物理性能及工藝性能有很等），它們對(duì)銅的力學(xué)性能和物理性能及工藝性能有很大影響大影響n導(dǎo)電性：使銅的導(dǎo)電性能下降導(dǎo)電性：使銅的導(dǎo)電性能下降n熱脆：熱脆：Pb，Bi等雜質(zhì)能與銅形成低熔點(diǎn)的共晶體（等雜質(zhì)能與銅形成低熔點(diǎn)的共晶體（CuPb）、（）、（CuBi） ，銅在加熱時(shí)，這些共晶體發(fā)生，銅在加熱時(shí)，這些共晶體發(fā)生熔化，形成熱脆熔化，形成熱脆n冷脆，冷脆，P，S，O與銅形成與銅形成CuCu3P， Cu CuS ，CuCu2O共晶體，屬脆性化合物，冷加工時(shí)易產(chǎn)生裂紋共晶體，屬脆性化合物，冷加工時(shí)易產(chǎn)生裂紋n氫病氫病 ，O含量過(guò)高，易引起氫病含量過(guò)高，易引起氫病 。指含氧

4、銅在氫氣或還。指含氧銅在氫氣或還原性氣氛（原性氣氛（CO、CH4）中退火時(shí)發(fā)生自動(dòng)變脆或開(kāi)裂的）中退火時(shí)發(fā)生自動(dòng)變脆或開(kāi)裂的現(xiàn)象。其本質(zhì)：現(xiàn)象。其本質(zhì)： H2O=H2 O COO= CO2n三、工業(yè)純銅的牌號(hào)及應(yīng)用三、工業(yè)純銅的牌號(hào)及應(yīng)用n工業(yè)純銅工業(yè)純銅(T1-T3)，數(shù)字越大純度越低。，數(shù)字越大純度越低。wO約約0.020.1，導(dǎo)電導(dǎo)熱性好（作太陽(yáng)能熱，導(dǎo)電導(dǎo)熱性好（作太陽(yáng)能熱水器），耐蝕性好（作電線）。水器），耐蝕性好（作電線）。n脫氧銅脫氧銅(TP1-TP2)，wO小于小于0.01。耐熱，導(dǎo)。耐熱，導(dǎo)電性好，（作真空儀表）電性好，（作真空儀表）n無(wú)氧銅無(wú)氧銅(TU0-TU2)，wO極低

5、（極低（1, 縮小縮小相區(qū)；相區(qū)；K1,擴(kuò)大擴(kuò)大相區(qū)。相區(qū)。n常用牌號(hào)有常用牌號(hào)有HPb63-3、HAl60-1-1、HSn62-1、HFe59-1-1、ZCuZn38Mn2Pb2、ZCuZn16Si4 等。等。n主要用于船舶及化工零件，如冷凝管、齒輪、螺旋槳、主要用于船舶及化工零件，如冷凝管、齒輪、螺旋槳、軸承、襯套及閥體等。軸承、襯套及閥體等。 錫黃銅在普通黃銅中錫黃銅在普通黃銅中+0.51.5%Sn，強(qiáng)強(qiáng)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

6、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。H62-1 海軍黃銅鑄造組織 ( 化染 )鋁黃銅鋁黃銅 黃銅中加入少量鋁（黃銅中加入少量鋁（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(xì)化耐蝕性。鋁能細(xì)化晶粒，晶粒，硬度和強(qiáng)度。但硬度和強(qiáng)度。但2% Al時(shí)塑韌性時(shí)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(yīng)用。合金得到廣泛應(yīng)用。 含鋁特殊黃銅焊接比較困難，且有高的應(yīng)力含鋁特殊黃銅焊接比較困難，且有高的應(yīng)力腐蝕傾向，必須進(jìn)行充分

7、低溫退火加以消除。腐蝕傾向，必須進(jìn)行充分低溫退火加以消除。鎳黃銅鎳黃銅 添加鎳可擴(kuò)大添加鎳可擴(kuò)大相區(qū)，故雙相黃銅添加適相區(qū)，故雙相黃銅添加適當(dāng)?shù)逆嚳赊D(zhuǎn)變?yōu)閱蜗帱S銅。鎳能當(dāng)?shù)逆嚳赊D(zhuǎn)變?yōu)閱蜗帱S銅。鎳能強(qiáng)度、韌強(qiáng)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(yīng)力腐蝕破裂傾向，加工。鎳黃銅具有小的應(yīng)力腐蝕破裂傾向，可用來(lái)制造海船工業(yè)的壓力表及冷凝管等，可用來(lái)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(yīng)力腐蝕能力，改善鑄水中的耐蝕

8、性以及抗應(yīng)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 硅黃銅鑄造組織 ( 化染 ) 50鉛黃銅鉛黃銅 HPb74-3是單相是單相鉛黃銅，鉛呈細(xì)小質(zhì)點(diǎn)分鉛黃銅，鉛呈細(xì)小質(zhì)點(diǎn)分布在晶界；布在晶界；HPb59-1是雙相（是雙相（+）鉛黃銅。）鉛黃銅。因?yàn)橐驗(yàn)镠Pb59-1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(qiáng)度、耐磨性和耐蝕性。廣泛用作有足夠高的強(qiáng)度、耐磨性和耐蝕性。廣泛用作鐘表機(jī)芯的基礎(chǔ)部

9、件和汽車、拖拉機(jī)等機(jī)械零鐘表機(jī)芯的基礎(chǔ)部件和汽車、拖拉機(jī)等機(jī)械零件如襯套、螺釘、電器插座等。件如襯套、螺釘、電器插座等。 鉛黃銅鑄造組織 ( 化染 )70擠壓態(tài)擠壓態(tài)n除黃銅和白銅外的其他銅合除黃銅和白銅外的其他銅合金統(tǒng)稱為青銅。金統(tǒng)稱為青銅。 青銅制品青銅制品 10.2青銅青銅bronze10.2.1青銅的牌號(hào)及表示方法青銅的牌號(hào)及表示方法牌牌號(hào)號(hào)表表示示 “Q”加上第一個(gè)主加元素化學(xué)符號(hào)及加上第一個(gè)主加元素化學(xué)符號(hào)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

10、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(zhì)量分?jǐn)?shù)為鉛的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%10.2.2、錫青銅、錫青銅n是以錫為主加元素的銅合金，錫是以錫為主加元素的銅合金，錫含量一般為含量一般為314%。n是最古老的銅合金，我國(guó)應(yīng)用已是最古老的銅合金，我國(guó)應(yīng)用已有有2000年歷史，年歷史，如古代的鼎、鐘、如古代的鼎、鐘、武器、銅鏡等。武器、銅鏡等。 n錫青銅鑄造流動(dòng)性差，鑄件密度錫青銅鑄造流動(dòng)性差，鑄件密度低，易滲漏，但體積收縮率在有低，易滲漏，但體積收縮率在有色金屬中最小色金屬中最小 。n錫青銅耐蝕性良好，在大氣、海錫青銅耐蝕性良好，在大氣、海水及無(wú)機(jī)鹽溶液中的耐蝕

11、性比純水及無(wú)機(jī)鹽溶液中的耐蝕性比純銅和黃銅好，但在硫酸、鹽酸和銅和黃銅好，但在硫酸、鹽酸和氨水中的耐蝕性較差。氨水中的耐蝕性較差。 錫青銅錠錫青銅錠東漢晚期的青銅奔馬（馬踏飛燕）東漢晚期的青銅奔馬（馬踏飛燕）香港大嶼山天壇大佛香港大嶼山天壇大佛(高高26.4m) 20世紀(jì)世紀(jì)90年代初竣工錫青銅年代初竣工錫青銅n586 共析：共析：n- -Cu5Sn - -CuSn n350共析：共析：n - -Cu3Snn當(dāng)當(dāng)w Sn在在730時(shí)，鑄造時(shí)，鑄造錫青銅得到錫青銅得到 （ ） 組織，組織， n而非而非+ +（ ）組織。）組織。一、錫青銅中的組織圖10.6Cu-Sn 二元相圖組組織織是是Sn固溶于

12、固溶于Cu固溶體，固溶體，F(xiàn)CC結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)；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(guān)。態(tài)有關(guān)。性性能能 較高強(qiáng)度、硬度和耐磨性較高強(qiáng)度、硬度和耐磨性 。 Sn,強(qiáng)度強(qiáng)度，當(dāng)，當(dāng)Sn6%后，后， 伸伸長(zhǎng)率長(zhǎng)率;Sn20%，出現(xiàn)大量，出現(xiàn)大量相，合金變相，合金變脆，強(qiáng)度脆，強(qiáng)度 。因此，工業(yè)用。因此，工業(yè)用Sn青銅的青銅的Sn含量均在含量均在314%之間。之間。 Sn 78%的合

13、金，有高的塑性和強(qiáng)的合金，有高的塑性和強(qiáng)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。塑性在塑性在7處最佳，強(qiáng)度在處最佳，強(qiáng)度在27處最高。處最高。圖圖10.8ZQSn-10鑄態(tài)鑄態(tài) +（+）共析組織）共析組織圖10.7圖圖10.11含鉛青銅鑄態(tài)組織含鉛青銅鑄態(tài)組織圖圖10.9含磷錫青銅鑄態(tài)組織含磷錫青銅鑄態(tài)組織l主要用于耐蝕承載件主要用于耐蝕承載件,如如彈簧、軸承、齒輪軸、彈簧、軸承、齒輪軸、蝸輪、墊圈等。蝸輪、墊圈等。 錫青銅管錫青銅管船用青銅船用青銅軟管快速軟管快速接頭閥接頭閥( (錫錫青銅閥體、青銅閥體、閥蓋

14、閥蓋) )n二、常用錫青銅用途二、常用錫青銅用途特特點(diǎn)點(diǎn) 強(qiáng)度和耐蝕最好，應(yīng)用廣泛。是錫青銅強(qiáng)度和耐蝕最好，應(yīng)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(qiáng)度和硬度，強(qiáng)度和硬度，塑性，塑性。當(dāng)。當(dāng)Al1011%時(shí)，時(shí)，強(qiáng)度強(qiáng)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工用鋁青銅Al 57%.應(yīng)應(yīng)用用 鋁青銅應(yīng)用較廣泛。用于制造耐磨、耐鋁青銅應(yīng)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(shè)備等船舶制造中的

15、特殊設(shè)備等10.2.3. 鋁青銅鋁青銅Al9.4%:565 +2 - Cu9Al4 （層片狀）（層片狀）QAl-10-4-4（含Al10，F(xiàn)e4，Ni4）組織為組織為、2。鋁青銅的組織與相變鋁青銅的組織與相變圖10.9QAL10 鑄態(tài)鑄態(tài) (白色白色)+(+2)共析共析(黑色黑色)QAL10 固溶處理固溶處理930淬火淬火 (相當(dāng)于相當(dāng)于M)10.2.4.鈹青銅鈹青銅n以鈹為主加元素的銅合金，鈹含量為以鈹為主加元素的銅合金，鈹含量為1.72.5%。n具有高的強(qiáng)度、彈性極限、耐磨性、耐蝕性，良好的導(dǎo)電具有高的強(qiáng)度、彈性極限、耐磨性、耐蝕性，良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、冷熱加工及鑄造性能，但價(jià)格較貴。性

16、、導(dǎo)熱性、冷熱加工及鑄造性能，但價(jià)格較貴。 “彈性彈性之王之王”稱號(hào)。稱號(hào)。l常用牌號(hào)有常用牌號(hào)有QBe2、QBe1.7、QBe1.9等等 。l用于重要的彈性件、耐磨件，用于重要的彈性件、耐磨件，如精密彈簧、膜片，高速、高如精密彈簧、膜片，高速、高壓軸承及防爆工具、航海羅盤(pán)壓軸承及防爆工具、航海羅盤(pán)等重要機(jī)件等重要機(jī)件。鈹青銅帶材性性能能特特點(diǎn)點(diǎn) 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(jīng)過(guò)固溶處理及冷變形后，不僅能各種型材。若經(jīng)過(guò)固溶處理及冷變形后，不僅能提高強(qiáng)度（提高強(qiáng)度（b可可1200MPa），而且能），而且能 p ，特別適用于特別適用

17、于儀表彈簧儀表彈簧處處理理特特點(diǎn)點(diǎn) 固溶處理和快冷是為了獲得過(guò)飽和固溶體，固溶處理和快冷是為了獲得過(guò)飽和固溶體，時(shí)效強(qiáng)化。鈹青銅淬火時(shí)時(shí)效強(qiáng)化。鈹青銅淬火時(shí)必須嚴(yán)格控制加熱溫必須嚴(yán)格控制加熱溫度度。否則會(huì)產(chǎn)生過(guò)熱和過(guò)燒。加熱溫度過(guò)低，富。否則會(huì)產(chǎn)生過(guò)熱和過(guò)燒。加熱溫度過(guò)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 Cu-Be合金的時(shí)效過(guò)程也是合金的時(shí)效過(guò)程也是過(guò)飽和固溶體的脫溶沉淀過(guò)過(guò)飽和固溶體的脫溶沉淀過(guò)程，其時(shí)效序列：程，其時(shí)效序列： 過(guò)飽和固溶體過(guò)飽和固溶體G.P.區(qū)（或區(qū)（或）（共格）（共格） （半共格）（半共格） 2 淬火溫度淬火溫度780800，時(shí)，時(shí)效溫度為

18、效溫度為300350，淬，淬火介質(zhì)為水?；鸾橘|(zhì)為水。圖10.10黃黃銅銅普通普通黃銅黃銅特殊特殊黃銅黃銅金色金色黃銅黃銅：H96;彈殼彈殼 :H70;商業(yè)商業(yè)：H6232%Zn,+海軍黃銅：海軍黃銅：HSn70-1 耐腐蝕性好耐腐蝕性好易切黃銅：易切黃銅：HPb59-1 可切削性好可切削性好商業(yè)黃銅：商業(yè)黃銅：HAl77-2 熱塑性好熱塑性好青青銅銅錫錫青銅青銅鋁鋁青銅青銅鈹鈹青銅青銅 67% %Sn，壓力加工；，壓力加工；1014% % Sn，鑄造，鑄造. 鑄造性比黃銅差，耐蝕性比黃銅好鑄造性比黃銅差，耐蝕性比黃銅好.+P、Zn、Ni等元素，為多元等元素，為多元錫青銅錫青銅. .如如QSn4

19、-3: Sn-4%左右左右,Zn-3%左右左右大部分多元：大部分多元：Cu、Al+Mn、Fe、Ni等等.如如Q Al9-2，+2%左右左右Mn比黃銅比黃銅錫青銅有更錫青銅有更高強(qiáng)度和硬度，更好的耐磨高強(qiáng)度和硬度，更好的耐磨性和耐蝕性，塑性較差。性和耐蝕性，塑性較差。 如如QBe2. 具有高具有高b bp p , ,耐磨，抗蝕，受沖擊無(wú)耐磨，抗蝕，受沖擊無(wú)火花。經(jīng)淬火時(shí)效后，火花。經(jīng)淬火時(shí)效后，b b可達(dá)可達(dá)1200MPa測(cè)驗(yàn)題1. 下列是什么材料？下列是什么材料？(1) ZL108(2) KTH370-12(3) B30(4) QAl5(5) QT90022下列是什么材料？數(shù)字字母含義？下列是

20、什么材料？數(shù)字字母含義？(1) H68(2) HT300(3) QBe1.9(4) KTB45007(5) ZCuZn38作業(yè)n 1.防繡鋁合金（ ）；硬鋁合金（ ）；超硬鋁合金（ ）；鑄造鋁合金（ ）；普通黃銅( )；鑄造黃銅（ ）；錫青銅（ ）；鈹青銅（ ）；n (a)HPb59-1 (b)3A21 (c)ZCuZn38 (d)7A75 (e)QBe2 (f)ZAlSi12 (g)H68 (h)2024 (i)QSn4-3 (j)2A24 (k)7075n2. 淬火加時(shí)效處理是（ ）合金強(qiáng)化的主要途經(jīng)。n A形變鋁合金； B鑄造鋁合金； C黃銅； D青銅n3 HMn58-2 是 _ 的代號(hào)，它表示含 _ 量為 58% ，而含 _ 量為 2 。a .普通黃銅 b .特殊黃銅 c .無(wú)錫青銅d . Mn e . Cu f . Znn4在青銅中，常用淬火時(shí)效方法進(jìn)行強(qiáng)化的銅合金是 _ 。na 鈹青銅 b 鋁青銅 c 錫青銅n5.HSn70-1是 合金，其含錫量為 。n6.QA17是 合金，其組成元素是 型的 合金。n7.普通黃銅當(dāng)wZ