第十章-銅合金課件

概述銅的密度為8.94×103kg／m3，是重有色金屬。銅及其合金是電力、電機(jī)、電工儀器和航海造船工業(yè)不可缺少的材料。銅及銅合金有下列特性：（1）優(yōu)異的物理、化學(xué)性能純銅及銅合金的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性極佳。銅及銅合金耐大氣和水的腐蝕。銅是抗磁性物質(zhì)。概述銅的密度為8.94×103kg／m3，是重有色金屬1（2）良好的加工性能銅及其某些合金塑性加工性能優(yōu)良，切削加工性能優(yōu)良，鑄造銅合金有很好的鑄造性能。銅及銅合金焊接性能好。（3）某些特殊機(jī)械性能例如優(yōu)良的減摩性和耐磨性（如青銅及部分黃銅），抗卡咬，高的彈性極限和疲勞極限（如鈹青銅等），彈性穩(wěn)定。（2）良好的加工性能2第一節(jié)銅中的合金元素一、銅基固溶體合金元素鎳、金、錳在銅中無(wú)限固溶，其它合金元素為有限溶解。合金元素的固溶強(qiáng)化效應(yīng)大小順序?yàn)椋哄a、銻、銦

>金、錳、鍺

>鎳、硅、鋅溶質(zhì)元素均使銅的導(dǎo)熱率有較大的降低。其中，磷、硅、鐵、鈷、鈹、鋁、錳、砷及銻均強(qiáng)烈降低銅的導(dǎo)電性及導(dǎo)熱性。第一節(jié)銅中的合金元素一、銅基固溶體3二、銅合金中的強(qiáng)化相1、γ2-CuBe（電子相）2、Cr2Zr（同時(shí)有高的導(dǎo)電率）3、Ni2Si4、NiAl或NiAl25、Cu3Ti二、銅合金中的強(qiáng)化相4三、銅合金的退火硬化現(xiàn)象在銅基固溶體中，w（Zn）>10％的黃銅、w（Al）>4％的鋁青銅、w（Ni）>30％的白銅，經(jīng)固溶退火后，硬度明顯升高，彈性極限升高。其原因目前尚無(wú)定論。三、銅合金的退火硬化現(xiàn)象5四、銅合金中的馬氏體型相變?cè)S多銅合金中都存在可逆馬氏體轉(zhuǎn)變，如Cu-Al、Cu-Al-Ni、Cu-Zn、Cu-Zn-Al、Cu-Zn-Si、Cu-Zn-Sn、Cu-Al-Ni等合金系。在Cu-Al-Ni等合金中得到馬氏體，是熱彈性馬氏體。熱彈性馬氏體在受外力作用下時(shí)發(fā)生變形，當(dāng)受到變形的馬氏體重新加熱到逆轉(zhuǎn)變溫度A1以上時(shí)，轉(zhuǎn)變回母相，并且恢復(fù)到母相原始狀態(tài)的形狀，即產(chǎn)生形狀記憶效應(yīng)。四、銅合金中的馬氏體型相變6第十章--銅合金課件7第二節(jié)工業(yè)純銅工業(yè)純銅呈紫紅色，又稱(chēng)紫銅。一、工業(yè)純銅的性能1、工業(yè)純銅的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性?xún)H次于銀。2、銅的電極電位較正，可在大氣、淡水、水蒸氣及低速海水等介質(zhì)中工作。3、銅是無(wú)磁性，常用來(lái)制造不受磁場(chǎng)干擾的磁學(xué)儀器。4、銅有極高的塑性，能承受很大的變形量而不發(fā)生破裂。第二節(jié)工業(yè)純銅工業(yè)純銅呈紫紅色，又稱(chēng)紫銅。8二、雜質(zhì)元素對(duì)銅塑性的影響1、鉍(Bi)或鉛(Pb)與銅形成富鉍或鉛的低熔點(diǎn)共晶，其共晶溫度相應(yīng)為270℃和326℃，在晶界形成液膜，造成銅的熱脆。2、鉍和銻等元素與銅的原子尺寸差別大，含微量鉍或銻的稀固溶體中即引起較大點(diǎn)陣畸，驅(qū)使鉍和銻在銅晶界產(chǎn)生強(qiáng)烈的晶界偏聚，使晶界原子結(jié)合弱化，產(chǎn)生強(qiáng)烈的晶界脆化傾向。二、雜質(zhì)元素對(duì)銅塑性的影響93、含氧銅在還原性氣氛中退火，氫滲入與氧作用生成水蒸氣，這會(huì)造成很高的內(nèi)壓力，引起微裂紋，在加工或服役中發(fā)生破裂。故對(duì)無(wú)氧銅要求w(O)<0.003％。3、含氧銅在還原性氣氛中退火，氫滲入與氧作用生成水蒸氣，這會(huì)10三、

工業(yè)純銅的分類(lèi)及應(yīng)用按氧的含量和生產(chǎn)方式不同可以分成a.純銅，b.無(wú)氧銅，c.脫氧銅三類(lèi)。1、工業(yè)純銅分為四種：T1、T2、T3、T4。編號(hào)越大，純度越低。T1和T2的氧含量較低，用于導(dǎo)電合金；T3和T4含氧較高，w(O)<0.1％，一般用做銅材。純銅還用于印刷電路、集成電路。2、工業(yè)純銅的氧含量w(O)<0.01％的稱(chēng)為無(wú)氧銅，以TU1和TU2表示，用做電真空器件。3、TUP為磷脫氧銅，用做焊接銅材，制作熱交換器、排水管、冷凝管等。TUMn為錳脫氧銅，用于電真空器件。三、

工業(yè)純銅的分類(lèi)及應(yīng)用11第三節(jié)銅合金銅合金按色澤分黃銅、青銅和白銅三大類(lèi)。一、黃銅(Cu-Zn)1、普通黃銅銅鋅二元合金。α相是鋅溶于銅中的固溶體，具有面心立方晶格，塑性好，可以進(jìn)行冷、熱加工，并有優(yōu)良的鍛造、焊接和鍍錫能力。β相是以電子化合物CuZn為基的無(wú)序固溶體，具有體心立方晶格，塑性好，可進(jìn)行熱加工。工業(yè)黃銅的實(shí)際鋅含量多不超過(guò)47％，其退火組織可以是單相α或雙相α+β，并分別稱(chēng)為α黃銅（或單相黃銅）和雙相黃銅。第三節(jié)銅合金銅合金按色澤分黃銅、青銅和白銅三大類(lèi)。12第十章--銅合金課件13黃銅還有優(yōu)良的鑄造性能。黃銅的耐蝕性比較好，與純銅接近。常用單相黃銅的牌號(hào)有H80、H70、H68等?！癏”為“黃銅”，數(shù)字表示平均銅質(zhì)量分?jǐn)?shù)。由于塑性很好，這類(lèi)黃銅適于制作冷軋板材、冷拉線材、管材及形狀復(fù)雜的深沖零件。雙相黃銅的牌號(hào)有H62、H59等，因可進(jìn)行熱變形，通常熱軋成棒材、板材。這類(lèi)黃銅也可鑄造。黃銅還有優(yōu)良的鑄造性能。黃銅的耐蝕性比較好，與純銅接近。14第十章--銅合金課件15第十章--銅合金課件162、復(fù)雜黃銅為了獲得更高的強(qiáng)度、抗蝕性和良好的鑄造性能，在銅鋅合金中加入鋁、鐵、硅、錳、鎳等元素，形成各種復(fù)雜黃銅：鉛黃銅、錫黃銅、鋁黃銅、硅黃銅、錳黃銅、鐵黃銅及鎳黃銅等。復(fù)雜黃銅分壓力加工黃銅和鑄造黃銅兩類(lèi)。2、復(fù)雜黃銅17二、青銅含錫、鋁、硅、鉛、鈹、錳等的銅基合金外觀多為棕綠色，工業(yè)上統(tǒng)稱(chēng)為青銅。青銅的編號(hào)方法是：Q十主加元素符號(hào)十主加元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)十其他元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)?！癚”為“青銅”。例如，QSn4-3表示含w（Sn）=4％、w（Zn）=3％、其余為Cu的錫青銅。鑄造青銅是在編號(hào)前加“Z”字。二、青銅18第十章--銅合金課件191、錫青銅(Cu-Sn)在一般鑄造狀態(tài)下，錫質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于6％的錫青銅能獲得α單相組織，具有面心立方晶格，塑性良好，容易冷、熱變形。錫青銅的鑄造收縮率很小，可鑄造形狀復(fù)雜的零件。錫青銅在大氣、海水、淡水以及蒸氣中的抗蝕性比純銅和黃銅好。錫青銅在造船、化工、機(jī)械、儀表等工業(yè)中廣泛應(yīng)用，主要制造軸承、軸套等耐磨零件和彈簧等彈性元件，以及抗蝕、抗磁零件等。1、錫青銅(Cu-Sn)20軸承合金軸承合金是制造滑動(dòng)軸承中的軸瓦及內(nèi)襯的材料。軸承支撐著軸，當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，軸瓦和軸發(fā)生強(qiáng)烈的摩擦，并承受軸頸傳給的周期性載荷。軸瓦材料不能選用高硬度的金屬，以免使軸頸受到磨損；也不能選用軟的金屬，防止承載能力過(guò)低。因此軸承合金應(yīng)既軟又硬，組織的特點(diǎn)是：在軟基體上分布硬質(zhì)點(diǎn)，或者在硬基體上分布軟質(zhì)點(diǎn)。軸承合金軸承合金是制造滑動(dòng)軸承中的軸瓦及內(nèi)襯的材料。軸承支撐21ZQSn10-1的成分為w(Sn)=10％、w(Pb)=1％，其余為Cu。顯微組織為α＋δ＋Cu3Pb。α固溶體為軟基體，δ相、Cu3Pb為硬質(zhì)點(diǎn)。運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)軟基體受磨損而凹陷，硬質(zhì)點(diǎn)將凸出于基體上，使輪和軸瓦的接觸面積減小，而凹坑能儲(chǔ)存潤(rùn)滑油，降低軸和軸瓦之間的摩擦系數(shù)，減少軸和軸承的磨損。軟基體還能承受沖擊和震動(dòng)。

該合金具有高的強(qiáng)度，適于制造高速度、高載荷的柴油機(jī)軸承。ZQSn10-1的成分為w(Sn)=10％、w(Pb)=1％22第十章--銅合金課件23第十章--銅合金課件24第十章--銅合金課件252、鋁青銅(Cu-Al)鋁青銅的機(jī)械性能比黃銅和錫青銅高。在鑄造狀態(tài)下，開(kāi)始時(shí)隨鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加強(qiáng)度和塑性都增大，在10％左右時(shí)強(qiáng)度最高，多在鑄態(tài)或經(jīng)熱加工后使用。鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)5％～7％的鋁青銅塑性最好，適于冷加工。大于7％～8％后，塑性急劇降低。因此實(shí)際應(yīng)用的鋁青銅的鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在5％～12％之間。2、鋁青銅(Cu-Al)26鋁青銅的結(jié)晶溫度范圍很小，流動(dòng)性好，縮孔集中，易獲得致密的鑄件，并且不形成枝晶偏析。鋁青銅的耐蝕性?xún)?yōu)良，在大氣、海水、碳酸及大多數(shù)有機(jī)酸中的耐蝕性，均比黃銅和錫青銅高。鋁青銅的耐磨性亦比黃銅和錫青銅好。鋁青銅可制造大型蝸輪、海船用螺旋槳等在復(fù)雜條件下工作的高強(qiáng)度抗磨零件。鋁青銅的結(jié)晶溫度范圍很小，流動(dòng)性好，縮孔集中，易獲得致密的鑄27第十章--銅合金課件283、鈹青銅(Cu-Bi)鈹溶于銅中形成α固溶體。鈹在銅中的溶解度隨溫度變化很大，在866℃時(shí)最大溶解度為2.7％，而在室溫下僅為0.2％。因此鈹青銅能發(fā)生時(shí)效硬化。鈹青銅（1.7％～25％）在淬火狀態(tài)下塑性好，可進(jìn)行冷變形和切削加工，制成零件經(jīng)人工時(shí)效處理后，獲得很高的強(qiáng)度和硬度：αb達(dá)1200MPa～1500MPa，硬度達(dá)350HB～400HB，超過(guò)其他銅合金。3、鈹青銅(Cu-Bi)29鈹青銅的彈性極限、疲勞極限都很高，耐磨性和抗蝕性也很優(yōu)異。它有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，并有無(wú)磁性、耐寒、受沖擊時(shí)不產(chǎn)生火花等一系列優(yōu)點(diǎn)，但價(jià)格較貴。鈹青銅主要用于制作精密儀器的重要彈簧和其他彈性元件，鐘表齒輪，高速高壓下工作的軸承及襯套等耐磨零件，以及電焊機(jī)電極、防爆工具、航海羅盤(pán)等重要機(jī)件。鈹青銅的彈性極限、疲勞極限都很高，耐磨性和抗蝕性也很優(yōu)異。它30第十章--銅合金課件314、硅青銅(Cu-Si)以硅為主要合金元素的銅合金稱(chēng)硅青銅。硅青銅的機(jī)械性能比錫青銅好，且價(jià)格稍低。它有很好的鑄造性能和冷、熱壓力加工性能。硅在銅中的最大溶解度為4.6％，室溫時(shí)降為3％。硅青銅中加入鎳，因形成金屬間化合物Ni2Si，可進(jìn)行淬火時(shí)效處理，獲得較高的強(qiáng)度和硬度。含鎳硅青銅的導(dǎo)電性、抗蝕性、耐熱性都很高，廣泛應(yīng)用于航空工業(yè)。硅青銅可制作彈簧、齒輪、蝸桿等耐蝕、耐磨零件。4、硅青銅(Cu-Si)32三、白銅(Cu-Ni)普通白銅僅含銅和鎳，其編號(hào)為B十鎳的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)。“B”為“白銅”。例如，B19表示W(wǎng)(Ni)=19％的普通白銅。普通白銅中加入鋅、錳、鐵等元素后分別叫做鋅白銅、錳白銅、鐵白銅。編號(hào)方法為：B+其他元素符號(hào)+鎳的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)+其他元素平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)。例如，BZn15－20表示含w(Ni)=15％、w(Zn)=20％的鋅白銅。三、白銅(Cu-Ni)33在固態(tài)下，銅與鎳無(wú)限固