合金的相結(jié)構(gòu)

合金的相結(jié)構(gòu)

合金是由兩種或兩種以上金屬元素，或金屬和非金屬元素組成的具有金屬

性質(zhì)的物質(zhì)。

組成合金的基本物質(zhì)稱為組元。組元大多是元素，如鐵碳合金的主要組元

是鐵和碳,有時(shí)也可以是穩(wěn)定的化合物。由兩個(gè)組元組成的合金為二元合金,

由三個(gè)組元組成的合金稱為三元合金等。

“組織”是指用肉眼或借助于放大鏡、顯微鏡觀看到的材料內(nèi)部的形態(tài)結(jié)

構(gòu)。“相”是金屬或合金中具有相同化學(xué)成分、相同結(jié)構(gòu)并以界面相互分開的

各個(gè)勻稱的組成部分。若合金是由成分、結(jié)構(gòu)都相同的同一種晶粒構(gòu)成的，

則各晶粒雖有界面分開，卻屬于同一相；若合金是由成分、結(jié)構(gòu)不同的幾種

晶粒所構(gòu)成，它們將屬于不同的幾種相。一般把固態(tài)下的相統(tǒng)稱為固相，而

液體狀態(tài)稱為液相。

固態(tài)合金的相，可分成兩大類：固溶體和金屬化合物。若相的晶體結(jié)構(gòu)與

某一組成元素的晶體結(jié)構(gòu)相同，這種固相稱為固溶體；若相的晶體結(jié)構(gòu)與組

成合金元素的晶體結(jié)構(gòu)均不相同，這種固相稱為金屬化合物。

1固溶體

組成合金的元素相互溶解，形成一種與某一元素的晶體結(jié)構(gòu)相同，并包含有

其它元素的合金固相，稱為固溶體。其中，與合金晶體結(jié)構(gòu)相同的元素稱為

溶劑，其它元素稱為溶質(zhì)。固溶體一般用。、B、Y……來表示。

(1)置換固溶體

溶質(zhì)原子占據(jù)溶劑晶格的某些結(jié)點(diǎn)位置而形成的固溶體稱為置換固溶體，其

結(jié)構(gòu)見圖2-2-13。

通常，當(dāng)溶劑與溶質(zhì)原子尺寸相近，直徑差別較小，簡潔形成置換固溶體；

當(dāng)直徑差別大于15%時(shí)，就很難形成置換固溶體了。置換固溶體中原子的

分布通常是任意的，稱之為無序固溶體。在某些條件下，原子成為有規(guī)章的

排列，稱為有序固溶體。兩者之間的轉(zhuǎn)變稱為固溶體的有序化。這時(shí)，合金

的某些物理性能將發(fā)生很大的變化。

圖2-2-13置換固溶體

(2)間隙固溶體

溶質(zhì)原子進(jìn)入溶劑晶格的間隙中而形成的固溶體稱為間隙固溶體，其中的溶

質(zhì)原子不占據(jù)晶格的正常位置，其結(jié)構(gòu)見圖2-2-14。

圖2-2-14間隙固溶體

2金屬化合物

金屬化合物是合金組元間相互作用所形成的一種晶格類型及性能均不同于

任一組元的合金固相。一般可用分子式大致表示其組成。金屬化合物一般有

較高的熔點(diǎn)、較高的硬度和較大的脆性。合金中消失化合物時(shí)，可提高強(qiáng)度、

硬度和耐磨性，但降低塑性。依據(jù)金屬化合物的形成規(guī)律及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可將

其分為三大類型。

(1)正常價(jià)化合物

周期表上相距較遠(yuǎn)，電化學(xué)性質(zhì)相差較大的兩元素簡潔形成正常價(jià)化合物。

其特點(diǎn)是符合一般化合物的原子價(jià)規(guī)律，成分固定，并可用化學(xué)式表示。如

Mg2Pb、Mg2Sn、Mg2Si、MnS等。

正常價(jià)化合物具有高的硬度和脆性。當(dāng)其在合金中彌散分布于固溶體基體中

時(shí)，將起到強(qiáng)化相的作用，使合金強(qiáng)化。

(2)電子化合物

電子化合物是由第I族或過渡族元素與第n至第v族元素結(jié)合而成的。它們

不遵循原子價(jià)規(guī)律，而聽從電子濃度規(guī)律。電子濃度是指合金中化合物的價(jià)

電子數(shù)目與原子數(shù)目的比值。

電子化合物具有高的熔點(diǎn)和硬度，但塑性較低，一般只能作為強(qiáng)化相存在于

合金特殊是有色金屬合金中。

電子化合物的結(jié)構(gòu)取決于電子濃度，當(dāng)電子濃度為3/2時(shí)，晶體結(jié)構(gòu)為體心

立方晶格，稱為B相；電子濃度為21/13時(shí)，晶體結(jié)構(gòu)為簡單立方晶格，稱

為Y相；電子濃度為7/4時(shí)，晶體結(jié)構(gòu)為密排六方晶格，稱為￡相。

(3)間隙化合物

間隙化合物是由過渡族金屬元素與碳、氮、氫、硼等原子半徑較小的非金屬

元素形成的金屬化合物。依據(jù)組成元素原子半徑比值及結(jié)構(gòu)特征的不同，可

將間隙化合物分為兩類：

a)間隙相

當(dāng)非金屬原子半徑與金屬原子半徑比值小于0.59時(shí)，形成具有簡潔晶格的

間隙化合物，稱為間隙相，如TiC、TiN、ZrC、VC、NbC、Mo2N、Fe2N

等。圖2-17是VC的晶格示意圖。由圖可見，VC為面心立方晶格，V原子

占據(jù)晶格的正常位置，而C原子則規(guī)章地分布在晶格的空隙之中。

間隙相具有極高的熔點(diǎn)、硬度和脆性，而且非常穩(wěn)定，是高合金工具鋼的重

要組成相，也是硬質(zhì)合金和高溫金屬陶瓷材料的重要組成相。

b)具有簡單結(jié)構(gòu)的間隙化合物

當(dāng)非金屬原子半徑與金屬原子半徑的比值大于0.59時(shí)，形成具有簡單結(jié)構(gòu)

的間隙化合物。如鋼中的Fe3C、Cr23c6、Fe4W2C>Cr7c3、Mn3c等。

Fe3c稱為滲碳體，具有簡單的斜方晶格。

具有簡單結(jié)構(gòu)的間隙化合物也具有很高的熔點(diǎn)、硬度和脆性，但與間隙相

相比要稍低一些，加熱時(shí)也易于分解。這類化合物是碳鋼及合金鋼中重要的

組成相。金屬化合物也可以溶入其它元素的原子，形成以金屬化合物為基的

固溶體。

銅合金分類與牌號(hào)一般黃銅的相組成及各相的特性Cu-Zn二元系相圖中的相有a、仇y、3、隊(duì)中黃銅一般黃

銅37.532.536.8a相：以銅為基的固溶體。a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456C時(shí)固溶度達(dá)最大值（39%Zn）；之后，鋅在銅中的溶解度隨溫度的降低而削減。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：a無序固溶體一al有序固溶體217℃左右：al有序固

溶體-a2有序固溶體。a相塑性良好，可進(jìn)行冷熱加工，并具有良好焊接性能。P相：以電子化合物CuZn為基的

體心立方晶格固溶體。冷卻時(shí)：468?456℃,無序相成有序相B??。B??塑性低，硬而脆，冷加工困難，所以含有

爾?相的合金不相宜冷加工。但加熱到有序化溫度以上，P??一B后，又具有良好塑性。B相高溫塑性好，可進(jìn)行熱加工。

y相：以電子化合物Cu5Zn8為基的簡單立方晶格固溶體。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%,避開消失y相。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a黃銅和a+B兩

相黃銅。wZn<36%的a黃銅：H96?H65為單相a黃銅，a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。變形及再結(jié)晶退火后，得到等軸的a晶粒，而且消失許

多退火李晶，這是銅合金形變后退火組織的特點(diǎn)。H62雙相黃銅退火a白+口黑a+B黃銅：36?46%Zn,如H62

至H59。凝固時(shí)發(fā)生包晶反應(yīng)形成B相，凝固后的合金為單相B組織；冷至a+B兩相區(qū)時(shí)，自0相中析出a相，殘留

的P相冷至有序轉(zhuǎn)變溫度時(shí)（456℃）,B無序相轉(zhuǎn)變?yōu)锽??有序相，室溫下合金為a+0??兩相組織。鑄態(tài)a+0??黃銅，a

相呈亮色（因含鋅少，腐蝕淺），留?相呈黑色（因含鋅多，腐蝕深）。經(jīng)變形和再結(jié)晶退火后，a相具有攣晶特征。一般黃

銅性能變化與鋅含量的關(guān)系物理性能：一般黃銅密度隨wZn增加而下降，而線膨脹系數(shù)隨wZn增加而提升。電導(dǎo)率、

熱導(dǎo)率在a區(qū)隨wZn增加而下降；wZn>39%,合金中消失僑電導(dǎo)率又提升，wZn為50%時(shí)達(dá)峰值。力學(xué)性能：

wZn<30%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，這種狀況是極少有的，wZn在30?32%

時(shí)，A達(dá)最大值。之后，隨B??相的消失、增多，塑性急劇下降；Rm則始終增加，并當(dāng)wZn%5%時(shí)，Rm值達(dá)最大。

wZn>45%,a相全部消逝，組織為硬脆的「??相，導(dǎo)致Rm急劇下降。變形和退火后的性能：a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“炮

彈黃銅”。（3相強(qiáng)度更高，但室溫下呈有序狀態(tài)，塑性很低。y相在室溫下則更硬而脆。a黃銅在200?600c溫度范圍

內(nèi)均存在中溫低塑性區(qū)。這是微量雜質(zhì)（鉛、睇、秘等）所致，這些雜質(zhì)與銅生成低熔點(diǎn)共晶并分散在晶界上，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)隨溫度提升而重新顯著增加，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、錯(cuò)、鋅等可與雜質(zhì)形成高熔點(diǎn)化合物的元

素，均有效減輕或消退雜質(zhì)的有害影響，從而消退熱脆性。如鈾與鉛、鈕形成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)行；a+B黃銅室溫塑性較低，只能熱變形、要加熱到B相區(qū)熱軋，但溫度不能

太高，因B相長大得快，以保留少量a相為宜，采用殘留a相限制B晶粒長大。所以，熱變形溫度通常選擇在(a+B)/

P相變溫度四周。黃銅在大氣、淡水或蒸汽中耐蝕性好，腐蝕速度約為0.0025?0.025mm/a；在海水中的腐蝕速度為

0.0075?0.1mm/a。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：消失在含鋅較高的a黃銅、特殊

是a+B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0.02?0.06%As可防止脫鋅。應(yīng)力腐蝕：即“季裂”或“自裂”，指

黃銅產(chǎn)品存放期間產(chǎn)生自動(dòng)裂開的現(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。為避開黃銅自裂，全部黃銅冷加工制品或半制品，均需進(jìn)行低溫(260?300℃)退火來消退

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0.02?0.06%As或1.0?1.5%Si也能明顯降低其自裂傾向。

一般黃銅中雜質(zhì)：鉛、鈿、睇、磷、碑和鐵等。鉛：在a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)消失熱脆；但對(duì)冷加工性能無明顯影響。在a+0兩

相黃銅中，鉛的允許含量可比a黃銅高一些，由于兩相黃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滑度。鈿：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a及a+B黃銅中要求＞0.002%Bio

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℃）。睇：隨溫度下降，鋪在a黃銅中溶解度急劇減??；

在錨含量小于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)峻損害黃銅的冷加工性能。睇還促使

黃銅產(chǎn)生熱脆性，因睇在固態(tài)銅中的共晶溫度為645C,所以，錦是黃銅中的有害雜質(zhì)。加入微量鋰可與睇形成高熔

點(diǎn)的Li3sb（熔點(diǎn)1145C）,從而減輕睇對(duì)黃銅塑性的有害影響。碑：室溫時(shí)碑在黃銅中的溶解度＜0.1%,過度的碑則

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0.02?0.05%As,可防止黃銅脫鋅。碑使黃銅制

品表面形成結(jié)實(shí)的愛護(hù)膜，提高黃銅對(duì)海水的耐蝕性。一般黃銅性能變化規(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、硬度）則隨Zn含量的增加而提升；二元黃銅在工業(yè)上的應(yīng)用，主要依據(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，被大量采納來制作冷凝管、

散熱管、散熱片、冷卻設(shè)施及導(dǎo)電零件等。H70、H68：高的塑性和較高的強(qiáng)度，冷成型性能特殊好，適于用冷沖壓

或深拉法制造各種外形簡單的零件。H62：a+（3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)。代號(hào)化學(xué)成分,％機(jī)械性能Cu

Zn加工狀態(tài)RmMPaA%HBH9695?97余量退火25035-H8079-81余量退火27050-H6867-70余量

退火30040-H5957-60余量退火變形300420255—103銅鋅合金中加入少量錫、鋁、鎰、鐵、硅、銀、鉛等

元素，構(gòu)成多元合金，即為簡單黃銅。加入的合金元素使銅鋅系中的a/（a+B）相界向左移動(dòng)（縮小a區(qū)）或向右移動(dòng)（擴(kuò)

大a區(qū)）。即：“簡單黃銅組織=增加或削減鋅含量的簡潔黃銅組織”。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10%鋅的組織，即稱硅的“鋅當(dāng)量系數(shù)”為10。硅的鋅當(dāng)量系數(shù)為正值，急劇縮小a區(qū)。若在銅鋅合金中加

入1%銀，則合金的組織相當(dāng)于合金中削減1.5%鋅的合金組織，故鎮(zhèn)的“鋅當(dāng)量系數(shù)”為-1.5,銀的鋅當(dāng)量系數(shù)是負(fù)值,

使a區(qū)擴(kuò)大。銅鋅合金加入其它元素后產(chǎn)生的相區(qū)變化，可依據(jù)“虛擬鋅含量”來推算。如：HA166-6-3-2（66Cu-6Al-3Fe

-2Mn,余為鋅）的“虛擬鋅含量”為48.6%,48.6%Zn的合金具有單相B組織。簡單黃銅簡單黃銅中的a相及相是

多元簡單固溶體，其強(qiáng)化效果較大，而一般黃銅中的a及B相是簡潔的Cu-Zn固溶體，其強(qiáng)化效果較低。鋅當(dāng)量相同，

多元固溶體與簡潔二元固溶體的性質(zhì)不同。⑴鉛的作用及鉛黃銅：鉛提高黃銅的切削性能，使零件獲得高的光滑度，

同時(shí)提高合金的耐磨性。單相a鉛黃銅可冷軋或熱擠，而（a+B）兩相鉛黃銅只能熱軋、熱擠。為了改善熱脆性，HPb59-l

中加入0.005%稀土，可細(xì)化晶粒，使Pb分布勻稱，或加入0.1%Al,可顯著改善熱脆性，提高熱軋溫度上限，使鉛黃

銅可在720?750℃進(jìn)行熱軋。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)，用以制作各種螺絲、螺母、電器插座、鐘表零件等。簡單黃銅的性能⑵錫

的作用及錫黃銅：錫抑制黃銅脫鋅，提高黃銅耐蝕性。錫黃銅在淡水及海水中均耐蝕，故稱“海軍黃銅”。加入0.02-

0.05%As可進(jìn)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l%Sn,含錫量過多會(huì)降低塑性。錫黃

銅熱、冷壓力加工性能好。但HSn70-l在熱壓力加工時(shí)易裂，需要嚴(yán)格掌握雜質(zhì)含量(如Pb40.03%),銅取上限(71%),

錫取下限(1.0?1.2%),這樣，在700?720c熱軋或670?720℃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、熱交換器，船舶零件等。⑶鋁的作用及鋁黃銅黃銅中加入少量鋁能在合金表面形成結(jié)實(shí)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)量系數(shù)高，形成B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)，將消失y相，猛烈降低塑性，使晶粒粗化。為了使合金能進(jìn)行冷變形，鋁含

量應(yīng)低于4%。含2%A1、20%Zn的鋁黃銅，其熱塑性最高。加入0.05%As及0.01%Be或0.4%Sb及0.01%Be可進(jìn)

一步提高鋁黃銅的抗脫鋅腐蝕力量。HA177-2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。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。⑷錦的作

用及錦黃銅：錦起固溶強(qiáng)化作用，少量的鋅可提高黃銅的強(qiáng)度、硬度。鎰黃銅能較好地承受熱、冷壓力加工。錦能顯

著提升黃銅在海水、氯化物和過熱蒸汽中的耐蝕性。錦黃銅、特殊是同時(shí)加有鋁、錫或鐵的錦黃銅廣泛用于造船及軍

工等部門。Cu-Zn-Mn系合金的顏色與含鋅量有關(guān)，隨Mn量的增加，其顏色逐靳由紅變黃，由黃變白，含63.5%Cu,

24.5%Zn,12%Mn的黃銅，具有良好的機(jī)械性能、工藝性能和耐蝕性，已部分地代含銀白銅應(yīng)用于工業(yè)上。組別代

號(hào)主要化學(xué)成分，%機(jī)械性能(變形)Cu其它RmMPaA%HBPb黃銅HPb63-3HPb60-162.0-65.059.0-61.0Pb

2.4-3.0Pb0.6-1.060061054——Sn黃銅HSn90-1HSn62-188.0-91.061.0-63.0Sn0.25~0.75Sn0.7-1.152070054

148-Al黃銅HA177-276.0-79.0Al1.8-2.665012170Si黃銅HSi65-1.5-363.5-66.5Si1.0-2.0Pb2.5~3.56008160

Mn黃銅Fe黃銅HMn58-2HFe59-1-157.0-60.057.0-60.0Mn1.0-1.2Fe0.6-1.27007001010175160Ni黃銅HNi

65-564.0-67.0Ni5.0-6.57004一除黃銅、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。錫青銅：其主要合金成分是錫。特殊青銅(無錫青銅)：其主要成分為除錫外的其它合金元素。

青銅按主添元素(如Sn、Al、Be等)分別命名為錫青銅、鋁青銅、被青銅等。以“Q+主加元素符號(hào)+除銅外的成分?jǐn)?shù)

字組”表示。QSn6.5-0.1：6.5%Sn、0.1%P,余為銅的錫青銅QA110-3-1.5：10%Al>3%Fe、1.5%Mn,余為銅的鋁青

銅。青銅最古老的銅合金。用于鼎、鐘、武器、銅鏡等。耐蝕、耐磨、彈性好和鑄件體積收縮率小等。錫青銅有三大

用途：⑴高強(qiáng)、彈性材料：如彈簧、彈片、彈性元件。⑵耐磨材料：如滑動(dòng)軸承的軸套、齒輪等耐磨零件。⑶鑄件

體積收縮小、耐蝕，用來制作藝術(shù)鑄件，如銅像等。二元錫青銅的組織銅錫相圖中有兩個(gè)包晶反應(yīng)和三個(gè)共析反應(yīng)?！?/p>

相：y相在520c時(shí)的共析分解產(chǎn)物。6在350C分解成a+g相。0、y為高溫相，隨溫度降低而分解，因此，在一般條

件下它們實(shí)際上不行能消失。6相分解速度慢，即使在20%錫以下的合金中，不存在e相。錫青銅實(shí)際存在的組織為:

⑴低錫合金(QSn4-0.3和QSn4-3),變形和退火后為a固溶體組織。⑵高錫合金，由a固溶體和共析體a+b組成。錫

青銅ZQSn-10鑄態(tài)a+(a+5)共析富錫a相富銅a相二元錫青銅的性能⑴鑄造性能：銅錫合金結(jié)晶溫度間隔可達(dá)

150?160C,流淌性差；錫在銅中集中慢，熔點(diǎn)相差大，枝晶偏析嚴(yán)峻，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)行勻稱化退火，并經(jīng)多次壓力加工和退火后，才基本上消退枝晶偏析。錫青銅凝固時(shí)不形

成集中縮孔，只形成沿鑄件斷面勻稱分布在枝晶間的分散縮孔，所以，鑄件致密性差，在高壓下簡潔滲漏，不適于鑄

造密度和氣密性要求高的零件。錫青銅線收縮率為1.45?1.5%,熱裂傾向小，利于獲得斷面厚薄不均、尺寸要求精確

的簡單鑄件和花紋清楚的工藝美術(shù)品。錫青銅存在“反偏析”：凝固時(shí)鑄件富錫的易熔組分在體積收縮和析出氣體的作

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。"反偏析''明顯時(shí)，鑄件表面消失灰白色斑點(diǎn)或析出物

外形的所謂“錫汗這些脆性析出物含錫15?18%,由3相組成。⑵機(jī)械性能：錫青銅的性能與含錫量及組織有關(guān)。

在a相區(qū)，Sn含量增加，Rm及塑性均增大，在大約10%Sn四周，塑性最好，在21?23%Sn四周Rm最大。3相(Cu

31Sn8)硬而脆，隨著6相增多，Rm提升，其后急劇下降。工業(yè)用合金中，錫的含量為3?14%；變形合金含錫＜8%,

且含磷、鋅或鉛等。⑶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、硝酸、鈉堿溶液、

氨溶液及甲醇溶液猛烈腐蝕錫青銅。二元錫青銅易偏析，不致密，機(jī)械性能得不到保證，故很少應(yīng)用。為了改善二元

錫青銅的工藝和使用性能，工業(yè)用錫青銅都分別加有鋅、磷、鉛、銀等元素，組成多元錫青銅。①磷的作用及錫磷青

銅錫青銅熔煉時(shí)用磷脫氧，微量磷(0.3%)能有效地提高合金的機(jī)械性能。壓力加工錫磷青銅，含磷量不超過0.4%,

此時(shí)錫青銅力學(xué)和工藝性能最好，有高的彈性極限、彈性模量和疲憊極限(100x106次循環(huán)時(shí)達(dá)250?280MPa),用于

制作彈簧、彈片及彈性元件。磷在錫青銅中溶解度小，且隨錫含量增加、溫度降低，溶解度顯著減小；室溫時(shí)磷在錫

青銅中的極限溶解度為0.2%左右。含磷過多將形成628c的三元共晶a+3+Cu3P,在熱軋時(shí)磷化物共晶處于液態(tài)，造

成熱脆。磷增加流淌性，但加大反偏析程度。磷化物硬度高，耐磨。磷化物+3相作硬質(zhì)相，為軸承合金制造了所必需

的條件，所以在鑄造耐磨錫青銅中，磷含量可達(dá)1.2%。合金元素的作用及各種錫青銅的性能②鋅的作用及錫鋅青銅：

鋅縮小錫青銅的結(jié)晶溫度間隔，削減偏析，提高流淌性，促進(jìn)脫氧除氣，提高鑄件密度。鋅能大量溶入a固溶體中，

改善合金的機(jī)械性能。含鋅加工錫青銅均具有單相a固溶體組織（如QSn4-3）；錫鋅青銅的含鋅量在2?4%時(shí)，具有

良好的機(jī)械性能和抗蝕性能，用于制造彈簧、彈片等彈性元件、化工器械、耐磨零件和抗磁零件等。③鉛的作用及錫

鉛青銅：鉛不固溶于青銅，以純組元存在，呈黑色夾雜物分布在枝晶之間，可改善切削和耐磨性。含鉛低時(shí)（如1-2%）

主要改善切削性，含鉛高時(shí)（4?5%）用作軸承材料，降低摩擦系數(shù)。所以錫鉛青銅用以制造耐蝕、耐磨、易切削零件或

軸套、軸承內(nèi)襯等零件。微量Zr、B、Ti可細(xì)化晶粒，改善錫青銅的機(jī)械性能和冷熱加工性能。As、Sb、Bi降低錫青

銅塑性，對(duì)冷熱加工有害。簡潔鋁青銅：只含鋁的為簡潔鋁青銅。簡單鋁青銅：除鋁外另含鐵、銀、鋅等其它元素的

多元合金。含A1小于7%的合金在全部溫度下均具有單相a固溶體組織。a相塑性好，易加工。實(shí)際生產(chǎn)條件下，7?

8%A1的合金組織中便有a+y2共析體。y2是硬脆相（520HV）,它使硬度、強(qiáng)度提升，塑性下降。含9.4?15.6%AI

的合金緩慢冷卻到565℃時(shí)，發(fā)生B-a+y2轉(zhuǎn)變，形成共析體組織。（a+y2）共析體組織與退火鋼中的珠光體相像，具

有明顯的片層狀特征。B單相區(qū)快速淬火時(shí)，共析轉(zhuǎn)變受阻，此時(shí)的相變過程為：無序P-有序01一［31??。Cu-Al

系的馬氏體是熱彈性馬氏體，具有外形記憶效應(yīng)。但在A1濃度高的Cu-Al二元系合金中，即使快速淬火也不能阻擋y

2相的析出，不消失熱彈性馬氏體相變，所以添加Ni抑制Cu或A1的集中，使B相穩(wěn)定，以便通過淬火獲得熱彈性

馬氏體。鋁青銅二元鋁青銅的性能（1）機(jī)械性能：其強(qiáng)度和塑性隨鋁含量的增加而提升，塑性在鋁含量4%左右達(dá)最大

值，其后下降，而強(qiáng)度在10%Al左右達(dá)最大值。工業(yè)鋁青銅含鋁量在5?11%范圍內(nèi)。鋁青銅具有機(jī)械性能高、耐蝕、

耐磨、沖擊時(shí)不發(fā)生火花等優(yōu)點(diǎn)。a單相合金塑性好，能進(jìn)行冷熱壓力加工。（a+B）合金能承受熱壓力加工，但主要用

擠壓法獲得制品，不能進(jìn)行冷變形。（2）鑄造性能：鋁青銅結(jié)晶溫度間隔僅10?80℃,流淌性好，不形成分散縮孔，

易得致密鑄件，成分偏析也不嚴(yán)峻。但易生成集中縮孔，易形成粗大柱狀晶，使壓力加工變得困難。為防止鋁青銅晶

粒粗大，除嚴(yán)格掌握鋁含量外，還用復(fù)合變質(zhì)齊!J（如Ti+V+B等）細(xì)化晶粒。加Ti和Mn能有效改善其冷、熱變形性能。

（3）耐蝕性：鋁青銅的耐蝕性比黃銅、錫青銅好，在大氣、海水和大多數(shù)有機(jī)酸（檸檬酸、醋酸、乳酸等）溶液中均有很

高的耐蝕性J在某些硫酸鹽，苛性堿、酒石酸等溶液中的耐蝕性也較好。QAL10鑄態(tài)a（白色）+（a+y2）共析（黑色）

QAL10固溶處理930℃淬火B(yǎng)「（相當(dāng)于M）合金元素的影響（1）錦：顯著降低鋁青銅相的共析轉(zhuǎn)變溫度和速度，穩(wěn)

定B相，推遲B一（a打2）,避開“自發(fā)回火”脆性。溶解于鋁青銅中的錦，可提高機(jī)械性能和耐蝕性。0.3?0.5%Mn能

削減熱軋開裂，提高成品率，改善冷、熱變形力量。（2）鐵：少量鐵能溶于錫青銅a固溶體中，顯著提高機(jī)械性能；含

量高時(shí)以Fe3Al析出，使機(jī)械性能變壞，抗蝕性惡化，鋁青銅中Fe加入量不超過5%。Fe能細(xì)化晶粒，阻礙再結(jié)晶，

加入0.5?1%的Fe就能使單相或兩相鋁青銅的晶粒變細(xì)。Fe能使鋁青銅中的原子集中速度減慢，增加［3相的穩(wěn)定性,

抑制引起合金變脆的P-＞（a+y2）自行回火現(xiàn)象，顯著削減合金的脆性。（3）銀：顯著提高鋁青銅的強(qiáng)度、硬度、熱穩(wěn)

定性、耐蝕性和再結(jié)晶溫度。加Ni的鋁青銅可熱處理強(qiáng)化，Cu-14AL4Ni（重量%）為具有外形記憶效應(yīng)的合金。鋁青銅

中同時(shí)添加銀和鐵，能獲得更佳的性能。含8?12%A1,4?6%Ni,4?6%Fe的Cu-Al-Ni-Fe四元合金，其組織中會(huì)

消失K相：當(dāng)wNi>wFe時(shí)，K相呈層狀析出；當(dāng)wNi<wFe時(shí)，K相呈塊狀；當(dāng)wNi=wFe時(shí)，K相為勻稱

分散細(xì)粒狀，有利于得到很好的機(jī)械性能。工業(yè)鋁青銅QA110-4-4中Fe、Ni含量相等，在500c的抗拉強(qiáng)度比錫青銅

在室溫的強(qiáng)度還高。轉(zhuǎn)變時(shí)效溫度可以調(diào)整其強(qiáng)度和塑性之間的協(xié)作。含銀和鐵的鋁青銅作為高強(qiáng)度合金在航空工業(yè)

中廣泛用來制造閥座和導(dǎo)向套筒，也在其它機(jī)器制造部門中用來制造齒輪和其它重要用途的零件。鍍青銅即含1.5?

2.5%Be的銅合金。淬火時(shí)效強(qiáng)度高，Rm達(dá)1250?1500MPa,硬度350?400HBo彈性極限高(700?780MPa),彈性

穩(wěn)定性好，彈性滯后小，耐蝕、耐磨、耐寒、耐疲憊，無磁性，沖擊不發(fā)生火花，導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能好，所以，被青銅

的綜合性能優(yōu)良。被青銅用作高級(jí)彈性元件(如彈簧、膜片，手表的游絲)，特殊要求的耐磨元件，高速，高壓下工作的

軸承、襯套、齒輪等。CuBe為基的有序固溶體，低溫穩(wěn)定相，室溫硬而脆。被青銅相組成及其特性a、yl、丫2三

個(gè)單相區(qū)a：以銅為基的貉換固溶體，面心立方晶格，有良好的塑性，可冷熱變形。被原子半徑(111.3pm)比銅(127.8pm)

小，造成嚴(yán)峻晶格歪扭。a相有明顯溶解度變化，866℃(2.7%),605℃(1.55%),室溫(0.16%)。有猛烈的時(shí)效強(qiáng)

化效應(yīng)。y1：以電子化合物Cu2Be為基的無序固溶體，體心立方結(jié)構(gòu)，高溫塑性好，淬火到室溫，塑性好，可冷

變形。yl相在緩冷時(shí)發(fā)生共析分解。y2：電子化合物。被青銅的淬火和時(shí)效在760?790℃固溶處理，保溫時(shí)間為

8?15min。為防止固溶體冷卻時(shí)分解，常用水淬。淬火后冷變形30?40%再進(jìn)行時(shí)效。

一般黃銅的相組成及各相的特性Cu-Zn二元系相圖中，固態(tài)下有a、8、Y、6、e、n六個(gè)相。

a相是以銅為基的固溶體，其晶格常數(shù)隨鋅含量的增加而增大，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(39%Zn)；

之后，鋅在銅中的溶解度隨溫度的降低而削減。含鋅量為25%左右的a相區(qū)，存在Cu3Zn化合物的兩種有序化轉(zhuǎn)變，采納X射線、電阻、差熱分析等方法測(cè)

定發(fā)覺：在450℃左右a無序固溶體轉(zhuǎn)變?yōu)閍1有序固溶體，在217℃左右，a1有序固溶體轉(zhuǎn)變?yōu)閍2有序固溶體。a固溶體具有良好的塑性，可進(jìn)行冷熱加

工，并有良好的焊接性能。

B相：以電子化合物CuZn為基的體心立方晶格固溶體。冷卻過程中，在468?456℃溫度范圍，無序相B轉(zhuǎn)變成有序相B。B'相塑性低，硬而脆，冷加工困

難，所以含有B'相的合金不相宜冷加工。但加熱到有序化溫度以上，S'-B后，又具有良好塑性。B相高溫塑性好，可進(jìn)行熱加工。

Y相是以電子化合物Cu5Zn8為基的簡單立方晶格固溶體，硬而脆，難以壓力加工，工業(yè)上不采納。所以，工業(yè)用黃銅的鋅含量均小于46%,不含丫相。工業(yè)

用黃銅，按其退火組織可分為a黃銅和a+B兩相黃銅。B黃銅只用作焊料。

WZn<36%的a黃銅：H96?H65為單相a黃銅，a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。變形及再結(jié)晶退火后，得到等軸的a晶粒，而且消失許多退火攣晶，這是銅合金形變后退火組織的特點(diǎn)。

a+B兩相黃銅含36?46%Zn,H62至H59均屬于此。凝固時(shí)發(fā)生包晶反應(yīng)形成B相，凝固完畢，合金為單相B組織，當(dāng)冷至a+B兩相區(qū)時(shí)，a相自B相析

出，殘留的B相冷至有序轉(zhuǎn)變溫度時(shí)(456C),B無序相轉(zhuǎn)變?yōu)锽'有序相，室溫下合金為a+B'兩相組織。鑄態(tài)a+B'黃銅，a相呈亮色(因含鋅少，腐蝕淺)，

B'相呈黑色(因含鋅多，腐蝕深)。經(jīng)變形和再結(jié)晶退火后，a相具有攣晶特征，B'相則沒有。

一般黃銅性能變化與鋅含量的關(guān)系

物理性能：二元黃銅的密度隨鋅含量的增加而下降，而線膨脹系數(shù)則隨鋅含量的增加而提升。電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率在a區(qū)隨鋅含量的增加而下降，但鋅含量在39%

以上，合金消失B時(shí)，電導(dǎo)率又提升，鋅含量達(dá)50%時(shí)達(dá)峰值。

力學(xué)性能：WZn<30%時(shí)，隨鋅含量的增加，ob和6同時(shí)增大，對(duì)固溶強(qiáng)化的合金來說，這種狀況是極少有的，鋅含量在30?32%范圍時(shí)，6達(dá)最大值。之后,

隨6'相的消失和增多，塑性急劇下降。而。b則始終增長到鋅含量45%四周，當(dāng)鋅含量為45%時(shí);ob值最大。鋅含量超過45%,由于a相全部消逝，而為

硬脆的B'相所取代，導(dǎo)致。b急劇下降。

變形和退火后的性能：a相隨鋅含量的增加其強(qiáng)度、塑性均增加。當(dāng)鋅含量為30%時(shí)，塑性最好，適于深沖壓和冷拉，大量用于制造炮彈殼，所以

有“炮彈黃銅”之稱。8相強(qiáng)度更高，但室溫下呈有序狀態(tài)，塑性很低。Y相在室溫下則更硬而脆。a黃銅具有良好的塑性，適于冷、熱加工。全部黃銅在200?

600C溫度范圍內(nèi)均存在中溫低塑性區(qū)，這主要是微量雜質(zhì)(鉛、睇、秘等)的影響，它們與銅生成低熔點(diǎn)共晶而最終分散在晶界上，形成低熔點(diǎn)共晶薄膜，從

而造成熱加工過程的“熱脆”。然而黃銅的塑性會(huì)隨溫度提升而重新顯著增長，表明這些雜質(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)，詳

細(xì)溫度要看含鋅量而言，如H90、H80,HPb59—1等的低塑性區(qū)。加入微量混合稀土或鋰。鈣、錯(cuò)、鈍等能與雜質(zhì)形成高熔點(diǎn)化合物的元素，均能有效減輕

或消退雜質(zhì)的有害影響，從而消退熱脆性。如加飾能與鉛和鈕形成Pb2Ce及Bi2Ce等高熔點(diǎn)化合物。

黃銅的熱加工一般應(yīng)在高于脆性區(qū)的溫度進(jìn)行，a+B黃銅室溫塑性較低，只能熱變形、要加熱到B相區(qū)熱軋，但溫度不能太高，因B相長大得快，以保留少

量a相為宜，采用殘留a相限制B晶粒長大。所以，熱變形溫度通常選擇在(a+B)/B相變溫度四周。黃銅在大氣、淡水或蒸汽中有很好的耐蝕性，腐蝕速

度約為0.0025~0.025mm/a,在海水中的腐蝕速度略有增加，約為0.0075-0.1mm/a。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：消失在含鋅較高的a黃銅、特殊是a+B黃銅中。鋅電極電位遠(yuǎn)低于銅，電極電位低的鋅在中性鹽水溶液中首先被溶解，銅則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0.02?0.06%As可防止脫鋅。

應(yīng)力腐蝕：即“季裂”或"自裂”，指黃銅產(chǎn)品存放期間產(chǎn)生自動(dòng)裂開的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象是產(chǎn)品內(nèi)的殘余應(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，越簡潔自裂。

為避開黃銅自裂，全部黃銅冷加工制品或半制品，均需進(jìn)行低溫(260?300℃)退火來消退制品在冷加工時(shí)產(chǎn)生的殘留內(nèi)應(yīng)力。此外，在黃銅中加入0.02?0.06%

As或1.0?1.5%Si也能明顯降低其自裂傾向。

一般黃銅中雜質(zhì)：鉛、秘、睇、磷碑和鐵等。

鉛：Pb在a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)消失熱脆：但對(duì)

冷加工性能無明顯影響。在a+B兩相黃銅中，鉛的容許含量可比a黃銅高一些，由于兩相黃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滑度。

錫：Bi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a及a+B黃銅中要求》0.002%Bi。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℃)?

錦：Sb隨溫度下降,鑲在a黃銅中溶解度急劇減?。辉阱\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)峻損害黃銅的冷加工性能。

鏡還促使黃銅產(chǎn)生熱脆性，因睇在固態(tài)銅中的共晶溫度為645℃,所以，睇是黃銅中的有害雜質(zhì)。加入微量鋰可與睇形成高熔點(diǎn)的Li3sb（熔點(diǎn)1145℃）,從而

減輕鋅對(duì)黃銅塑性的有害影響。

殛室溫時(shí)碑在黃銅中的溶解度＜0.1%,過度的碑則產(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0.02?0.05%As,可防止黃銅脫

鋅。碑使黃銅制品表面形成結(jié)實(shí)的愛護(hù)膜，提高黃銅對(duì)海水的耐蝕性。

黃銅棒、黃銅管、黃銅排、黃銅帶、H62黃銅線、H62黃銅帶、H62黃銅管、H62黃銅板、H62黃銅棒、H65黃銅線、H65黃銅帶、H65黃銅板、H68黃銅線、

H68黃銅帶、H68黃銅管、H68黃銅棒

一般黃銅的成分、性能和用途：二元黃銅性能變化規(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、硬度）則隨Zn含量的增加而

提升；二元黃銅在工業(yè)上的應(yīng)用，主要依據(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，被大量采納來制作冷凝管、散熱管、散熱片、冷卻設(shè)施及導(dǎo)電

零件等。

H7O、H68：高的塑性和較高的強(qiáng)度，冷成型性能特殊好，適于用冷沖壓或深拉法制造各種外形簡單的零件。

H62：a+B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)。

簡單黃銅

銅鋅合金中加入少量（一般為1?2%,少數(shù)達(dá)3?4%,極個(gè)別的到5?6%）錫、鋁、缽、鐵、硅、銀、鉛等元素，構(gòu)成三元、四元、甚至五元合金，即為簡

單黃銅。

銅鋅合金