銅及銅合金課件

第一節(jié)、銅中的合金元素

1、銅基固溶體無(wú)限固溶的元素：Ni,Au,γ-Mn大多數(shù)合金元素為有限固溶。第2~5族元素在銅中的最大溶解度C最大與P-1成反比，C最大*（P-1）=40%

原子半徑相差越大，C最大值越小，如Sn,As.作用：固溶強(qiáng)化：Sn,Sb,In,Au,Mn,Ge,Ni,Si,Zn（由強(qiáng)到弱）。有效元素：Ni,Al,Sn,Zn,Mn.第一節(jié)、銅中的合金元素1

Cu-Zn固溶體中有有序固溶體Cu3Zn。

450℃由無(wú)序→α1有序固溶體，

217℃由α1→α2有序固溶體。導(dǎo)電性：下降P,Si,Fe,Co,Pe,Al,Mn,As作用大，而Ag,Cr,Mg作用小。導(dǎo)熱性：導(dǎo)熱旅有較大的降低。Cu-Zn固溶體中有有序固溶體Cu3Zn。2銅及銅合金課件3２、銅合金中的強(qiáng)化相

Cu-Be合金---電子化合物γ2-CuBe強(qiáng)化相過(guò)飽和固溶體脫溶析出γ’’片狀的介穩(wěn)相,與基體{100}面保持完全共格。時(shí)效進(jìn)行γ’’→γ’，γ’與基體半共格，性能最好。10-4２、銅合金中的強(qiáng)化相過(guò)飽和固溶體脫溶析出γ’’片狀的4Cr和Zr共同加入生成Cr2Zr金屬間化合物，沉淀強(qiáng)化，提高銅合金的強(qiáng)度和耐熱性，且有高的導(dǎo)電率。Ni與Si在銅合金中形成Ni2Si金屬間化合物,Ni與Si的重量比為3：1。Ni2Si在銅基固溶體中溶解度隨溫度的下降而急劇降低。時(shí)效是有很強(qiáng)的沉淀強(qiáng)化效應(yīng)。Ni和Al在銅合金中形成NiAl或NiAl2，在450~600℃時(shí)效有很強(qiáng)的沉淀強(qiáng)化效應(yīng)。Ti在銅中形成Cu3Ti—沉淀強(qiáng)化相。如圖。Cr和Zr共同加入生成Cr2Zr金屬間化合物，沉淀強(qiáng)化，提高5銅及銅合金課件6

3、銅合金的退火硬化在銅基α固溶體中，W(Zn)＞10%黃銅、W(Al)＞4%鋁青銅、W(Ni)＞30%白銅，經(jīng)固溶退火后，硬度明顯提高，彈性極限升高。原因目前尚無(wú)定論。不均勻固溶體或形變時(shí)效。3、銅合金的退火硬化7４、銅合金中的馬氏體型相變?cè)S多銅合金中存在可逆馬氏體相變，如Cu-Al,Cu-Al-Ni,Cu-Zn,Cu-Zn-Al,Cu-Zn-Si,Cu-Zn-Sn,Cu-Al-Ni等合金系。

Cu-Al二元系W(Al)＝9.4~15.6%的合金緩冷到565℃，β→α+γ2共析轉(zhuǎn)變，生成片層狀組織。冷速大于5~6℃/min時(shí)，發(fā)生馬氏體相變。４、銅合金中的馬氏體型相變8銅及銅合金課件9馬氏體類型與鋁含量有關(guān)，β相為無(wú)序的體心立方點(diǎn)陣，β1為有序相，β’為無(wú)序馬氏體，層錯(cuò)亞結(jié)構(gòu)，六方點(diǎn)陣。

β→β1（＜T0）→β1’和γ1’（＜Ms）

β1’為有序馬氏體，層錯(cuò)，正交點(diǎn)陣;γ1’為有序馬氏體，孿晶，正交點(diǎn)陣。10-9馬氏體類型與鋁含量有關(guān)，β相為無(wú)序的體心10在Cu-Al-Ni合金中得到γ1’是熱彈性馬氏體，沒(méi)有相變滯后，冷卻和加熱時(shí)馬氏體彈性似的長(zhǎng)大和收縮。晶體中不形成“不可擬”的晶體缺陷。相變過(guò)程沒(méi)有破壞馬氏體與母相之間界面結(jié)構(gòu)的完整性，仍然保持完全的共格關(guān)系。熱彈性馬氏體在受力作用下發(fā)生變形，這種變形只通過(guò)其有利取向的變體長(zhǎng)大而不利變體收縮來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)受到變形的馬氏體重新加熱到At溫度以上時(shí)，轉(zhuǎn)變?yōu)槟赶啵⒒謴?fù)到母相原始狀態(tài)的形狀－－－形狀記憶效應(yīng)。在Cu-Al-Ni合金中得到γ1’是熱彈性馬氏體，沒(méi)有相11第二節(jié)、工業(yè)純銅紫銅：兩類－－含氧銅、無(wú)氧銅１、工業(yè)純銅的性能導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性僅次于Ag。冷變形80％后導(dǎo)電率下降不到3%---導(dǎo)線。雜質(zhì)P、Si、Fe、Ti、Be、Al、Mn等對(duì)導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性影響較大；硫化物、氧化物、硅酸鹽、Pb、鉍等夾雜物影響較小。電極電位較正－－耐蝕－－大氣、淡水、低速海水，與其它金屬接觸成為陰極，發(fā)生陽(yáng)極腐蝕。無(wú)磁性－－不受磁場(chǎng)干擾的磁學(xué)儀器。第二節(jié)、工業(yè)純銅12２、雜質(zhì)對(duì)銅塑性的影響鉍或鉛與銅形成富鉍或鉛的低熔點(diǎn)共晶物－－熱脆。鉍和銻與銅原子的尺寸差距大－電陣畸變大－銅晶界上偏聚－晶界脆化。含氧銅在還原性氣氛中退火，氫滲入生成水蒸氣，高的內(nèi)壓力－微裂紋－加工或使用時(shí)破裂。２、雜質(zhì)對(duì)銅塑性的影響13３、應(yīng)用含氧量ω(o)＜0.01%--無(wú)氧銅，TU1和TU2—電真空器件。為磷脫氧銅－焊接銅材，熱交換器排水管冷凝管等。TUMn錳脫氧銅－電真空器件。

T1~T4為純銅，有一定的氧。

T1、T２含氧低－導(dǎo)電合金；T３、T4含氧較高－銅材。３、應(yīng)用14第三節(jié)、黃銅銅鋅合金＋其它元素。史前龍山文化。包晶轉(zhuǎn)變?chǔ)凉倘荏w有兩個(gè)有序固溶體，Cu9Zn和Cu3Zn，Cu3Zn有兩個(gè)變體α１和α２性能好。β為電子化合物CuZn為基，體心立方，低溫的β相塑性差，只能熱加工。γ為電子化合物Cu5Zn8硬而脆，不用第三節(jié)、黃銅包晶轉(zhuǎn)變?chǔ)凉倘荏w有兩個(gè)有序固溶體，Cu9Zn和C15１、二元黃銅的組織和性能ω(Zn)＜36%為α黃銅，鑄態(tài)組織為單相樹(shù)枝晶，形變及再結(jié)晶后為等軸晶，具有退火孿晶。ω(Zn)＜36~46%為α+β黃銅。鑄態(tài)黃銅的強(qiáng)度和塑性隨鋅的含量的增加而升高。30%Zn時(shí)δ最大，45%Zn時(shí)強(qiáng)度最大。繼續(xù)增加Zn組織為β’相脆性增加，強(qiáng)度下降。變形和退火后成分均勻和晶粒細(xì)化，強(qiáng)度塑性改善。１、二元黃銅的組織和性能16單相的α黃銅具有極好的塑性，可冷熱變形，200~700℃間存在低塑性區(qū)---Cu9Zn和Cu3Zn有序固溶體原子有序化；微量低熔點(diǎn)的鉍、銻、鉛等引起晶界脆化，微量的稀土元素可消除有害作用，并改善塑性。單相的α黃銅具有極好的塑性，可冷熱變形，200~700℃間17α+β兩相黃銅在加熱到高于500℃時(shí)，低溫有序的β’→無(wú)序的β，β相極軟，體心立方，原子擴(kuò)散快，晶粒易長(zhǎng)大。因此鍛造溫度略低于相變線，留少量的α。黃銅的腐蝕：脫鋅和應(yīng)力腐蝕脫鋅—中性鹽水溶液中鋅的選擇性溶解，可加入0.02~0.06%防止。應(yīng)力腐蝕—冷變形后，放置時(shí)發(fā)生季裂，加入Si1.0~1.5%和As0.02~0.06%可減??；退火去應(yīng)力。α+β兩相黃銅在加熱到高于500℃時(shí)，低溫有序的β’→無(wú)序的18應(yīng)用低鋅黃銅H96、H90、H85良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和耐蝕性，--冷凝管和散熱器。三七黃銅H70、H68強(qiáng)度高、塑性好，--散熱器外殼、導(dǎo)管、波紋管、槍彈炮彈殼體。四六黃銅H62、H59為α+β黃銅，可高溫?zé)峒庸ぃ籋62制銷釘、螺帽、零件。應(yīng)用192、多元黃銅—加入Sn、Al、Si、Pb、Mn、Fe、Ni等，改變了組織，使α/（α+β）相界發(fā)生移動(dòng)。鋁黃銅表面形成致密的氧化膜，提高合金耐腐蝕性；固溶強(qiáng)化；例如HAl77-2作管材，用于海輪和發(fā)電站的冷凝管。HAl85-0.5色澤金黃，裝飾材料。2、多元黃銅—加入Sn、Al、Si、Pb、Mn、Fe、Ni等20銅鋅鋁形狀記憶合金熱傳導(dǎo)率大，電阻小，熱加工性好，相變溫度寬-100℃~+100℃，相變滯后小，制棒狀、管狀、線狀—安全閥、控溫裝置、斷路器等。錫黃銅

Sn1%，提高海水中的耐蝕性、抑制脫鋅，提高強(qiáng)度，HSn70-1---海軍黃銅。鉛黃銅

小于0.03%，金屬夾雜物分布在黃銅枝晶間，熱脆。在α+β黃銅中，危害減輕，提高切削性。銅鋅鋁形狀記憶合金21銅及銅合金課件22銅及銅合金課件23第四節(jié)、青銅

Cu和Sn、Al、Be、Si、Mn、Cr、Zr、Ti等組成。1、錫青銅公元前16世紀(jì)黃河中游，商遺址中。Cu和Sn二元系由一系列的電子化和物組成。α相為固溶體，β為Cu5Sn體心立方，γ為不穩(wěn)定的高溫相，δ為Cu5Sn復(fù)雜立方結(jié)構(gòu)，硬而脆，ε為Cu3Sn，密排六方。第四節(jié)、青銅1、錫青銅24組織：與錫含量及狀態(tài)有關(guān)。實(shí)際是如虛線。ω(Sn)＜6%時(shí)樹(shù)枝狀α固溶體；ω(Sn)＞6%時(shí)α和（α+δ）共析體；700~800℃退火后，ω(Sn)=7~14%共析組織消失。由于δ相在降溫時(shí)析出緩慢室溫下仍為單相α固溶體。組織：25特點(diǎn)：鑄造優(yōu)點(diǎn):鑄件收縮率小，適于鑄造形狀復(fù)雜，壁厚變化大的工件。--合金液固相線結(jié)晶間隔大，液體流動(dòng)性差，錫原子擴(kuò)散慢．結(jié)晶時(shí)樹(shù)枝晶發(fā)達(dá)，易形成分散性顯微縮孔，所以收縮率小，且不易裂。歷史上曾鑄造出許多精美的古青銅器。錫青銅存在枝晶間的分散縮孔，致密性差，在高壓下容易滲漏，不適于制造密封性高的鑄件。同時(shí)鑄件凝固時(shí)含錫高的低熔點(diǎn)液相易從中部向表面滲出，出現(xiàn)反偏析，嚴(yán)重時(shí)會(huì)在表面出現(xiàn)灰白色斑點(diǎn)的“錫汗”，它主要由δ相所組成。特點(diǎn)：26在鑄態(tài)，錫固溶于a固溶體，有強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用。錫青銅的強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率隨錫含量升高而增加，當(dāng)w（Sn）超過(guò)6％，由于出現(xiàn)δ相而使伸長(zhǎng)率急劇下降，而強(qiáng)度隨錫含量升高而繼續(xù)增加，直到w（Sn）＝25％時(shí)，因δ相含量較高而強(qiáng)度隨之急劇下降。所以，工業(yè)錫青銅中錫含量不超過(guò)14％，其中w（Sn）低于7％～8％為變形錫青銅，有高塑性和適宜的強(qiáng)度；w（Sn）高于10％的錫青銅為鑄造合金，用于鑄件。在大氣、海水和堿性溶液中有良好的耐蝕性，用于鑄造海上船舶和礦山機(jī)械零件。在鑄態(tài)，錫固溶于a固溶體，有強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用。錫青銅的強(qiáng)27銅及銅合金課件28銅及銅合金課件29

多元錫青銅

1)．錫磷青銅磷可作為錫青銅熔煉時(shí)的脫氧劑。溶于錫青銅的少量磷（W（P）＜0．4％）能顯著提高合金的彈性極限和疲勞極限，并能承受壓力加工，廣泛用于制造各種彈性元件。如精密儀器中的齒輪等耐磨件和抗磁元件，耐磨的軸承合金。磷在錫青銅中的溶解度限為w（P）＝0.2％，過(guò)多的磷將形成熔點(diǎn)為628℃的α＋δ＋Cu３P三元共晶，難以熱塑性變形。故一般用于熱變形的錫磷青銅中的P不超過(guò)0.4％。

2)．錫鋅青銅鋅能縮小錫青銅液固相線結(jié)晶間隔，提高液相的流動(dòng)性，減小偏析，并促進(jìn)脫氧除氣，提高鑄件密度。鋅能大量溶于a固溶體，改善合金的力學(xué)性能，w（Zn）二2％～4％時(shí)，有良好的力學(xué)性能和耐蝕性。常用于制造彈簧、彈片等彈性元件和抗磁零件.多元錫青銅30

2、鋁青銅良好力學(xué)性能、耐蝕性和耐磨性，應(yīng)用廣。銅鋁二元合金在共晶溫度1036℃，鋁在銅基固溶體中的溶解度為7.4％；在565℃時(shí)，鋁的最大溶解度9.4％。鋁在α固溶體有固溶強(qiáng)化作用。鋁青銅有高的強(qiáng)度和塑性。β相為Cu3Al電子化合物為基的固溶體，具有體心立方點(diǎn)陣，在565℃發(fā)生共析分解，β→α＋γ2，若從β相淬火，可發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。γ1、γ2是以Cu9A14電子化合物為基的固溶體，γ2相硬而且脆，能提高合金的耐磨性。鋁青銅可在表面生成含鋁和銅的致密復(fù)合氧化膜，有良好的耐蝕性，在大氣、海水、碳酸和有機(jī)酸中，耐蝕性優(yōu)于黃銅和錫青銅。二元鋁青銅有QA15、QA17和QAll0。2、鋁青銅313、鈹青銅鈹青銅有強(qiáng)的沉淀強(qiáng)化效應(yīng)，經(jīng)固溶淬火和時(shí)效，得到高的強(qiáng)度和彈性極限，且穩(wěn)定性好，彈性滯后小，并具有良好的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能，耐蝕和耐磨，無(wú)磁，沖擊時(shí)無(wú)火花，可制造高級(jí)彈性元件和特殊耐磨元件，還用于電氣轉(zhuǎn)向開(kāi)關(guān)、電接觸器等。鈹為強(qiáng)毒性金屬，生產(chǎn)時(shí)受應(yīng)嚴(yán)格操作。鈹青鋼一般w（Be）=1.5％～2.5％。鈹青銅最高的力學(xué)性能是在γ”向γ’轉(zhuǎn)變時(shí)獲得的，此時(shí)γ”介穩(wěn)相充分析出和長(zhǎng)大，由于γ”與α固溶體比容差別大而引起的共格畸變區(qū)體積大，強(qiáng)化效果非常顯著。熱處理時(shí)，在760～790t進(jìn)行固溶處理，快速淬火并在310～330℃時(shí)效，其強(qiáng)度σb可達(dá)到1250～1500MPa，σe為700～780MPa。加Ni和Ti可進(jìn)一步提高性能。3、鈹青銅324、其他青銅1）硅青銅含硅小于4%，彈性好、耐蝕性、耐磨性好、工藝性能好。2）耐熱、高導(dǎo)電合金鉻和鋯都能提高銅合金的蠕變強(qiáng)度，提高再結(jié)晶溫度，并且導(dǎo)電率降低小。4、其他青銅33第五節(jié)、白銅以鎳為主要合金元表的銅合金，用途可分為結(jié)構(gòu)白銅和電工白銅銅與鎳由于在電負(fù)性、尺寸因素和點(diǎn)陣類型上均滿足無(wú)限固溶條件，因而可形成無(wú)限固溶體。其硬度、強(qiáng)度、電阻率隨溶質(zhì)濃度升高而增加，塑性、電阻溫度系數(shù)隨之降低。第五節(jié)、白銅341、結(jié)構(gòu)白銅銅鎳二元銅合金為普通白銅，單相固溶體，常用的牌號(hào)有B10＼B20、B30。由于在大氣、海水、過(guò)熱蒸氣和高溫下有優(yōu)良的耐蝕性，而且冷熱加工