第十四章鑄造銅合金

1、 銅是人類最早使用的金屬銅是人類最早使用的金屬。早在史前時代。早在史前時代, ,人們就開始采人們就開始采掘露天銅礦掘露天銅礦, ,并用獲取的銅制造武器、工具和其他器皿，銅的并用獲取的銅制造武器、工具和其他器皿，銅的使用對早期人類文明的進(jìn)步影響深遠(yuǎn)。使用對早期人類文明的進(jìn)步影響深遠(yuǎn)。 銅存在于銅存在于地殼和海洋地殼和海洋中。銅在地殼中的含量約為中。銅在地殼中的含量約為0.010.01，在個別銅礦床中，銅的含量可以達(dá)到在個別銅礦床中，銅的含量可以達(dá)到3 35 5。 自然界中的銅，多數(shù)以自然界中的銅，多數(shù)以化合物即銅礦物化合物即銅礦物存在。銅礦物與存在。銅礦物與其他礦物聚合成銅礦石，開采出來的銅礦石

2、，經(jīng)過選礦而成其他礦物聚合成銅礦石，開采出來的銅礦石，經(jīng)過選礦而成為含銅品位較高的銅精礦。為含銅品位較高的銅精礦。 銅礦石分為三類：銅礦石分為三類： （1 1）硫化礦，如黃銅礦）硫化礦，如黃銅礦(CuFeS2)(CuFeS2)、斑銅礦、斑銅礦(Cu5FeS4)(Cu5FeS4)和輝銅和輝銅礦礦(Cu2S)(Cu2S)等。等。 （2 2）氧化礦，如赤銅礦）氧化礦，如赤銅礦(Cu(Cu2 2O)O)、孔雀石、孔雀石CuCOCuCO3 3Cu(OH)Cu(OH)2 2 、藍(lán)、藍(lán)銅礦銅礦2CuCO2CuCO3 3Cu(OH)Cu(OH)2 2 、硅孔雀石、硅孔雀石(CuSiO(CuSiO3 32H2H

3、2 2O)O)等。等。 （3 3）自然銅。銅礦石中銅的含量）自然銅。銅礦石中銅的含量1 1左右（左右（0.50.53 3）便）便有開采價值，因為采用浮選法可以把礦石中一部分脈石等雜有開采價值，因為采用浮選法可以把礦石中一部分脈石等雜質(zhì)除去，而得到含銅量較高（質(zhì)除去，而得到含銅量較高（8 83535）的精礦砂。）的精礦砂。純銅：面心立方晶格，原子量 63.54，密度8.9，熔點1083電阻率0.01673 歐姆 mm2/m ，線性膨脹數(shù)17.610-6/，導(dǎo)熱率0-100 399W/mk。軟態(tài) 280MPA，延伸率40% 概述概述工業(yè)純銅的牌號及應(yīng)用工業(yè)純銅的牌號及應(yīng)用 純銅含銅 99.90-9

4、9.99%，加工銅國家標(biāo)準(zhǔn)有9個牌號：3個純銅牌號、3個無氧銅牌號、2個磷脫氧銅牌號、1個銀銅牌號；高純銅純度可達(dá) 99.99%99.9999% ，又稱為4N、5N、6N銅。 工業(yè)純銅的牌號用字母T加上序號表示，如T1，T2，T3等，數(shù)字增加表示純度降低。 無氧銅用 “T”和“U”加上序號表示，如TUl、TU2。 用磷和錳脫氧的無氧銅，在TU后面加脫氧劑化學(xué)元素符號表示，如TUP、TUMn。純銅純銅本章主要內(nèi)容1、鑄造錫青銅2、鑄造鋁青銅3、鑄造鉛青銅4、其他青銅5、鑄造黃銅6、銅合金成分優(yōu)化設(shè)計第一節(jié) 鑄造錫青銅一、一、Cu-Sn二元合金的成分、組織二元合金的成分、組織存在相：存在相： 、

5、Cu5Sn、CuSn、Cu31Sn8室溫組織：平衡態(tài)室溫組織：平衡態(tài) +（+） 鑄態(tài)鑄態(tài) +（+）存在晶內(nèi)偏析，組織疏松，塑性差，但有利于耐磨存在晶內(nèi)偏析，組織疏松，塑性差，但有利于耐磨二、二、 Cu-Sn二元合金的性能及工藝特點二元合金的性能及工藝特點1、性能、性能2、工藝特點、工藝特點 收縮性小，收縮性小， 反偏析，冒錫汗反偏析，冒錫汗 熱裂熱裂 3、應(yīng)用、應(yīng)用 形狀復(fù)雜的鑄件、藝術(shù)鑄件等形狀復(fù)雜的鑄件、藝術(shù)鑄件等加合金元素加合金元素 P、Zn、Pb等等 提高力學(xué)性能，鑄造性能，耐磨性，切削加工性提高力學(xué)性能，鑄造性能，耐磨性，切削加工性三、常用特殊錫青銅1、ZCuSnZCuSn1010P

6、 P1 1錫青銅錫青銅 磷作用：生成磷作用：生成CuCu3 3P P提高硬度，脫氧，提高流動性。提高硬度，脫氧，提高流動性。 產(chǎn)生氫，要求干型產(chǎn)生氫，要求干型 耐磨性好，用于耐磨零件，重載、高速。耐磨性好，用于耐磨零件，重載、高速。2 2、 ZCuSnZCuSn1010ZnZn2 2錫青銅錫青銅 鋅的作用：減輕縮孔縮松，提高致密性，提高鑄造性能，鋅的作用：減輕縮孔縮松，提高致密性，提高鑄造性能， 固溶強(qiáng)化。固溶強(qiáng)化。 耐磨性好，用于耐磨零件，中載，耐蝕耐磨性好，用于耐磨零件，中載，耐蝕3 3、 ZCuSnZCuSn5 5PbPb5 5ZnZn5 5錫青銅錫青銅 鉛的作用：獨立存在，軟質(zhì)點潤滑耐

7、磨，填充縮孔縮松，提高且削鉛的作用：獨立存在，軟質(zhì)點潤滑耐磨，填充縮孔縮松，提高且削加工性。加工性。 耐磨性好，用于耐磨零件耐磨性好，用于耐磨零件 ，中等載荷轉(zhuǎn)速軸承等。，中等載荷轉(zhuǎn)速軸承等。第二節(jié) 鑄造鋁青銅一、一、Cu-Al二元合金的成分組織二元合金的成分組織1、組織、組織 、Cu3Al （快冷）（快冷） +2 Cu32Al 19（平衡）（平衡） 2、性能、性能 力學(xué)性能，耐磨，耐蝕力學(xué)性能，耐磨，耐蝕 收縮大組織致密，流動性好收縮大組織致密，流動性好3、緩冷脆性、緩冷脆性 緩冷：緩冷： 分解成分解成2網(wǎng)狀分布網(wǎng)狀分布 工藝措施：快冷工藝措施：快冷 加合金元素：加合金元素： 穩(wěn)定穩(wěn)定、擴(kuò)大

8、、擴(kuò)大區(qū)區(qū) Fe，Mn Ni 二、常用特殊鋁青銅二、常用特殊鋁青銅1、ZCuAl10Fe3鋁青銅鋁青銅 Fe作用：異質(zhì)晶核細(xì)化，阻滯三相共析作用：異質(zhì)晶核細(xì)化，阻滯三相共析 - +2 +k，擴(kuò)大，擴(kuò)大相區(qū)。相區(qū)。 性能應(yīng)用：中等載荷、低速。便宜性能應(yīng)用：中等載荷、低速。便宜2、 ZCuAl9Mn3鋁青銅鋁青銅 Mn作用：作用： 提高提高相穩(wěn)定性，細(xì)化晶粒消除緩冷相穩(wěn)定性，細(xì)化晶粒消除緩冷脆性，溶入脆性，溶入相強(qiáng)化合金。相強(qiáng)化合金。 性能應(yīng)用：性能應(yīng)用： 中等載，荷耐磨，化工高壓閥門。中等載，荷耐磨，化工高壓閥門。3、 ZCuAl8Mn13Fe3Ni2鋁青銅鋁青銅 Ni溶入溶入相提高耐蝕性，耐海

9、水腐蝕，強(qiáng)相提高耐蝕性，耐海水腐蝕，強(qiáng)度高（錳高度高（錳高 +Cu3Mn2Al）。）。 性能應(yīng)用：機(jī)械性能高，耐蝕，應(yīng)用大型性能應(yīng)用：機(jī)械性能高，耐蝕，應(yīng)用大型艦船等?？购Ｉ锔街芰Σ钆灤取？购Ｉ锔街芰Σ?、 ZCuAl9Fe4Ni4Mn2鋁青銅鋁青銅 鎳高錳低，耐蝕性提高鎳高錳低，耐蝕性提高,力學(xué)性能不低。力學(xué)性能不低。 性能應(yīng)用：同上，抗海生物附著能力強(qiáng)。性能應(yīng)用：同上，抗海生物附著能力強(qiáng)。第三節(jié) 鑄造鉛青銅一、成分組織一、成分組織 不溶不溶 混合混合二、性能應(yīng)用二、性能應(yīng)用 力學(xué)性能差，耐磨性好，摩力學(xué)性能差，耐磨性好，摩擦系數(shù)低擦系數(shù)低 軸承襯瓦，軸承襯瓦，300以下以下第四節(jié)

10、 其他青銅一、鈹青銅一、鈹青銅1、組織、組織 +2 CuBe有序固溶體有序固溶體2、性能、性能 強(qiáng)度高，彈性極限高強(qiáng)度高，彈性極限高 耐磨性好耐磨性好 撞擊不產(chǎn)生火花撞擊不產(chǎn)生火花 工藝性差工藝性差3、應(yīng)用、應(yīng)用二、銅錳高阻尼合金二、銅錳高阻尼合金 強(qiáng)如鋼、聲如木強(qiáng)如鋼、聲如木阻尼：是指任何振動系統(tǒng)在振動中，由于外界作用/或系統(tǒng)本身固有的原因引起振動幅度逐漸下降的特性，以及此一特性的量化表征稱為阻尼。4.3.3 4.3.3 白銅白銅 耐蝕性、耐熱性、耐寒性好，中等強(qiáng)度，高塑性，能冷、熱壓加工，還有很好的電學(xué)性能，用作結(jié)構(gòu)材料外、高電阻和熱電偶合金。按用途分為結(jié)構(gòu)自銅和電工白銅。結(jié)構(gòu)白銅：結(jié)構(gòu)白

11、銅：具有很好的耐蝕性，優(yōu)良的機(jī)械性能和壓力加工性能，焊接性好，用于造船、電力、化工及石油等部門中制造冷凝管、蒸發(fā)器、熱交換器和各種高強(qiáng)耐蝕件等。普通白銅：即Cu-Ni二元合金。銅與鎳形成無限固溶體，為單相固溶體。 普通白銅在各種腐蝕介質(zhì)中有極高的化學(xué)穩(wěn)定性，廣泛應(yīng)用于海船、醫(yī)療器械、化工等。普通白銅的冷熱加工性能好，可生產(chǎn)各種尺寸的板、帶、管、棒等半成品。 冷凝管及熱交換器原用黃銅及錫黃銅制造，易脫鋅腐蝕，用鋁黃銅腐蝕大為減輕，但高效機(jī)械及電站要求能在高溫高壓下工作的冷凝管及熱交換器，此時需用更高強(qiáng)度及更高耐蝕性的Cu-Ni系合金。艦艇用冷凝管含Ni多為1030。 鐵白銅：普通白銅中加入少量鐵

12、，稱為鐵白銅。鐵能顯著細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)度和耐蝕性，尤其是提高海水沖擊腐蝕時的耐蝕性。 10Ni的銅合金中加入l2Fe，對提高耐流動海水的沖刷腐蝕有顯著效果。 30Ni的合金中加入0.5Fe，有相同作用。白銅中Fe的加入量不超過2，否則，反而引起腐蝕開裂。鋅白銅：鋅白銅亦稱“鎳銀”或“德國銀”。鋅能大量溶于Cu-Ni合金中，形成單相固溶體。鋅起固溶強(qiáng)化作用，提高強(qiáng)度及抗大氣腐蝕能力。 BZnl5-20耐蝕性高，銀白色光澤和力學(xué)性能好，能承受熱冷壓力加工；用于精密儀器、電工器材、醫(yī)療器材、衛(wèi)生工程用零件及藝術(shù)制品。鋁白銅：鋁能顯著提高白銅的強(qiáng)度和耐蝕性，但使合金的冷加工性能變差。高的機(jī)械性能和耐蝕

13、性，抗寒，有很好的彈性并能承受冷熱加工。鋁白銅的機(jī)械性能和導(dǎo)熱性比B30還好，耐蝕性接近B30，焊接性好，可代替B30。電工白銅電工白銅：應(yīng)用最廣泛的電工白銅是康銅、錳銅和考銅錳銅：BMn3-12錳白銅又稱錳銅。具有高的電阻和低的電阻溫度系數(shù)，電阻值很穩(wěn)定，與銅接觸時的熱電勢不大。 用來制作工作溫度在100以下的標(biāo)準(zhǔn)電阻、電橋、電位差計以及其它精密電氣測量儀器儀表中的電阻元件?？点~：BMn40-1.5錳白銅又稱康銅。熱電動勢高、電阻溫度系數(shù)低和穩(wěn)定的電阻；耐腐蝕、耐熱；有高的力學(xué)性能并能很好地和承受壓力加工。康 銅與Cu、Fe、Ag配對時有高的熱電勢，康銅與銅線接觸的熱電勢為3910-6V，而

14、錳銅只有1.610-6V，銅與康銅配用于-100+300溫區(qū)測溫；也用來制作滑動變阻器，工作溫度在500以下的加熱器。 考銅：BMn43-0.5錳白銅又稱考銅。電阻系數(shù)高，與銅、鎳鉻、鐵配對時產(chǎn)生的熱電勢大，同時溫度系數(shù)很小(實際上等于零)。 廣泛用在測溫計中做補償導(dǎo)線和熱電偶的負(fù)極?？笺~和鎳鉻合金配對組成的熱電偶，測溫范圍可由-253(液氫)到室溫，靈敏度極高。第五節(jié) 鑄造黃銅一、一、Cu-Zn二元黃銅二元黃銅1、成分組織、成分組織2、力學(xué)性能、力學(xué)性能3、鑄造性、鑄造性 結(jié)晶溫度范圍小，流動性好，收縮大結(jié)晶溫度范圍小，流動性好，收縮大4、提高鑄造黃銅性能的途徑、提高鑄造黃銅性能的途徑 合金

15、化：合金化：加入鋁、錳、硅、鉛、鎳等。固溶強(qiáng)化提高力學(xué)性能，加入鋁、錳、硅、鉛、鎳等。固溶強(qiáng)化提高力學(xué)性能， 鑄鑄造性能，切削加工性。造性能，切削加工性。 細(xì)化晶粒：細(xì)化晶粒：加入鐵微量硼、釩、鈦、鋯等。加入鐵微量硼、釩、鈦、鋯等。 提高純度提高純度：嚴(yán)格控制雜質(zhì)。：嚴(yán)格控制雜質(zhì)。5、鋅當(dāng)量、鋅當(dāng)量 硅、鋁、錳等縮小硅、鋁、錳等縮小相區(qū)，鎳、鈷擴(kuò)大相區(qū)，鎳、鈷擴(kuò)大相區(qū)。相區(qū)。 各種元素鋅當(dāng)量系數(shù)見表各種元素鋅當(dāng)量系數(shù)見表14-4 據(jù)鋅當(dāng)量確定組織據(jù)鋅當(dāng)量確定組織 39% + 代號代號化學(xué)成分化學(xué)成分, %機(jī)械性能機(jī)械性能CuZn加工加工狀態(tài)狀態(tài)bMPa%HBH969597余量余量退火退火250

16、35H807981余量余量退火退火27050H686770余量余量退火退火30040H595760余量余量退火退火變形變形300420255103二、特殊黃銅二、特殊黃銅1、硅黃銅、硅黃銅ZCuZn16Si4 硅提高鑄造性能，耐蝕性能，固溶強(qiáng)化。硅提高鑄造性能，耐蝕性能，固溶強(qiáng)化。 應(yīng)用：金屬型或壓鑄，泵殼、葉輪、閥體等應(yīng)用：金屬型或壓鑄，泵殼、葉輪、閥體等2、鋁黃銅、鋁黃銅ZCuZn26Al4Fe3Mn3 鋁、錳溶入鋁、錳溶入、 相，鐵形成相，鐵形成k相，提高性能，相，提高性能， 鋁提高耐蝕性能。鋁提高耐蝕性能。 應(yīng)用：船、艦推進(jìn)器。應(yīng)用：船、艦推進(jìn)器。3、錳黃銅、錳黃銅ZCuZn40Mn3

17、 Fe1 錳溶入錳溶入、 相提高性能，提高抗腐蝕性相提高性能，提高抗腐蝕性組組 別別代代 號號主要化學(xué)成分主要化學(xué)成分, %機(jī)械性能機(jī)械性能(變形變形)Cu其它其它bMPa%HBPb黃銅黃銅HPb 63-3HPb 60-162.065.059.061.0Pb 2.43.0Pb 0.61.060061054Sn黃銅黃銅HSn 90-1HSn 62-188.091.061.063.0Sn 0.250.75Sn 0.71.152070054148Al黃銅黃銅HAl 77-276.079.0Al 1.82.665012170Si黃銅黃銅HSi 65-1.5-363.566.5Si 1.02.0Pb 2

18、.53.56008160Mn黃銅黃銅Fe黃銅黃銅HMn 58-2HFe 59-1-157.060.057.060.0Mn 1.01.2Fe 0.61.27007001010175160Ni黃銅黃銅HNi 65-564.067.0Ni 5.06.57004H70黃銅的鑄態(tài)組織及變形后退火組織 第六節(jié)：銅合金的優(yōu)化設(shè)計 自己看對銅合金液的質(zhì)量要求：（1）必須嚴(yán)格控制合金的化學(xué)成分。（2）銅合金液要求純凈。（3）嚴(yán)格控制熔煉溫度和澆注溫度，熔煉時間應(yīng)盡量縮短。（4）防止合金的偏析。第一節(jié) 概述銅在熔煉的高溫下，很容易被空氣中的氧氧化，在銅液表面進(jìn)行下列的氧化反應(yīng)：反應(yīng)后生成氧化亞銅（Cu2O），氧化

19、亞銅具有二個特點：第二節(jié)銅合金的氧化及脫氧（一）氧化亞銅能溶解于銅液中氧化亞銅在銅液表面生成后，能不斷溶解于銅液中。隨著溫度的下降，氧化亞銅和相在1066時形成Cu2O共晶體，共晶體（Cu2O）分布在晶粒邊界處。第二節(jié)銅合金的氧化及脫氧 ) (2222汽OHCuHOCu第二節(jié)銅合金的氧化及脫氧析出的Cu2O對純銅及錫青銅、鉛青銅等具有很大的危害性，它比其它氧化物（如Al2O3、SiO2、SnO2等）對機(jī)械性能的破壞作用更大。如果合金中含有氫，則Cu2O的危害性就更大，這是因為Cu2O與氫在凝固階段同時大量析出，并在晶界處迅速產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)：第二節(jié)銅合金的氧化及脫氧反應(yīng)生成水蒸汽，在凝固過程中水蒸

20、汽的壓力隨著晶間壓力的增大而增加。一方面導(dǎo)致凝固時鑄件上漲，組織疏松，氣孔大量產(chǎn)生；另一方面導(dǎo)致晶粒間大量顯微裂紋產(chǎn)生，晶粒間結(jié)合力大大降低，從而使純銅變得很脆。由于Cu2O存在并與氫反應(yīng)而引起純銅嚴(yán)重脆化的現(xiàn)象，又稱為“氫脆”。第二節(jié)銅合金的氧化及脫氧CuSiOSiOCuCuOAlAlOCu4262322322（二）氧化亞銅具有很高的分解壓力Cu2O的分解壓力很高，能很快地將銅合金液中的合金元素氧化，而本身被還原，如：生成的氧化物懸浮彌散在銅液中，危害性較大。CuOPPOCu1025522第二節(jié)銅合金的氧化及脫氧二、銅合金的脫氧所謂“脫氧”，就是使溶解在金屬液中的氧化物還原的過程。銅合金的脫

21、氧就是使銅液中的氧化亞銅還原的過程。加入一種與氧親和力比銅與氧親和力更大的元素，將氧化亞銅中的銅還原出來，生成的脫氧產(chǎn)物上浮至液面而被排除的過程，稱為“脫氧”。加入銅合金液中能使其中氧化亞銅還原的物質(zhì)，稱為“脫氧劑”。1、脫氧的基本原理2、脫氧劑的選用對銅合金脫氧劑要求：（1）脫氧劑的氧化物分解壓力應(yīng)小于氧化亞銅，其氧化物分解壓力值與Cu2O分解壓力值相差愈大，脫氧反應(yīng)進(jìn)行得愈完全，愈迅速。（2）加入的脫氧劑，應(yīng)對銅合金性能無害，加入的脫氧劑除了大部分與Cu2O互相作用進(jìn)行脫氧而消耗外，會有微量殘留在銅液中。（3）脫氧劑的反應(yīng)產(chǎn)物應(yīng)不溶解于合金液，易于凝聚、上浮而被除去。（4）脫氧劑要價格便宜

22、，來源廣。3、脫氧的幾種方法根據(jù)脫氧劑的不同性能，銅合金脫氧的方法有三種：（1）沉淀脫氧：）沉淀脫氧：加入的脫氧劑能溶解于銅合金液中，使脫氧反應(yīng)在整個溶池內(nèi)進(jìn)行，這種脫氧速度快，脫氧徹底。（2）擴(kuò)散脫氧：）擴(kuò)散脫氧：有些脫氧劑不溶解于銅合金液中，脫氧反應(yīng)僅在銅合金液界面上進(jìn)行，由于Cu2O需不斷向界面擴(kuò)散才能脫氧，故稱為擴(kuò)散脫氧。（3）沸騰脫氧：）沸騰脫氧：所使用的脫氧劑能與氧作用，產(chǎn)生不溶解于銅液的CO氣體，由于CO氣體產(chǎn)生后能立即很快上升，因此引進(jìn)合金液激烈翻騰，故稱為沸騰脫氧。1、磷脫氧的原理當(dāng)磷銅加入銅液后，脫氧反應(yīng)即在整個精密儀器池內(nèi)進(jìn)行，其脫氧反應(yīng)如下：第一階段：磷蒸汽（磷沸點為2

23、80）立即與銅液中Cu2O作用：反應(yīng)生成的P2O5沸點為347，在銅液中呈氣態(tài)，故生成后立即以氣泡形式上升，一部分P2O5氣泡逸至液面外，另一部分P2O5氣泡在上升過程中繼續(xù)與銅液中的Cu2O起反應(yīng)。35222CuPOOPOCu反應(yīng)第二階段：當(dāng)Cu2O含量較高，磷蒸汽逸出較緩慢時，磷也可直接與Cu2O作用生成偏磷酸銅（CuPO3）：生成的CuPO3熔點低，比重小，在銅液中呈球狀液體，很易聚集和上浮。CuCuPOPCuO1022632、磷銅脫氧工藝要點如磷的加入量過多，則銅合金液中殘余含磷量過高，會促使銅合金液與鑄型中水蒸汽起反應(yīng)：反應(yīng)生成的氫很快溶解在銅合金液中，因而增加了鑄件的針孔度，這種現(xiàn)

24、象又稱為“鑄型反應(yīng)”。砂型鑄造時加入0.030.04%的磷，金屬型鑄造時加入0.050.06%的磷，不僅能較完全脫氧，而鑄型反應(yīng)也很弱，采用氧化法熔煉的錫青銅中，磷的加入量可比其它銅合金高一些，當(dāng)錫青銅采用金屬型鑄造時可加到0.070.1%的磷。（1）磷加入量的確定）磷加入量的確定2HP（2）磷銅加入工藝）磷銅加入工藝磷銅常分二次加入。第一次是純銅熔化后，銅液溫度達(dá)11501200時，加入磷銅總量的2/3，其主要目的是把純銅中的Cu2O還原，然后再加其它合金元素，避免這些元素被純銅中的Cu2O氧化，從而減少了元素氧化燒損和氧化夾雜物的含量。第二次是在澆注前加入剩余的1/3磷銅，起輔助脫氧和精煉

25、的作用。 熔煉銅合金時爐氣中的氣體有氫、氧、氮、一氮化碳、二氧化碳、二氧化硫、水蒸汽等。這些氣體有的能使合金氧化（如氧、水蒸汽等），有的（氫、氧、二氧化硫）能溶解在銅液中，使合金產(chǎn)生氣孔。第三節(jié)銅合金的吸氣及除氣精煉一、氣體在銅合金中溶解的特性溶解在銅合金中的氣體有氫、氧、二氧化硫等幾種，溶解于銅合金液中的H和O，凝固時析出結(jié)合成水蒸汽分子形成汽泡，所以，水蒸汽和氫是銅合金形成氣孔的主要原因。1、氫銅在1084.5（液態(tài)）時，氫的分壓達(dá)0.11大氣壓時就足夠產(chǎn)生氫氣泡的條件，如何氣泡來不及逸出，即成為銅合金中的氫氣孔，所以銅合金要貫徹“快速熔煉”的原則。S CuOCuCuSO222262、水蒸

26、汽銅液中有0.39%O存在的條件下，氫分壓約為0.00074大氣壓，就能夠產(chǎn)生水蒸汽氣泡，與銅液中純氫形成氣泡相比，水蒸汽更容易生成氣泡。所以，銅液面上水蒸汽分壓愈低，H和O在銅液中的溶解度也愈低，在凝固過程中從銅液中析出H和O的數(shù)量也愈少，若達(dá)不到760毫米汞柱，就不會形成水蒸汽氣泡。3、二氧化硫二氧化硫能溶解在銅液中，并能與銅迅速作用生成硫化亞銅（Cu2S）:Cu2S在凝固時析出在晶界上，成為有害的夾雜物，導(dǎo)致合金熱脆性的產(chǎn)生，如同時存在Cu2S，則生成SO2，錄來不及逸出則成為氣孔。4、一氧化碳與二氧化碳CO和CO2在銅液中溶解度很微小，同時，凝固時它們?nèi)芙舛茸兓埠苄?，因此對銅合金危害

27、性不大，CO能使Cu2O還原，但對大部分銅合金液不起作用，可視為中性氣體。生產(chǎn)中經(jīng)常采用的除氣方法有：氧化法除氣；吹氮除氣；氯化鋅除氣；沸騰除氣等。二、除氣、精煉原理及方法（一）氧化法除氣氧化法除氣就是利用銅合金中氫、氧濃度間互相制約關(guān)系，首先增加銅液中氧含量，以達(dá)到盡可能排除氫，然后再進(jìn)行充分脫氧，脫氧后立即進(jìn)行澆注，從而使脫氧和除氣這樣兩個互相矛盾的過程，在一定條件下得到統(tǒng)一，達(dá)到既除氣又脫氧的目的。1、氧化法除氣的原理2、增加銅液中含氧量的方法（1）控制爐氣為氧化性：）控制爐氣為氧化性：即盡量增加爐氣中氧的濃度，提高氧的分壓力，從而增加氧在銅液中的溶解度，提高銅液中氧的濃度。（2）加入氧

28、化性熔劑。）加入氧化性熔劑。（二）吹氮除氣通過向銅合金液中吹氮除去其中氫的方法，稱為吹氮除氣法。氮既不溶于銅，在熔煉銅合金的溫度下也不與銅發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此當(dāng)大量的氮氣泡通過合金液時，隨著氮氣泡的上浮和熔液的攪動，原來溶于精密儀器液中的氫就可能跟著上浮至液面。（三）氯鹽和氯化物除氣氯鹽和氯化物對于含鋁的銅合金（如鋁青銅）也同樣具有除氣的作用。生產(chǎn)中經(jīng)常使用的氯化氯化鋅（ZnCl2），其加入量為銅合金液重量的0.10.15%，氯化鋅一般在熔煉后期加入銅液中，既能除氣，又能吸附銅液中懸浮的氧化鋁夾雜，因此具有精煉作用。（四）沸騰法除氣對于黃銅（高鋅銅合金）可采用沸騰法除氣，這是由于鋅的蒸汽壓高，且

29、隨溫度的升高而增高，當(dāng)超過鋅的沸點（907）后，蒸汽壓急劇增至超過大氣壓力，這時鋅蒸汽泡大量逸出，從而引起銅合金液的激烈沸騰。由于銅合金液沸騰和鋅蒸汽泡逸出的機(jī)械攪動作用，使得溶解在銅合金液中的氣體被排除。24223232COOAlNaCONaOAl（五）真空除氣在真空條件下，由于銅液表面的氣壓極低因此原來深于銅液中的氫等氣體，很容易逸出銅液。銅合金熔煉時所用的熔劑有覆蓋劑和精煉劑兩種。覆蓋劑主要是為了防止銅合金中合金元素的氧化、蒸發(fā)和吸氣。精煉劑主要是為了除去銅合金中各種氯化夾雜。第四節(jié)銅合金的熔劑一、覆蓋熔劑銅合金常用的覆蓋劑有木炭、玻璃、硼砂、蘇打等。（一）木炭木炭的主要作用是防止氯化，

30、脫氧和保溫。木炭覆蓋在合金液表面后，能立即燃燒生成還原性氣體CO，CO產(chǎn)生在木炭與合金液表面間，成為合金液的保護(hù)氣膜，從而阻止合金液進(jìn)一步氧化；同時覆蓋液面的木炭還能使銅液中的Cu2O還原（即擴(kuò)散脫氧），因而也起到輔助脫氧作用；具有一定厚度的木炭層也能阻止氣體的溶解和減少合金液中熱量的散失。（二）玻璃二、精煉熔劑銅合金中的精煉劑又稱為精煉熔劑，其主要作用是除去銅合金液中不溶性氧化夾雜。第四節(jié)銅合金的熔劑精煉原理：在銅合金中加入堿性熔劑造渣。由于堿性熔劑與酸性氧化物作用后生成低熔點的復(fù)鹽，這些復(fù)鹽不僅熔點低，而且比重小，易于聚集和上浮，因此很容易進(jìn)入熔渣中被排除。常用的堿性精煉劑有蘇打、冰晶石（

31、Na3AlF6）、碳酸鈣（CaCO3）、螢石及硼砂等。以下為各堿性熔劑在銅合金液中的精煉反應(yīng)：（1）除去）除去Al2O3氧化夾雜物氧化夾雜物生成的Na2Al2O4熔點較低，可上浮至液面，成為熔渣除去。CaO上浮于渣中，AlF3升華逸出銅液表面。CaOAlFCaFOAl3233232ONaOAlNaAlFAlFNaOAl242236332242232427422232422323222323222222SnONaOCaBOBNaCaOSnOCOSnONaOBNaOBCONaSnOCOSnONaCONaSnO第四節(jié)銅合金的熔劑（2）除去）除去SnO2氧化夾雜物氧化夾雜物2443222COSiONa

32、NaCOSiO（3）除去）除去SiO2氧化夾雜物氧化夾雜物NoImage（1）作好材料管理。）作好材料管理。所有金屬爐料必須進(jìn)行表面處理和預(yù)熱，熔劑必須焙燒、預(yù)熔（如ZnCl2），坩堝加料前需預(yù)熱至暗紅色（600700），方可投料熔化。第五節(jié)銅合金熔煉工藝一、銅合金熔煉一般原則（2）注意加料順序。）注意加料順序。加料順序一般先熔化純銅，熔化后用磷銅脫氧，均勻攪拌后，再加入難熔的和不易氧化的金屬如鐵、硅、錳或其中間合金以及回爐料，待這些爐料熔化后再加入鋅、錫、鉛、鋁等低熔點、易氧化和蒸發(fā)的金屬料，加入時應(yīng)壓入銅液下攪拌均勻。在澆注前，有時還要加入少量磷銅來提高銅合金液的流動性。（3）采用快速熔煉

33、。）采用快速熔煉。因銅合金液氧化、吸氣嚴(yán)重，應(yīng)貫徹“快速熔煉”的原則。即整個熔煉過程采用高溫熔化，爐料要充分預(yù)熱，料塊要小，加料要迅速，銅合金液在爐內(nèi)停留時間要短，達(dá)到出爐溫度后應(yīng)盡快澆注。（4）防止吸收氣體。）防止吸收氣體。除采用快速熔煉外，熔化最好在中性稍帶有氯化性的爐氣中進(jìn)行，其特征是火焰白色無煙。（5）爐前檢驗。）爐前檢驗。銅合金在出爐以前，需要進(jìn)行含氣量試驗、彎曲試驗和斷口檢查，重要鑄件需進(jìn)行爐前化學(xué)分析。（6）嚴(yán)格控制溫度。）嚴(yán)格控制溫度。應(yīng)防止銅合金液過熱，澆注前應(yīng)將熔渣敀凈，充分?jǐn)嚢?。?）熔煉不同各類銅合金時，）熔煉不同各類銅合金時，使用使用的坩堝和爐體應(yīng)盡可能分開，或者徹的

34、坩堝和爐體應(yīng)盡可能分開，或者徹底進(jìn)行洗爐。底進(jìn)行洗爐。加工黃銅加工黃銅和和鑄造黃銅鑄造黃銅 黃銅棒黃銅棒銅合金的應(yīng)用銅合金的應(yīng)用銅管銅管銅與黃銅帶銅與黃銅帶單相黃銅塑性好：單相黃銅塑性好：H80H80、H70H70、H 68 H 68 。適于制造冷變形零件，。適于制造冷變形零件，如彈殼、冷凝器管等。如彈殼、冷凝器管等。兩相黃銅熱塑性好兩相黃銅熱塑性好, , 強(qiáng)度高：強(qiáng)度高：H59H59、H62H62。適于制造受力件，。適于制造受力件，如墊圈、彈簧、導(dǎo)管、散熱如墊圈、彈簧、導(dǎo)管、散熱器等。器等。冷凝器管冷凝器管汽車機(jī)油泵襯套汽車機(jī)油泵襯套銅合金的應(yīng)用銅合金的應(yīng)用HPb63-3、 HAl60-1-1、 HSn62-1、 HFe59-1-1、ZCuZn38Mn2Pb2、ZCuZn16Si4等。等。主要用于船舶及化工零件，如冷主要用于船舶及化工零件，如冷凝管、齒輪、螺旋槳、軸承、襯凝管、齒輪、螺旋槳、軸承、襯套及閥體等。套及閥體等。 銅合金的應(yīng)用銅合金的應(yīng)用QSn4-3、QSn6.5-0.4、ZCuSn10Pb1等。等。耐蝕承載件耐蝕承載件,如彈簧、軸承、如彈簧、軸承、齒輪軸、蝸輪、墊圈等。齒輪軸、蝸輪、墊圈等。 錫青銅管錫青銅管船用青銅軟管船用青銅軟管快速接頭閥快速接頭閥( (錫青銅閥體、錫青銅閥體、閥蓋閥蓋) )青銅制品青銅制品銅合金的應(yīng)用銅合金的應(yīng)用以