銅及銅合金課件PPT課件

1、4.1 4.1 概述第1頁/共94頁 距今4000年前的夏朝已使用紅銅（天然銅）。1957年和1959年在甘肅武威皇娘娘臺(tái)遺址發(fā)掘出銅器近20件，銅器中銅含量99.63%99.87%。 戰(zhàn)國時(shí)代周禮考工記：金有六齊。六分其金而錫居一，謂之鐘鼎之齊；五分其金而錫居一，謂之斧斤之齊；四分其金而錫居一，謂之戈戟之齊；三分其金而錫居一，謂之大刃之齊；五分其金而錫居二，謂之削殺矢之齊；金錫半，謂之鑒燧之齊。 一輛普通家用轎車的電子和電動(dòng)附件所須銅線長(zhǎng)達(dá)1公里。 法國高速火車鐵軌每公里用10噸銅。 波音747-200型飛機(jī)總重量中銅占2%。 第2頁/共94頁第3頁/共94頁 銅被廣泛地應(yīng)用于電氣、輕工、機(jī)

2、械制造、建筑工業(yè)、國防工業(yè)等領(lǐng)域，在我國有色金屬材料的消費(fèi)中僅次于鋁。 電氣、電子工業(yè)：應(yīng)用最廣、用量最大，占總消費(fèi)量一半以上。用于各種電纜和導(dǎo)線，電機(jī)和變壓器的繞阻，開關(guān)以及印刷線路板等。機(jī)械和運(yùn)輸車輛制造：用于制造閥門和配件、儀表、滑動(dòng)軸承、模具、熱交換器和泵等?；瘜W(xué)工業(yè)：廣泛應(yīng)用于制造真空器、蒸餾鍋、釀造鍋等。國防工業(yè)：用以制造子彈、炮彈、槍炮零件等，每生產(chǎn)100萬發(fā)子彈，需用銅1314噸。建筑工業(yè)：用做各種管道、管道配件、裝飾器件等。第4頁/共94頁第5頁/共94頁高導(dǎo)電性；高導(dǎo)熱性；高耐蝕性；優(yōu)良的韌性和延展性；合適的強(qiáng)度。性能：第6頁/共94頁4.2 4.2 銅的提取 銅的制取方法

3、：火法冶金、濕法冶金。 火法煉銅是當(dāng)今生產(chǎn)銅的主要方法，世界上80左右的銅由火法煉銅方法生產(chǎn)。 通過熔融冶煉和電解精煉生產(chǎn)出陰極銅（電解銅），適用于高品位的硫化銅礦、舊廢銅和新廢銅。 舊廢銅來自舊設(shè)備、廢棄的樓房和地下管道；新廢銅來自加工廠棄掉的銅屑(銅材的產(chǎn)出比為50左右)。廢銅供應(yīng)較穩(wěn)定，廢銅可以分為：裸雜銅:品位在90以上；黃雜銅（電線）:含銅物料（舊馬達(dá)、電路板）；由廢銅和其他類似材料生產(chǎn)出的銅，也稱為再生銅。第7頁/共94頁干燥密閉鼓風(fēng)爐干燥電爐干燥反射爐硫化銅精礦干燥閃速爐干燥熔池熔煉爐連續(xù)煉銅爐冰銅轉(zhuǎn)爐或連續(xù)吹煉爐粗銅火法精煉爐陽極銅電解精煉電銅(99.95%(99.95%99.

4、99% Cu)99.99% Cu)(99.5% Cu)(99.5% Cu)(98.5%Cu)(98.5%Cu)(30(3055%Cu)55%Cu)(20(2030%Cu)30%Cu)第8頁/共94頁 冰銅熔煉所用原料主要是銅精礦和含銅的返料，除了有冰銅熔煉所用原料主要是銅精礦和含銅的返料，除了有Cu、Fe、S等等元素外，還含有元素外，還含有SiO2、CaO、MgO等。熔煉時(shí)如下發(fā)生反應(yīng)：等。熔煉時(shí)如下發(fā)生反應(yīng)：高價(jià)硫化物、氧化物及碳酸鹽的分解高價(jià)硫化物、氧化物及碳酸鹽的分解在在1200 以上，所有高價(jià)化合物均會(huì)發(fā)生離解反應(yīng)。以上，所有高價(jià)化合物均會(huì)發(fā)生離解反應(yīng)。FeS2 FeS 0.5S2Fe

5、nSn+1 = nFeS + 0.5S22CuFeS2 = Cu2S + 2FeS + 0.5S22CuS = Cu2S + 0.5S22Cu3FeS3 = 3Cu2S + 2FeS + 0.5S23NiS = Ni3S2 + 0.5S2氧化銅和碳酸鹽的離解反應(yīng)：氧化銅和碳酸鹽的離解反應(yīng)：2CuO = Cu2O + 0.5O2CaCO3 = CaO + CO2MgCO3 = MgO + CO2離解生成的離解生成的S2被爐中的氧化氣氛氧化為被爐中的氧化氣氛氧化為SO2。冰銅制取第9頁/共94頁硫化物氧化硫化物氧化 FeS + 1.5O2 = FeO + SO2 FeS2 + 2.5O2 = Fe

6、O + 2SO2 3FeS + 5O2 = Fe3O4 + 3SO2 Cu2S + 1.5O2 = Cu2O + SO2鐵的氧化物及脈石造渣反應(yīng)鐵的氧化物及脈石造渣反應(yīng) 2FeO + SiO2 = 2FeOSiO2 3Fe3O4 + FeS + 5SiO2 = 5(2FeOSiO2) + SO2燃料的燃燒反應(yīng)燃料的燃燒反應(yīng) C + O2 = CO2 2H2 + O2 = 2H2O CH4 + 2O2 = 2H2O + CO2 冰銅是在熔煉過程中產(chǎn)生的、以冰銅是在熔煉過程中產(chǎn)生的、以Cu2S-FeS系為主并溶解少量其它系為主并溶解少量其它金屬硫化物金屬硫化物（如（如Ni3S2、Co3S2、PbS

7、、ZnS等）、等）、貴金屬貴金屬（Au、Ag）、）、鉑族金屬、鉑族金屬、Se、Te、As、Sb、Bi等元素及微量脈石成分的等元素及微量脈石成分的多元系混合物多元系混合物。第10頁/共94頁冰銅熔煉方法現(xiàn)代煉銅方法奧托昆普法傳統(tǒng)熔煉方法鼓風(fēng)爐熔煉方法反射爐熔煉方法電爐熔煉方法熔池熔煉方法漂浮熔煉方法諾蘭達(dá)法瓦紐科夫法白銀法 閃速熔煉法三菱法 基夫賽特法印柯法奧斯麥特法第11頁/共94頁粗銅的制取 液態(tài)冰銅經(jīng)在水平轉(zhuǎn)爐中進(jìn)行吹煉制得粗銅。液態(tài)冰銅經(jīng)在水平轉(zhuǎn)爐中進(jìn)行吹煉制得粗銅。 吹煉的目的：利用空氣中的氧，將冰銅中的鐵和硫幾吹煉的目的：利用空氣中的氧，將冰銅中的鐵和硫幾乎全部氧化除去，同時(shí)除去部分

8、雜質(zhì)，以得到粗銅。乎全部氧化除去，同時(shí)除去部分雜質(zhì)，以得到粗銅。 轉(zhuǎn)爐吹煉分為兩個(gè)階段：轉(zhuǎn)爐吹煉分為兩個(gè)階段：第一階段：造渣期，主要進(jìn)行第一階段：造渣期，主要進(jìn)行FeSFeS的氧化和造渣反應(yīng)；的氧化和造渣反應(yīng)；第二階段：造銅期，主要進(jìn)行第二階段：造銅期，主要進(jìn)行CuCu2 2S S的氧化及的氧化及CuCu2 2S S和和CuCu2 2O O的的相互反應(yīng)，最終獲得粗銅。相互反應(yīng)，最終獲得粗銅。 造渣期根據(jù)情況加入冰銅和石英溶劑，并間斷地排放造渣期根據(jù)情況加入冰銅和石英溶劑，并間斷地排放爐渣。造銅期無需加溶劑，不產(chǎn)出爐渣。爐渣。造銅期無需加溶劑，不產(chǎn)出爐渣。第12頁/共94頁轉(zhuǎn)爐示意圖轉(zhuǎn)爐示意圖第

9、13頁/共94頁粗銅火法精煉 粗銅含有各種雜質(zhì)和金銀等貴金屬粗銅含有各種雜質(zhì)和金銀等貴金屬（ 0.252%0.252% ）。這些雜質(zhì)影響。這些雜質(zhì)影響銅的物理化學(xué)性質(zhì)和用途。銅的物理化學(xué)性質(zhì)和用途。 火法精煉的目的：盡量除去粗銅中的雜質(zhì)，為電解精煉提供合格火法精煉的目的：盡量除去粗銅中的雜質(zhì)，為電解精煉提供合格的銅陽極板。的銅陽極板。 火法精煉在回轉(zhuǎn)陽極爐或反射爐內(nèi)進(jìn)行。每一精煉周期包括裝料、火法精煉在回轉(zhuǎn)陽極爐或反射爐內(nèi)進(jìn)行。每一精煉周期包括裝料、熔化、氧化、還原和澆鑄五個(gè)工段，其中氧化和還原工段是最關(guān)鍵工熔化、氧化、還原和澆鑄五個(gè)工段，其中氧化和還原工段是最關(guān)鍵工段。段。氧化過程氧化過程

10、銅中多數(shù)雜質(zhì)對(duì)氧的親和力大銅中多數(shù)雜質(zhì)對(duì)氧的親和力大于銅，且雜質(zhì)氧化物在銅水中的于銅，且雜質(zhì)氧化物在銅水中的溶解度很小。粗銅中主要是銅，溶解度很小。粗銅中主要是銅，雜質(zhì)濃度低，根據(jù)質(zhì)量作用定律，雜質(zhì)濃度低，根據(jù)質(zhì)量作用定律，銅先氧化：銅先氧化： 4Cu + O2 = 2Cu4Cu + O2 = 2Cu2 2OO生成的生成的CuCu2 2OO溶于銅液中，并與雜溶于銅液中，并與雜質(zhì)接觸，氧化雜質(zhì)。質(zhì)接觸，氧化雜質(zhì)。 CuCu2 2O + Me = 2Cu + (MeO)O + Me = 2Cu + (MeO)還原過程還原過程 用還原劑將銅液中的用還原劑將銅液中的CuCu2 2O O脫除脫除的過程。

11、常用還原劑有重油、天然的過程。常用還原劑有重油、天然氣和液化石油氣等。氣和液化石油氣等。用重油還原時(shí)，高溫下重油中的有用重油還原時(shí)，高溫下重油中的有機(jī)物先分解為機(jī)物先分解為H H2 2、COCO和甲烷等。其和甲烷等。其反應(yīng)如下：反應(yīng)如下：CuCu2 2O + HO + H2 2 = 2Cu + H = 2Cu + H2 2O OCuCu2 2O + CO = 2Cu + COO + CO = 2Cu + CO2 24Cu4Cu2 2O + CHO + CH4 4 = 8Cu + CO = 8Cu + CO2 2 +2H +2H2 2O O第14頁/共94頁電解精煉 火法精煉得到的精銅品位一般為

12、火法精煉得到的精銅品位一般為99.299.7%99.299.7%，含有，含有0.30.8%0.30.8%的雜質(zhì)。的雜質(zhì)。 電解精煉的目的：電解精煉的目的：降低銅中的雜質(zhì)含量，從而提高銅的性能，使其達(dá)到各降低銅中的雜質(zhì)含量，從而提高銅的性能，使其達(dá)到各種應(yīng)用的要求；種應(yīng)用的要求；回收其中的有價(jià)金屬，尤其是貴金屬和稀散金屬。回收其中的有價(jià)金屬，尤其是貴金屬和稀散金屬。 電解精煉的產(chǎn)品是電銅，按純度不同可分為電解精煉的產(chǎn)品是電銅，按純度不同可分為1號(hào)銅號(hào)銅(Cu99.95%)、2號(hào)銅號(hào)銅(Cu99.9%)、3號(hào)銅號(hào)銅(Cu99.7%)、4號(hào)銅號(hào)銅(Cu99.5%)。第15頁/共94頁陽極反應(yīng) 陽極上

13、進(jìn)行的是銅和一些雜質(zhì)的氧化反應(yīng)。式中M為Fe、Ni、Pb、As、Sb等比Cu更負(fù)電性的元素。這些元素在銅中的含量低，其電極電位更負(fù)，因此將優(yōu)先溶解進(jìn)入電解液，同時(shí)銅也不斷地溶解到電解液中。水和硫酸根離子的氧化電位比銅正得多，其反應(yīng)不可能進(jìn)行。金、銀和鉑族金屬的電位更正，不能被氧化進(jìn)入電解液，最后進(jìn)入陽極泥中。22CueCuVECuCu34. 00/222MeMVEMM34. 00/2222122OHeOHVEOOH229. 10/222324212OSOeSOVEOSO42. 20/224第16頁/共94頁陰極反應(yīng)陰極反應(yīng) 陰極上進(jìn)行的是銅的還原反應(yīng)。陰極上進(jìn)行的是銅的還原反應(yīng)。 氫的標(biāo)準(zhǔn)電極

14、電位比銅負(fù)，且在銅陰極上的超電位，氫的標(biāo)準(zhǔn)電極電位比銅負(fù)，且在銅陰極上的超電位，使氫的電極電位更負(fù)，所以在正常電解條件下不會(huì)析出氫。使氫的電極電位更負(fù)，所以在正常電解條件下不會(huì)析出氫。電極電位比銅負(fù)的元素，也不能在陰極上析出。電極電位比銅負(fù)的元素，也不能在陰極上析出。CueCu22VECuCu34. 00/2222HeHVEHH00/2MeM22VEMM34. 00/2第17頁/共94頁銅的濕法冶金銅的濕法冶金 濕法煉銅是在常壓或高壓下，用溶劑浸出礦石或焙燒礦中的銅，經(jīng)凈液使銅與雜質(zhì)分離，而后用電積或置換等方法，將溶液中的銅提取出來。 對(duì)氧化礦，大多數(shù)工廠用溶劑直接浸出；對(duì)硫化礦，一般先經(jīng)焙燒

15、然后浸出焙燒礦。第18頁/共94頁 由于濕法冶金具有環(huán)境污染少，能處理低品位礦或多金屬復(fù)雜礦等特點(diǎn)，近年來也得到了迅速的發(fā)展。下面簡(jiǎn)單介紹幾種主要濕法煉銅方法。焙燒浸出電積法 此法是目前世界上應(yīng)用最廣的濕法煉銅方法。菌浸出法 主要處理低品位難選復(fù)合礦和廢礦。aqCuSOCuSO,CuSOCuO,CuO444y稀硫酸浸出焙燒等xCuSCu電積凈化除鐵凈液第19頁/共94頁高壓氨浸法 在高溫、高氧壓和高氨壓下，使Cu、Ni、Co等有價(jià)金屬以絡(luò)合物形態(tài)進(jìn)入溶液，鐵以氫氧化物進(jìn)入渣。此法適于處理Cu-Ni-Co或Ni-Co礦。第20頁/共94頁 純銅含銅純銅含銅 99.90-99.99%99.90-9

16、9.99%，加工銅國家標(biāo)準(zhǔn)有，加工銅國家標(biāo)準(zhǔn)有9 9個(gè)個(gè)牌號(hào)：牌號(hào)：3 3個(gè)純銅牌號(hào)、個(gè)純銅牌號(hào)、3 3個(gè)無氧銅牌號(hào)、個(gè)無氧銅牌號(hào)、2 2個(gè)磷脫氧銅牌個(gè)磷脫氧銅牌號(hào)、號(hào)、1 1個(gè)銀銅牌號(hào)；高純銅純度可達(dá)個(gè)銀銅牌號(hào)；高純銅純度可達(dá) 99.99%99.99%99.9999% 99.9999% ，又稱為，又稱為4N4N、5N5N、6N6N銅。銅。 工業(yè)純銅的牌號(hào)用字母工業(yè)純銅的牌號(hào)用字母T T加上序號(hào)表示，如加上序號(hào)表示，如T1T1，T2T2，T3T3等，數(shù)字增加表示純度降低。等，數(shù)字增加表示純度降低。 無氧銅用無氧銅用 “T T”和和“U U”加上序號(hào)表示，如加上序號(hào)表示，如TUlTUl、TU2T

17、U2。 用磷和錳脫氧的無氧銅，在用磷和錳脫氧的無氧銅，在TUTU后面加脫氧劑化學(xué)后面加脫氧劑化學(xué)元素符號(hào)表示，如元素符號(hào)表示，如TUPTUP、TUMnTUMn。工業(yè)純銅的牌號(hào)及應(yīng)用4.3 4.3 純銅第21頁/共94頁第22頁/共94頁純銅：電阻率：0.01673歐姆mm2/m 線膨脹數(shù)：17.610-6/導(dǎo)熱率0100：399W/mk純銅的性能第23頁/共94頁 導(dǎo)電導(dǎo)熱性：高的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性，僅次于銀而居第二位。導(dǎo)電導(dǎo)熱性：高的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性，僅次于銀而居第二位。 工業(yè)純金屬的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性由高到低的順序?yàn)椋恒y、銅、鋁、工業(yè)純金屬的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性由高到低的順序?yàn)椋恒y、銅、鋁、鎂、鋅、鎘、鈷、鐵、鉑

18、，錫、鉛、銻。鎂、鋅、鎘、鈷、鐵、鉑，錫、鉛、銻。 20時(shí)銅的電阻率為時(shí)銅的電阻率為1.613cm，熱導(dǎo)率為，熱導(dǎo)率為402WmK； 銀為銀為1.590cm， 銀為銀為419WmK。 用途：各種導(dǎo)線、電纜、導(dǎo)電牌、電器開關(guān)等導(dǎo)電器材和各種用途：各種導(dǎo)線、電纜、導(dǎo)電牌、電器開關(guān)等導(dǎo)電器材和各種冷凝管、散熱管、熱交換器、真空電弧爐的結(jié)晶器等。冷凝管、散熱管、熱交換器、真空電弧爐的結(jié)晶器等。 所有雜質(zhì)和加入元素，不同程度降低銅的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能。固所有雜質(zhì)和加入元素，不同程度降低銅的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能。固溶于銅的元素溶于銅的元素(除除Ag、Cd外外)對(duì)銅的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性降低較多，而呈對(duì)銅的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性降低較

19、多，而呈第二相析出的元素則對(duì)銅的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性降低較少。第二相析出的元素則對(duì)銅的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性降低較少。 Ti、P、Si、Fe、Co、As、Be、Mn、Al強(qiáng)烈降低強(qiáng)烈降低Cu導(dǎo)電性。導(dǎo)電性。 冷變形對(duì)銅的導(dǎo)電性能影響不大，與其它強(qiáng)化方法冷變形對(duì)銅的導(dǎo)電性能影響不大，與其它強(qiáng)化方法(如固溶強(qiáng)化如固溶強(qiáng)化)相比，冷加工后導(dǎo)電性的降低要小得多相比，冷加工后導(dǎo)電性的降低要小得多 A1203彌散強(qiáng)化可提高銅的強(qiáng)度而又不使其導(dǎo)電率明顯下降。彌散強(qiáng)化可提高銅的強(qiáng)度而又不使其導(dǎo)電率明顯下降。 第24頁/共94頁 耐蝕性：銅的標(biāo)準(zhǔn)電極電位為耐蝕性：銅的標(biāo)準(zhǔn)電極電位為+0.345V，比氫高，在水溶液中，比氫高，在水

20、溶液中不能置換氫，在許多介質(zhì)中化學(xué)穩(wěn)定性好。不能置換氫，在許多介質(zhì)中化學(xué)穩(wěn)定性好。 銅在銅在大氣中耐蝕性良好大氣中耐蝕性良好。大氣中的銅表面形成難溶于水、并與。大氣中的銅表面形成難溶于水、并與基底緊密結(jié)合的堿式硫酸銅基底緊密結(jié)合的堿式硫酸銅(即銅綠，即銅綠，CuS043Cu(OH)2)或堿式碳酸或堿式碳酸銅銅(CuCO3Cu(OH)2)薄膜，防止銅繼續(xù)腐蝕。薄膜，防止銅繼續(xù)腐蝕。 銅在淡水及蒸汽中抗蝕性能也很好銅在淡水及蒸汽中抗蝕性能也很好。野外架設(shè)的大量導(dǎo)線、水。野外架設(shè)的大量導(dǎo)線、水管、冷凝管可不另加保護(hù)。管、冷凝管可不另加保護(hù)。 銅在海水中的腐蝕速度不大銅在海水中的腐蝕速度不大，約為，約

21、為0.05mma；加入；加入0.150.3As能顯著提高銅對(duì)海水的抗蝕性。能顯著提高銅對(duì)海水的抗蝕性。 銅在非氧化性的酸銅在非氧化性的酸(如鹽酸如鹽酸)、堿、多種有機(jī)酸、堿、多種有機(jī)酸(如醋酸、檸檬酸、如醋酸、檸檬酸、脂肪酸、乳酸、草酸脂肪酸、乳酸、草酸)中有良好的耐蝕性中有良好的耐蝕性。 銅在氧化劑和氧化性的酸銅在氧化劑和氧化性的酸(如硝酸如硝酸)中不耐蝕中不耐蝕。氨、氯化銨，氰。氨、氯化銨，氰化物，汞鹽水溶液和濕潤(rùn)的鹵族元素等，均引起銅強(qiáng)烈的腐蝕?；铮}水溶液和濕潤(rùn)的鹵族元素等，均引起銅強(qiáng)烈的腐蝕。 銅在常溫干燥空氣中幾乎不氧化，溫度超過銅在常溫干燥空氣中幾乎不氧化，溫度超過100時(shí)開

22、始氧化，時(shí)開始氧化，表面生成黑色的表面生成黑色的CuO薄膜。高溫下，銅的氧化速度大為增加，并在薄膜。高溫下，銅的氧化速度大為增加，并在表面上生成紅色的表面上生成紅色的Cu2O薄膜。薄膜。第25頁/共94頁磁性：逆磁性物質(zhì)，磁化率為磁性：逆磁性物質(zhì)，磁化率為-0.08510-6，常用來制造不受磁場(chǎng)干，常用來制造不受磁場(chǎng)干擾的磁學(xué)儀器，如羅盤、航空儀器。鐵磁性雜質(zhì)擾的磁學(xué)儀器，如羅盤、航空儀器。鐵磁性雜質(zhì)(Fe、Co、Ni)在銅在銅中呈不溶狀態(tài)時(shí)，即顯鐵磁性。用中呈不溶狀態(tài)時(shí)，即顯鐵磁性。用T1或或T2銅制造磁性儀表的結(jié)構(gòu)銅制造磁性儀表的結(jié)構(gòu)材料。材料。Fe是危害最大的雜質(zhì)，應(yīng)限制在是危害最大的雜

23、質(zhì)，應(yīng)限制在0.01以下。以下。銅的機(jī)械性能銅的機(jī)械性能 軟態(tài)銅：軟態(tài)銅： Rm：200240MPa， 35 45HB，A：50%。硬態(tài)銅：硬態(tài)銅： Rm： 350400MPa， 110 130 HB，A：6。 銅滑移系多，易變形，退火態(tài)銅壓縮銅滑移系多，易變形，退火態(tài)銅壓縮8595而不產(chǎn)生裂紋。而不產(chǎn)生裂紋。 純銅在純銅在500600呈現(xiàn)呈現(xiàn)“中溫脆性中溫脆性” ，熱加工需在高于脆性區(qū)，熱加工需在高于脆性區(qū)溫度下進(jìn)行。中溫脆性是低熔點(diǎn)金屬溫度下進(jìn)行。中溫脆性是低熔點(diǎn)金屬Pb、Bi與與Cu生成分布于晶界生成分布于晶界上的低熔點(diǎn)共晶體而造成熱脆；在較高溫度時(shí)，上的低熔點(diǎn)共晶體而造成熱脆；在較高溫

24、度時(shí)，Pb、Bi在在Cu中的中的固溶度增大，微量固溶度增大，微量Pb、Bi又固溶于銅的晶粒內(nèi)，不造成危害，從而又固溶于銅的晶粒內(nèi)，不造成危害，從而使塑性又升高。使塑性又升高。 第26頁/共94頁 純銅中的雜質(zhì)分為三類：純銅中的雜質(zhì)分為三類：固溶于銅的雜質(zhì)及微量元素；固溶于銅的雜質(zhì)及微量元素；少量固溶于銅、與銅形成易熔共晶的雜質(zhì)及微量元素；少量固溶于銅、與銅形成易熔共晶的雜質(zhì)及微量元素；幾乎不固溶于銅、與銅形成較高熔點(diǎn)的脆性化合物雜質(zhì)及微量幾乎不固溶于銅、與銅形成較高熔點(diǎn)的脆性化合物雜質(zhì)及微量元素。元素。 雜質(zhì)元素對(duì)銅塑性的影響，取決于銅與元素的相互作用。當(dāng)雜質(zhì)元素對(duì)銅塑性的影響，取決于銅與元素

25、的相互作用。當(dāng)雜質(zhì)元素固溶于銅時(shí)，影響不大；若雜質(zhì)元素與銅形成低熔點(diǎn)共雜質(zhì)元素固溶于銅時(shí)，影響不大；若雜質(zhì)元素與銅形成低熔點(diǎn)共晶體，則會(huì)產(chǎn)生晶體，則會(huì)產(chǎn)生“熱脆熱脆”。若雜質(zhì)元素與銅形成脆性化合物分布。若雜質(zhì)元素與銅形成脆性化合物分布于晶界時(shí)，則產(chǎn)生于晶界時(shí)，則產(chǎn)生“冷脆冷脆”。磷：700時(shí)磷在銅中溶解度為時(shí)磷在銅中溶解度為1.75，200時(shí)溶解度為時(shí)溶解度為0.4，溫度下降磷在銅中的溶解度也下降。磷顯著降低銅的導(dǎo)電、導(dǎo)熱溫度下降磷在銅中的溶解度也下降。磷顯著降低銅的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性，但對(duì)銅的機(jī)械性能特別是對(duì)焊接性能有益。磷常作為銅的脫性，但對(duì)銅的機(jī)械性能特別是對(duì)焊接性能有益。磷常作為銅的脫氧劑使

26、用，并提高銅液的流動(dòng)性。過量的磷會(huì)生成氧劑使用，并提高銅液的流動(dòng)性。過量的磷會(huì)生成Cu3P脆性化合脆性化合物，造成物，造成“冷脆冷脆”，所以過量的磷有害。，所以過量的磷有害。 雜質(zhì)及微量元素對(duì)銅壓力加工性能的影響第27頁/共94頁砷：熔點(diǎn)：熔點(diǎn)613，固態(tài)銅中溶解度為，固態(tài)銅中溶解度為7.5。少量。少量As對(duì)機(jī)械性能無對(duì)機(jī)械性能無明顯影響，但顯著降低銅的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性。砷可提高銅的再結(jié)晶明顯影響，但顯著降低銅的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性。砷可提高銅的再結(jié)晶溫度，提高銅的耐熱性；砷顯著提高銅的耐蝕性，冷凝銅管中均溫度，提高銅的耐熱性；砷顯著提高銅的耐蝕性，冷凝銅管中均加入少量砷；還可改善含氧銅的加工性能。加入少

27、量砷；還可改善含氧銅的加工性能。銻： 熔點(diǎn)熔點(diǎn)630，共晶溫度（，共晶溫度（645）下銻在銅中的固溶度）下銻在銅中的固溶度11。隨溫度降低，銻在銅中的溶解度急劇降低，并形成脆性隨溫度降低，銻在銅中的溶解度急劇降低，并形成脆性Cu3Sb，分布在晶界上而造成分布在晶界上而造成“冷脆冷脆”。銻同時(shí)造成銅的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。銻同時(shí)造成銅的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性的嚴(yán)重降低，導(dǎo)電用銅的含銻量的嚴(yán)重降低，導(dǎo)電用銅的含銻量0.002。 鉛： 熔點(diǎn)熔點(diǎn)327，幾乎不溶于銅，微量的鉛與銅形成低熔點(diǎn)共晶，幾乎不溶于銅，微量的鉛與銅形成低熔點(diǎn)共晶組織組織(CuPb)，共晶溫度為，共晶溫度為326，共晶體最后結(jié)晶并集中在晶，共晶

28、體最后結(jié)晶并集中在晶界上，鉛呈黑色顆粒狀分布于晶界，熱加工時(shí)，鉛先熔化，使金界上，鉛呈黑色顆粒狀分布于晶界，熱加工時(shí)，鉛先熔化，使金屬晶粒之間結(jié)合力破壞，造成屬晶粒之間結(jié)合力破壞，造成“熱脆熱脆”。鉛控制在。鉛控制在0.0050.05。第28頁/共94頁鉍： 熔點(diǎn)為熔點(diǎn)為271，不溶于，不溶于Cu中，在中，在270與與Cu生成低熔點(diǎn)共生成低熔點(diǎn)共晶晶(Cu+Bi) 。Bi在低熔點(diǎn)共晶中呈薄膜狀分布在銅的晶界上，在低熔點(diǎn)共晶中呈薄膜狀分布在銅的晶界上，熱加工時(shí)，薄膜熔化而造成熱加工時(shí)，薄膜熔化而造成“熱脆熱脆”。Bi本身也是脆性相，使本身也是脆性相，使銅在冷態(tài)下也會(huì)變脆，所以銅在冷態(tài)下也會(huì)變脆，

29、所以Bi不但造成不但造成“熱脆熱脆”，也造成，也造成“冷冷脆脆”，對(duì)銅危害嚴(yán)重。鉍的極限含量不大于，對(duì)銅危害嚴(yán)重。鉍的極限含量不大于0.002。硫：形成共晶系相圖，共晶溫度較高，對(duì)銅熱變形影響不明：形成共晶系相圖，共晶溫度較高，對(duì)銅熱變形影響不明顯，共晶體顯，共晶體(+Cu(+Cu2 2S)S)集中在晶界上，集中在晶界上，CuCu2 2S S硬而脆，致使金屬硬而脆，致使金屬發(fā)生發(fā)生“冷脆冷脆”。 硫的最大允許含量為硫的最大允許含量為0.0050.0050.010.01。 硒，碲：固態(tài)銅中的溶解度極小，生成：固態(tài)銅中的溶解度極小，生成CuCu2 2SeSe、CuCu2 2TeTe脆性化合脆性化合

30、物，凝固時(shí)沿晶界析出，造成物，凝固時(shí)沿晶界析出，造成“冷脆冷脆”。銅中含。銅中含0.0030.003硒和硒和0.0050.0050.0030.003碲即可使其焊接性能惡化。碲即可使其焊接性能惡化。第29頁/共94頁氧：不固溶于銅，與銅形成高熔點(diǎn)脆性化合物：不固溶于銅，與銅形成高熔點(diǎn)脆性化合物Cu2O，含氧銅凝固，含氧銅凝固時(shí)，氧以共晶體時(shí)，氧以共晶體(Cu+Cu2O) 分布在晶界上。共晶溫度很高分布在晶界上。共晶溫度很高(1066)，對(duì)熱變形性能不產(chǎn)生影響，但對(duì)熱變形性能不產(chǎn)生影響，但Cu2O硬而脆，使冷變形產(chǎn)生困難，硬而脆，使冷變形產(chǎn)生困難，導(dǎo)使導(dǎo)使“冷脆冷脆”。含氧銅在氫或還原性氣氛中退火

31、時(shí)，會(huì)出現(xiàn)。含氧銅在氫或還原性氣氛中退火時(shí)，會(huì)出現(xiàn)“氫氫病病”。 “氫病氫病”的本質(zhì)：退火時(shí)，氫或還原性氣氛易于滲入銅中與的本質(zhì)：退火時(shí)，氫或還原性氣氛易于滲入銅中與CuO的氧化合而形成水蒸氣或的氧化合而形成水蒸氣或CO2。 100g含氧含氧0.01的銅在氫氣中退火，會(huì)的銅在氫氣中退火，會(huì)形成形成140cm3的蒸汽。生成的水蒸汽無的蒸汽。生成的水蒸汽無法擴(kuò)散，在銅中形成很高的壓力，使法擴(kuò)散，在銅中形成很高的壓力，使銅遭到破壞。含氧量達(dá)銅遭到破壞。含氧量達(dá)0.005的銅，的銅，即出現(xiàn)即出現(xiàn)“氫病氫病”。 根據(jù)氧含量和生產(chǎn)方法，純銅可分根據(jù)氧含量和生產(chǎn)方法，純銅可分無氧銅、脫氧銅和純銅三類，其中只

32、無氧銅、脫氧銅和純銅三類，其中只有無氧銅才能在高溫還原性氣氛中加有無氧銅才能在高溫還原性氣氛中加工使用。工使用。第30頁/共94頁純銅純銅 形變退火形變退火 退火孿晶退火孿晶第31頁/共94頁0.045% O鑄態(tài)，網(wǎng)狀熱加工態(tài)，顆粒狀400的H2電解銅組織第32頁/共94頁無氧銅組織鑄態(tài)熱加工態(tài)8000.5h的H2第33頁/共94頁脫氧銅組織第34頁/共94頁4.4 銅合金黃銅：簡(jiǎn)單黃銅：CuZn二元合金?！癏 數(shù)字” 。如H70：含銅量為70，其余為鋅。 復(fù)雜黃銅：Cu-Zn合金中加入少量鉛、錫、鋁、錳等組成的多元合金。第三組元為鉛的稱鉛黃銅、為鋁的稱鋁黃銅：HSn70-1：含70Cu、1S

33、n、余為鋅的錫黃銅。HMn57-31：57Cu、3Mn、1Al、余為鋅的錳黃銅；HAl66-632：66Cu、6Al、3Fe、2Mn、余Zn的鋁黃銅白銅：銅為基、鎳為主要合金元素的銅合金?！癇數(shù)字” 。 如：BlO為10Ni、余為銅；B30為30%Ni、余Cu的銅鎳合金。青銅：除黃銅、白銅之外的銅合金?！癚主加元素符號(hào)及數(shù)字” 按主加元素(Sn、Al、Be等)命名為錫青銅、鋁青銅、鈹青銅，如QSn6.5-0.1為6.5Sn、0.1P、余為銅的錫磷青銅。QA15為5A1、余為銅的鋁青銅。QBe2為2%Be、余下為銅的鈹青銅。 銅合金分類與牌號(hào)第35頁/共94頁第36頁/共94頁第37頁/共94頁

34、第38頁/共94頁第39頁/共94頁第40頁/共94頁普通黃銅的普通黃銅的相組成及各相組成及各相的特性相的特性 Cu-Zn二元系相圖中的相有、。 黃銅普通黃銅37.532.536.8第41頁/共94頁 相相：以銅為基的固溶體。 晶格常數(shù)隨鋅含量增加而增大，鋅在銅中的溶解度與一般合金相反，隨溫度降低而增加，在456時(shí)固溶度達(dá)最大值(39Zn)；之后，鋅在銅中的溶解度隨溫度的降低而減少。 含鋅25左右合金，存在Cu3Zn化合物的兩種有序化轉(zhuǎn)變： 450左右：無序固溶體l有序固溶體 217左右：l有序固溶體2有序固溶體。 相塑性良好，可進(jìn)行冷熱加工，并具有良好焊接性能。 相相：以電子化合物CuZn為

35、基的體心立方晶格固溶體。冷卻時(shí)：468456，無序相成有序相。塑性低，硬而脆，冷加工困難，所以含有相的合金不適宜冷加工。但加熱到有序化溫度以上，后，又具有良好塑性。相高溫塑性好，可進(jìn)行熱加工。 相相：以電子化合物Cu5Zn8為基的復(fù)雜立方晶格固溶體。硬而脆，難以壓力加工，無法應(yīng)用。工業(yè)用黃銅的鋅含量均小于46，避免出現(xiàn)相。第42頁/共94頁 H70黃銅的鑄態(tài)組織及變形后退火組織 按退火組織，工業(yè)用黃銅分為黃銅和+兩相黃銅。 w wZnZn3636的的黃銅黃銅：H96H65為單相黃銅，黃銅的鑄態(tài)組織中存在樹枝狀偏析，枝軸部分含銅較高，不易腐蝕；呈亮色，枝間部分含鋅較多，易腐蝕，故呈暗色。變形及再

36、結(jié)晶退火后，得到等軸的晶粒，而且出現(xiàn)很多退火孿晶，這是銅合金形變后退火組織的特點(diǎn)。第43頁/共94頁H62雙相黃銅雙相黃銅 退火退火 白白+黑黑第44頁/共94頁 +黃銅黃銅：3646Zn，如H62至H59。凝固時(shí)發(fā)生包晶反應(yīng)形成相，凝固后的合金為單相組織；冷至+兩相區(qū)時(shí)，自相中析出相，殘留的相冷至有序轉(zhuǎn)變溫度時(shí)(456)，無序相轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蛳?，室溫下合金?兩相組織。鑄態(tài)+黃銅，相呈亮色(因含鋅少，腐蝕淺), 相呈黑色(因含鋅多，腐蝕深)。經(jīng)變形和再結(jié)晶退火后，相具有攣晶特征。 第45頁/共94頁普通黃銅性能變化與鋅含量的關(guān)系普通黃銅性能變化與鋅含量的關(guān)系物理性能物理性能：普通黃銅密度隨wZn

37、增加而下降，而線膨脹系數(shù)隨wZn增加而上升。電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率在區(qū)隨wZn增加而下降；wZn39，合金中出現(xiàn)，電導(dǎo)率又上升， wZn為50時(shí)達(dá)峰值。力學(xué)性能力學(xué)性能：wZn30時(shí)，隨wZn增加，Rm和A同時(shí)增大，對(duì)固溶強(qiáng)化的合金來說，這種情況是極少有的， wZn在3032%時(shí)，A達(dá)最大值。之后，隨相的出現(xiàn)、增多，塑性急劇下降； Rm 則一直增加，并當(dāng)wZn45時(shí)， Rm 值達(dá)最大。 wZn45，相全部消失，組織為硬脆的相，導(dǎo)致Rm 急劇下降。變形和退火后的性能變形和退火后的性能：相隨wZn增加，其強(qiáng)度、塑性均增加；當(dāng)wZn為30時(shí)，塑性最好，適于深沖壓和冷拉，大量用于制造炮彈殼，H70黃銅又稱為“

38、炮彈黃銅炮彈黃銅”。相強(qiáng)度更高，但室溫下呈有序狀態(tài)，塑性很低。相在室溫下則更硬而脆。第46頁/共94頁 黃銅在200600溫度范圍內(nèi)均存在中溫低塑性區(qū)中溫低塑性區(qū)。這是微量雜質(zhì)(鉛、銻、鉍等)所致，這些雜質(zhì)與銅生成低熔點(diǎn)共晶并凝聚在晶界上，形成低熔點(diǎn)共晶薄膜，從而造成熱加工過程的“熱脆”。黃銅的塑性會(huì)隨溫度升高而重新顯著增加，因這些雜質(zhì)在高溫時(shí)的溶解度明顯增加。脆性區(qū)溫度范圍與鋅含量有關(guān)。 加入微量混合稀土或鋰、鈣、鋯、鈰等可與雜質(zhì)形成高熔點(diǎn)化合物的元素，均有效減輕或消除雜質(zhì)的有害影響，從而消除熱脆性。如鈰與鉛、鉍形成Pb2Ce及Bi2Ce等高熔點(diǎn)化合物。 黃銅的熱加工應(yīng)在高于脆性區(qū)的溫度下進(jìn)

39、行；+黃銅室溫塑性較低，只能熱變形、要加熱到相區(qū)熱軋，但溫度不能太高，因相長(zhǎng)大得快，以保留少量相為宜，利用殘留相限制晶粒長(zhǎng)大。所以，熱變形溫度通常選擇在(+)相變溫度附近。第47頁/共94頁 黃銅在大氣、淡水或蒸汽中耐蝕性好，腐蝕速度約為0.00250.025mm/a；在海水中的腐蝕速度為0.00750.1mma。脫鋅和應(yīng)力腐蝕破壞(季裂)是黃銅最常見的兩種腐蝕形式。 脫鋅脫鋅：出現(xiàn)在含鋅較高的黃銅、特別是+黃銅中。鋅電極電位遠(yuǎn)低于銅，在中性鹽水溶液中鋅首先被溶解，銅呈多孔薄膜殘留在表面，并與表面下的黃銅組成微電池，使黃銅成為陽極而被加速腐蝕。加入0.020.06As可防止脫鋅。 應(yīng)力腐蝕應(yīng)力

40、腐蝕：即“季裂季裂”或“自裂自裂”，指黃銅產(chǎn)品存放期間產(chǎn)生自動(dòng)破裂的現(xiàn)象。它是產(chǎn)品內(nèi)殘余應(yīng)力與腐蝕介質(zhì)氨、SO2及潮濕空氣的聯(lián)合作用產(chǎn)生的。黃銅含Zn量越高，越易自裂。 為避免黃銅自裂，所有黃銅冷加工制品或半制品，均需進(jìn)行低溫(260300)退火來消除制品在冷加工時(shí)產(chǎn)生的殘留內(nèi)應(yīng)力。此外，在黃銅中加人0.020.06As或1.01.5Si也能明顯降低其自裂傾向。第48頁/共94頁普通黃銅中雜質(zhì)：普通黃銅中雜質(zhì)： 鉛、鉍、銻、磷、砷和鐵等。鉛、鉍、銻、磷、砷和鐵等。鉛鉛： 在單相黃銅中是有害雜質(zhì)，由于它熔點(diǎn)低，幾乎不溶于黃銅中，所以它主要分布在晶界上。鉛含量大于0.03時(shí)，黃銅在熱加工時(shí)出現(xiàn)熱脆

41、；但對(duì)冷加工性能無明顯影響。 在+兩相黃銅中，鉛的允許含量可比黃銅高一些，因?yàn)閮上帱S銅在加熱和冷卻過程中，會(huì)發(fā)生固態(tài)相變，使鉛大部分轉(zhuǎn)入晶內(nèi)，減輕有害影響。少量鉛可提高兩相黃銅的切屑性能，使加工件表面獲得高的光潔度。鉍鉍： 呈連續(xù)脆性薄膜分布在黃銅晶界上，既產(chǎn)生熱脆性，又產(chǎn)生冷脆性，對(duì)黃銅的危害性遠(yuǎn)比鉛為大，在及+黃銅中要求 0.002Bi。 減輕Pb和Bi有害影響的有效途徑是加入能與這些雜質(zhì)形成彌散的高熔點(diǎn)金屬化合物的元素，如Zr可分別與Pb、Bi形成高熔點(diǎn)穩(wěn)定化合物ZrxPby(2000)和ZrxBiy。(熔點(diǎn)2200)。第49頁/共94頁銻銻： 隨溫度下降，銻在黃銅中溶解度急劇減小；在銻

42、含量小于0.1時(shí)，就會(huì)析出脆性化合物Cu2Sb，呈網(wǎng)狀分布在晶界上，嚴(yán)重?fù)p害黃銅的冷加工性能。銻還促使黃銅產(chǎn)生熱脆性，因銻在固態(tài)銅中的共晶溫度為645，所以，銻是黃銅中的有害雜質(zhì)。加入微量鋰可與銻形成高熔點(diǎn)的Li3Sb(熔點(diǎn)1145)，從而減輕銻對(duì)黃銅塑性的有害影響。砷砷： 室溫時(shí)砷在黃銅中的溶解度0.1，過量的砷則產(chǎn)生脆性化合物Cu3As，分布在晶界上，降低黃銅塑性。黃銅中加入0.020.05As，可防止黃銅脫鋅。砷使黃銅制品表面形成堅(jiān)固的保護(hù)膜，提高黃銅對(duì)海水的耐蝕性。第50頁/共94頁普通黃銅性能變化規(guī)律普通黃銅性能變化規(guī)律 其導(dǎo)電、導(dǎo)熱性隨Zn含量的增加而下降，而機(jī)械性能(抗拉強(qiáng)度、硬

43、度)則隨Zn含量的增加而上升；二元黃銅在工業(yè)上的應(yīng)用，主要根據(jù)其性能來選擇。H96、H90和H85：良好的電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率和耐蝕性，有足夠的強(qiáng)度和良好的冷、熱加工性能，被大量采用來制作冷凝管、散熱管、散熱片、冷卻設(shè)備及導(dǎo)電零件等。H70、H68：高的塑性和較高的強(qiáng)度，冷成型性能特別好，適于用冷沖壓或深拉法制造各種形狀復(fù)雜的零件。H62：+黃銅，高的強(qiáng)度，在熱態(tài)下塑性良好；冷態(tài)下塑性也比較好，切削加工性好，耐蝕，易焊接，以板材，棒材、管材、線材等供工業(yè)大量使用，應(yīng)用廣，有“商業(yè)黃銅”之稱。H59：強(qiáng)度高；含鋅量高，能承受熱態(tài)壓力加工，有一般的耐蝕性，多以棒材和型材應(yīng)用于機(jī)械制造業(yè)。第51頁/共94

44、頁代號(hào)代號(hào)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)RmMPaA%HBH969597余量余量退火退火25035H807981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第52頁/共94頁 銅鋅合金中加入少量錫、鋁、錳、鐵、硅、鎳、鉛等元素，構(gòu)銅鋅合金中加入少量錫、鋁、錳、鐵、硅、鎳、鉛等元素，構(gòu)成多元合金，即為復(fù)雜黃銅成多元合金，即為復(fù)雜黃銅。 加入的合金元素使銅鋅系中的加入的合金元素使銅鋅系中的(+)相界向左移動(dòng)相界向左移動(dòng)(縮小縮小區(qū)區(qū))或向右移動(dòng)或向右移動(dòng)(擴(kuò)大擴(kuò)大區(qū)區(qū))。即。即：“復(fù)

45、雜黃銅組織復(fù)雜黃銅組織=增加或減少鋅含量的增加或減少鋅含量的簡(jiǎn)單黃銅組織簡(jiǎn)單黃銅組織”。 銅鋅合金中加入銅鋅合金中加入1硅后的組織，即相當(dāng)于銅鋅合金中增加硅后的組織，即相當(dāng)于銅鋅合金中增加10鋅的組織，即稱硅的鋅的組織，即稱硅的“鋅當(dāng)量系數(shù)鋅當(dāng)量系數(shù)”為為10。硅的鋅當(dāng)量系數(shù)為正。硅的鋅當(dāng)量系數(shù)為正值，急劇縮小值，急劇縮小區(qū)。若在銅鋅合金中加入?yún)^(qū)。若在銅鋅合金中加入1鎳，則合金的組織相當(dāng)鎳，則合金的組織相當(dāng)于合金中減少于合金中減少1.5鋅的合金組織，故鎳的鋅的合金組織，故鎳的“鋅當(dāng)量系數(shù)鋅當(dāng)量系數(shù)”為為1.5，鎳的鋅當(dāng)量系數(shù)是負(fù)值，使鎳的鋅當(dāng)量系數(shù)是負(fù)值，使區(qū)擴(kuò)大。區(qū)擴(kuò)大。 銅鋅合金加入其它元

46、素后產(chǎn)生的相區(qū)變化，可根據(jù)銅鋅合金加入其它元素后產(chǎn)生的相區(qū)變化，可根據(jù)“虛擬鋅含虛擬鋅含量量”來推算。如：來推算。如：HAl66-6-3-2(66Cu-6Al-3Fe2Mn，余為鋅，余為鋅)的的“虛擬鋅含量虛擬鋅含量”為為48.6，48.6 Zn的合金具有單相的合金具有單相組織。組織。復(fù)雜黃銅第53頁/共94頁 復(fù)雜黃銅中的復(fù)雜黃銅中的相及相及相是多元復(fù)雜固溶體，其強(qiáng)化效果較大，相是多元復(fù)雜固溶體，其強(qiáng)化效果較大，而普通黃銅中的而普通黃銅中的及及相是簡(jiǎn)單的相是簡(jiǎn)單的Cu-Zn固溶體，其強(qiáng)化效果較低。固溶體，其強(qiáng)化效果較低。鋅當(dāng)量相同，多元固溶體與簡(jiǎn)單二元固溶體的性質(zhì)不同。鋅當(dāng)量相同，多元固溶體

47、與簡(jiǎn)單二元固溶體的性質(zhì)不同。鉛的作用及鉛黃銅鉛的作用及鉛黃銅： 鉛提高黃銅的切削性能，使零件獲得高的光潔度，同時(shí)提高合鉛提高黃銅的切削性能，使零件獲得高的光潔度，同時(shí)提高合金的耐磨性。單相金的耐磨性。單相鉛黃銅可冷軋或熱擠，而鉛黃銅可冷軋或熱擠，而(+)兩相鉛黃銅只能兩相鉛黃銅只能熱軋、熱擠。熱軋、熱擠。 為了改善熱脆性，為了改善熱脆性，HPb59-1中加入中加入0.005稀土，可細(xì)化晶粒，稀土，可細(xì)化晶粒，使使Pb分布均勻，或加入分布均勻，或加入0.1Al，可顯著改善熱脆性，提高熱軋溫，可顯著改善熱脆性，提高熱軋溫度上限，使鉛黃銅可在度上限，使鉛黃銅可在720750進(jìn)行熱軋。進(jìn)行熱軋。 鉛黃

48、銅有極好的切削性能，耐磨、高強(qiáng)、耐蝕、導(dǎo)電性好，它鉛黃銅有極好的切削性能，耐磨、高強(qiáng)、耐蝕、導(dǎo)電性好，它以棒材，扁材、帶材等廣泛供應(yīng)汽車、拖拉機(jī)、鐘表、電器等工業(yè)，以棒材，扁材、帶材等廣泛供應(yīng)汽車、拖拉機(jī)、鐘表、電器等工業(yè)，用以制作各種螺絲、螺母、電器插座、鐘表零件等。用以制作各種螺絲、螺母、電器插座、鐘表零件等。復(fù)雜黃銅的性能復(fù)雜黃銅的性能第54頁/共94頁錫的作用及錫黃銅錫的作用及錫黃銅： 錫抑制黃銅脫鋅，提高黃銅耐蝕性。錫黃銅在淡水及海錫抑制黃銅脫鋅，提高黃銅耐蝕性。錫黃銅在淡水及海水中均耐蝕，故稱水中均耐蝕，故稱“海軍黃銅海軍黃銅”。加入。加入0.020.05As可進(jìn)可進(jìn)一步提高耐蝕性

49、。錫還能提高合金的強(qiáng)度和硬度，常用錫黃一步提高耐蝕性。錫還能提高合金的強(qiáng)度和硬度，常用錫黃銅含銅含1Sn，含錫量過多會(huì)降低塑性。，含錫量過多會(huì)降低塑性。 錫黃銅熱、冷壓力加工性能好。但錫黃銅熱、冷壓力加工性能好。但HSn70-1在熱壓力加在熱壓力加工時(shí)易裂，需要嚴(yán)格控制雜質(zhì)含量工時(shí)易裂，需要嚴(yán)格控制雜質(zhì)含量(如如Pb 0.03)，銅取上，銅取上限限(71)，錫取下限，錫取下限(1.0l.2)，這樣，在，這樣，在700720熱軋熱軋或或670720熱擠，可獲得良好效果。熱擠，可獲得良好效果。 錫黃銅主要用于海輪、熱電廠制作高強(qiáng)，耐蝕冷凝管、錫黃銅主要用于海輪、熱電廠制作高強(qiáng)，耐蝕冷凝管、熱交換器

50、，船舶零件等。熱交換器，船舶零件等。第55頁/共94頁鋁的作用及鋁黃銅鋁的作用及鋁黃銅 黃銅中加入少量鋁能在合金表面形成堅(jiān)固的氧化膜，黃銅中加入少量鋁能在合金表面形成堅(jiān)固的氧化膜，提高合金對(duì)氣體、溶液、高速海水的耐蝕性；鋁的鋅當(dāng)量提高合金對(duì)氣體、溶液、高速海水的耐蝕性；鋁的鋅當(dāng)量系數(shù)高，形成系數(shù)高，形成相的趨勢(shì)大，強(qiáng)化效果高，能顯著提高合金相的趨勢(shì)大，強(qiáng)化效果高，能顯著提高合金的強(qiáng)度和硬度。鋁含量增高時(shí)，將出現(xiàn)的強(qiáng)度和硬度。鋁含量增高時(shí)，將出現(xiàn)相，劇烈降低塑性，相，劇烈降低塑性，使晶粒粗化。為了使合金能進(jìn)行冷變形，鋁含量應(yīng)低于使晶粒粗化。為了使合金能進(jìn)行冷變形，鋁含量應(yīng)低于4。 含含2Al、2

51、0Zn的鋁黃銅，其熱塑性最高。加入的鋁黃銅，其熱塑性最高。加入0.05As及及0.01Be或或0.4Sb及及0.01Be可進(jìn)一步提高鋁黃銅可進(jìn)一步提高鋁黃銅的抗脫鋅腐蝕能力。的抗脫鋅腐蝕能力。HAl772用量最大，主要是制成高強(qiáng)、用量最大，主要是制成高強(qiáng)、耐蝕的管材，廣泛用做海船和發(fā)電站的冷凝器等。耐蝕的管材，廣泛用做海船和發(fā)電站的冷凝器等。 鋁黃銅的顏色隨成分而變化，通過調(diào)整成分，可獲得鋁黃銅的顏色隨成分而變化，通過調(diào)整成分，可獲得金黃色的鋁黃銅，作為金粉涂料的代用品。金黃色的鋁黃銅，作為金粉涂料的代用品。第56頁/共94頁錳的作用及錳黃銅錳的作用及錳黃銅： 錳起固溶強(qiáng)化作用，少量的錳可提高

52、黃銅的強(qiáng)度、硬度。錳起固溶強(qiáng)化作用，少量的錳可提高黃銅的強(qiáng)度、硬度。錳黃銅能較好地承受熱、冷壓力加工。錳能顯著升高黃銅在錳黃銅能較好地承受熱、冷壓力加工。錳能顯著升高黃銅在海水、氯化物和過熱蒸汽中的耐蝕性。錳黃銅、特別是同時(shí)海水、氯化物和過熱蒸汽中的耐蝕性。錳黃銅、特別是同時(shí)加有鋁、錫或鐵的錳黃銅廣泛用于造船及軍工等部門。加有鋁、錫或鐵的錳黃銅廣泛用于造船及軍工等部門。 Cu-Zn-MnCu-Zn-Mn系合金的顏色與含錳量有關(guān)，隨系合金的顏色與含錳量有關(guān)，隨MnMn量的增加，量的增加，其顏色逐靳由紅變黃，由黃變白，含其顏色逐靳由紅變黃，由黃變白，含63.563.5CuCu，24.524.5Zn

53、Zn，1212MnMn的黃銅，具有良好的機(jī)械性能、工藝性能和耐蝕性，的黃銅，具有良好的機(jī)械性能、工藝性能和耐蝕性，已部分地代含鎳白銅應(yīng)用于工業(yè)上。已部分地代含鎳白銅應(yīng)用于工業(yè)上。第57頁/共94頁組組 別別代代 號(hào)號(hào)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RmMPaA%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HAl77-276

54、.079.0Al 1.82.665012170Si黃銅黃銅HSi 65-1.5-363.566.5Si 1.02.0Pb 2.53.56008160Mn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 5.06.57004第58頁/共94頁 除黃銅、白銅之外的銅合金統(tǒng)稱青銅，是由除黃銅、白銅之外的銅合金統(tǒng)稱青銅，是由Sn、Al、Be、Si、Mn、Cr、Cd、Zr、Ti等與銅組成的銅合金。等與銅組成的銅合金。 錫青銅錫青銅：其主要合金成分是錫

55、其主要合金成分是錫。 特殊青銅特殊青銅（無錫青銅）（無錫青銅）：其主要成分為除錫外的其它合金元其主要成分為除錫外的其它合金元素。素。 青銅按主添元素（如青銅按主添元素（如Sn、Al、Be等）分別命名為錫青銅、等）分別命名為錫青銅、鋁青銅、鈹青銅等。鋁青銅、鈹青銅等。 以以“Q+主加元素符號(hào)主加元素符號(hào)+除銅外的成分?jǐn)?shù)字組除銅外的成分?jǐn)?shù)字組”表示。表示。QSn6.5-0.l： 6.5%Sn、0.1P，余為銅的錫青銅，余為銅的錫青銅QAl10-3-1.5：10A1、3Fe、1.5Mn，余為銅的鋁青銅。，余為銅的鋁青銅。青 銅第59頁/共94頁 最古老的銅合金。用于鼎、鐘、武器、銅鏡等。耐蝕、耐磨、

56、彈性好和鑄件體積收縮率小等。錫青銅有三大用途：高強(qiáng)、彈性材料：如彈簧、彈片、彈性元件。耐磨材料：如滑動(dòng)軸承的軸套、齒輪等耐磨零件。鑄件體積收縮小、耐蝕，用來制作藝術(shù)鑄件，如銅像等。二元錫青銅的組織二元錫青銅的組織 銅錫相圖中有兩個(gè)包晶反應(yīng)和三個(gè)共析反應(yīng)。 相相：相在520時(shí)的共析分解產(chǎn)物。在350分解成+相。、為高溫相，隨溫度降低而分解，因此，在一般條件下它們實(shí)際上不可能出現(xiàn)。 相分解速度慢，即使在20錫以下的合金中，不存在相。錫青銅實(shí)際存在的組織為：低錫合金(QSn4-0.3和QSn4-3)，變形和退火后為固溶體組織固溶體組織。高錫合金，由固溶體和共析體固溶體和共析體+組成。錫青銅第60頁/

57、共94頁 第61頁/共94頁ZQSn-10 鑄態(tài)鑄態(tài) +（+）共析）共析富錫富錫相相富銅富銅相相第62頁/共94頁二元錫青銅的性能二元錫青銅的性能鑄造性能：鑄造性能： 銅錫合金結(jié)晶溫度間隔可達(dá)銅錫合金結(jié)晶溫度間隔可達(dá)150160，流動(dòng)性差；錫在銅中，流動(dòng)性差；錫在銅中擴(kuò)散慢，熔點(diǎn)相差大，枝晶偏析嚴(yán)重，枝晶軸富銅，呈黑色；基底擴(kuò)散慢，熔點(diǎn)相差大，枝晶偏析嚴(yán)重，枝晶軸富銅，呈黑色；基底富錫，呈亮色。鑄錠在進(jìn)行壓力加工前要進(jìn)行均勻化退火，并經(jīng)多富錫，呈亮色。鑄錠在進(jìn)行壓力加工前要進(jìn)行均勻化退火，并經(jīng)多次壓力加工和退火后，才基本上消除枝晶偏析。次壓力加工和退火后，才基本上消除枝晶偏析。 錫青銅凝固時(shí)不

58、形成集中縮孔，只形成沿鑄件斷面均勻分布在錫青銅凝固時(shí)不形成集中縮孔，只形成沿鑄件斷面均勻分布在枝晶間的分散縮孔，所以，鑄件致密性差，在高壓下容易滲漏，不枝晶間的分散縮孔，所以，鑄件致密性差，在高壓下容易滲漏，不適于鑄造密度和氣密性要求高的零件。適于鑄造密度和氣密性要求高的零件。 錫青銅線收縮率為錫青銅線收縮率為1.451.5，熱裂傾向小，利于獲得斷面厚，熱裂傾向小，利于獲得斷面厚薄不均、尺寸要求精確的復(fù)雜鑄件和花紋清晰的工藝美術(shù)品。薄不均、尺寸要求精確的復(fù)雜鑄件和花紋清晰的工藝美術(shù)品。 錫青銅存在錫青銅存在“反偏析反偏析” ：凝固時(shí)鑄件富錫的易熔組分在體積收：凝固時(shí)鑄件富錫的易熔組分在體積收縮

59、和析出氣體的作用下，由中心向表面移動(dòng)，使鑄件心部錫含量低縮和析出氣體的作用下，由中心向表面移動(dòng)，使鑄件心部錫含量低于表面的現(xiàn)象。于表面的現(xiàn)象。 “反偏析反偏析”明顯時(shí)，鑄件表面出現(xiàn)灰白色斑點(diǎn)或析出物形狀的明顯時(shí)，鑄件表面出現(xiàn)灰白色斑點(diǎn)或析出物形狀的所謂所謂“錫汗錫汗”。這些脆性析出物含錫。這些脆性析出物含錫1518，由，由相組成。相組成。第63頁/共94頁機(jī)械性能機(jī)械性能： 錫青銅的性能與含錫量及組織有關(guān)。在錫青銅的性能與含錫量及組織有關(guān)。在相區(qū)，相區(qū)，SnSn含量增加，含量增加，RmRm及塑性均增大，在大約及塑性均增大，在大約1010SnSn附近，塑性最好，在附近，塑性最好，在2121232

60、3SnSn附近附近RmRm最大。最大。相相(Cu(Cu3l3lSnSn8 8) )硬而脆，隨著硬而脆，隨著相增多，相增多， RmRm升高，升高，其后急劇下降。其后急劇下降。 工業(yè)用合金中，錫的含量為工業(yè)用合金中，錫的含量為3 31414；變形合金含錫變形合金含錫8 8，且含磷、鋅或鉛等。且含磷、鋅或鉛等?？刮g性能抗蝕性能： 錫青銅在大氣、水蒸氣和海水中具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性，在錫青銅在大氣、水蒸氣和海水中具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性，在海水中的耐蝕性比紫銅、黃銅優(yōu)良。所以，對(duì)暴露在海水、海風(fēng)海水中的耐蝕性比紫銅、黃銅優(yōu)良。所以，對(duì)暴露在海水、海風(fēng)和大氣中的船舶和礦山機(jī)械，廣泛應(yīng)用錫青銅鑄件。但鹽酸和大氣