铜及铜合金课件.ppt

1、 第一节第一节 、铜中的合金元素、铜中的合金元素 1、铜基固溶体、铜基固溶体 无限固溶的元素：无限固溶的元素：Ni ,Au ,-Mn 大多数大多数合金元素为有限固溶。合金元素为有限固溶。 第第25族元素在铜中的最大溶解度族元素在铜中的最大溶解度C最大最大与与P-1成反比，成反比， C最大最大*（P-1）=40% 原子半径相差越大，原子半径相差越大，C最大最大值越小，如值越小，如Sn ,As.作用：作用：n固溶强化：固溶强化：Sn, Sb, In, Au, Mn, Ge, Ni, Si, Zn（由强到弱）。（由强到弱）。 有效元素：有效元素：Ni, Al, Sn, Zn, Mn. Cu-Zn固溶

2、体中有有序固溶体固溶体中有有序固溶体Cu3Zn。 450由无序由无序 1有序固溶体，有序固溶体，217由由1 2有序固溶体。有序固溶体。n导电性：下降导电性：下降 P, Si, Fe, Co, Pe, Al, Mn, As作用大，而作用大，而Ag, Cr, Mg 作用小。作用小。n导热性：导热旅有较大的降低。导热性：导热旅有较大的降低。 、铜合金中的强化相、铜合金中的强化相 Cu-Be合金合金 -电子化合物电子化合物2-CuBe强化相强化相 过饱和固溶体过饱和固溶体脱溶析出脱溶析出片片状的介稳相状的介稳相,与与基体基体100面保面保持完全共格。持完全共格。时效进行时效进行 ， 与基体与基体半共

3、格，性能半共格，性能最好。最好。10-4nCr和和Zr共同加入生成共同加入生成Cr2Zr金属间化合物，金属间化合物，沉淀强化，提高铜合金的强度和耐热性，沉淀强化，提高铜合金的强度和耐热性，且有高的导电率。且有高的导电率。nNi与与Si在铜合金中形成在铜合金中形成Ni2Si金属间化合金属间化合物物,Ni与与Si的重量比为的重量比为3：1 。 Ni2Si在铜基在铜基固溶体中溶解度随温度的下降而急剧降低。固溶体中溶解度随温度的下降而急剧降低。时效是有很强的沉淀强化效应。时效是有很强的沉淀强化效应。nNi和和Al在铜合金中形成在铜合金中形成NiAl或或NiAl2，在，在450600 时效有很强的沉淀强

4、化效应。时效有很强的沉淀强化效应。nTi在铜中形成在铜中形成Cu3Ti沉淀强化相。如图。沉淀强化相。如图。3、铜合金的退火硬化、铜合金的退火硬化 在铜基在铜基固溶体中，固溶体中，W(Zn)10%黄铜、黄铜、 W(Al)4%铝青铜、铝青铜、 W(Ni)30%白铜，经固溶退火后，白铜，经固溶退火后，硬度明显提高，弹性极限升高。原因硬度明显提高，弹性极限升高。原因目前尚无定论。目前尚无定论。不均匀固溶体或形变时效。不均匀固溶体或形变时效。 、铜合金中的马氏体型相变、铜合金中的马氏体型相变许多铜合金中存在可逆马氏体相变，许多铜合金中存在可逆马氏体相变，如如Cu-Al, Cu-Al-Ni, Cu-Zn,

5、 Cu-Zn-Al, Cu-Zn-Si, Cu-Zn-Sn, Cu-Al-Ni等合等合金系。金系。 Cu-Al二元系二元系W(Al)9.415.6%的合金缓冷到的合金缓冷到565，+2共析转共析转变，生成片层状组织。变，生成片层状组织。 冷速大于冷速大于56 /min时，发生马时，发生马氏体相变。氏体相变。 马氏体类型与铝含量马氏体类型与铝含量有关，有关，相为无序的体心相为无序的体心立方点阵，立方点阵， 1 为有序相，为有序相， 为无序马氏体，层错亚为无序马氏体，层错亚结构，六方点阵。结构，六方点阵。 1（T0）1和和1（ Ms） 1为有序马氏体，层错，为有序马氏体，层错，正交点阵正交点阵;

6、1为有序马氏体，孪晶，为有序马氏体，孪晶，正交点阵。正交点阵。10-9在在Cu-Al-Ni合金中得到合金中得到1是热弹性马氏是热弹性马氏体，没有相变滞后，冷却和加热时马氏体体，没有相变滞后，冷却和加热时马氏体弹性似的长大和收缩。弹性似的长大和收缩。 晶体中不形成晶体中不形成“不可拟不可拟”的晶体缺陷。的晶体缺陷。相变过程没有破坏马氏体与母相之间界面相变过程没有破坏马氏体与母相之间界面结构的完整性，仍然保持完全的共格关系。结构的完整性，仍然保持完全的共格关系。 热弹性马氏体在受力作用下发生变形，热弹性马氏体在受力作用下发生变形，这种变形只通过其有利取向的变体长大而这种变形只通过其有利取向的变体长

7、大而不利变体收缩来实现。当受到变形的马氏不利变体收缩来实现。当受到变形的马氏体重新加热到体重新加热到At温度以上时，转变为母相，温度以上时，转变为母相，并恢复到母相原始状态的形状形状并恢复到母相原始状态的形状形状记忆效应。记忆效应。 第二节、工业纯铜第二节、工业纯铜紫铜：两类含氧铜、无氧铜紫铜：两类含氧铜、无氧铜、工业纯铜的性能、工业纯铜的性能导电性、导热性仅次于导电性、导热性仅次于Ag。冷变形冷变形80后导电率下降不到后导电率下降不到3%-导线。导线。 杂质杂质P、Si、Fe、Ti、Be、Al、Mn等对导电等对导电性、导热性影响较大；硫化物、氧化物、硅酸性、导热性影响较大；硫化物、氧化物、硅

8、酸盐、盐、Pb、铋等夹杂物影响较小。、铋等夹杂物影响较小。电极电位较正耐蚀大气、淡水、低电极电位较正耐蚀大气、淡水、低速海水，与其它金属接触成为阴极，发生阳极速海水，与其它金属接触成为阴极，发生阳极腐蚀。腐蚀。无磁性不受磁场干扰的磁学仪器。无磁性不受磁场干扰的磁学仪器。、杂质对铜塑性的影响、杂质对铜塑性的影响铋或铅与铜形成富铋或铅的低熔点共铋或铅与铜形成富铋或铅的低熔点共晶物热脆。晶物热脆。铋和锑与铜原子的尺寸差距大电阵铋和锑与铜原子的尺寸差距大电阵畸变大铜晶界上偏聚晶界脆化。畸变大铜晶界上偏聚晶界脆化。含氧铜在还原性气氛中退火，氢渗入含氧铜在还原性气氛中退火，氢渗入生成水蒸气，高的内压力微裂

9、纹加生成水蒸气，高的内压力微裂纹加工或使用时破裂。工或使用时破裂。、应用、应用含氧量含氧量(o) 0.01%-无氧铜，无氧铜，TU1和和TU2电真空器件。为磷脱氧铜焊接电真空器件。为磷脱氧铜焊接铜材，热交换器排水管冷凝管等。铜材，热交换器排水管冷凝管等。TUMn锰脱氧铜电真空器件。锰脱氧铜电真空器件。T1T4为纯铜，有一定的氧。为纯铜，有一定的氧。 T1、T含氧低导电合金；含氧低导电合金； T、T4含氧较高铜材。含氧较高铜材。第三节、黄铜第三节、黄铜铜锌合金其它元素。史前龙山文化。铜锌合金其它元素。史前龙山文化。包晶转变包晶转变固溶体有两固溶体有两个有序固溶体，个有序固溶体，Cu9Zn和和Cu

10、3Zn， Cu3Zn 有有两个变体两个变体和和性能性能好。好。为电子化合物为电子化合物CuZn为为基，体心立方，低温的基，体心立方，低温的相塑性差，只能热加相塑性差，只能热加工。工。为电子化合物为电子化合物Cu5Zn8硬而脆，不用硬而脆，不用n、二元黄铜的组织和性能、二元黄铜的组织和性能n(Zn) 36%为为黄铜，铸态组织为黄铜，铸态组织为单相树枝晶，形变及再结晶后为等轴单相树枝晶，形变及再结晶后为等轴晶，具有退火孪晶。晶，具有退火孪晶。n(Zn) 3646%为为+黄铜。黄铜。n铸态黄铜的强度和塑性随锌的含量的铸态黄铜的强度和塑性随锌的含量的增加而升高。增加而升高。30%Zn时时最大，最大，4

11、5%Zn时强度最大。继续增加时强度最大。继续增加Zn组组织为织为相脆性增加，强度下降。相脆性增加，强度下降。n变形和退火后成分均匀和晶粒细化，变形和退火后成分均匀和晶粒细化，强度塑性改善。强度塑性改善。n单相的单相的黄铜具有极好的塑性，可冷黄铜具有极好的塑性，可冷热变形，热变形，200700 间存在低塑性间存在低塑性区区 - Cu9Zn和和Cu3Zn有序固溶体原有序固溶体原子有序化；微量低熔点的铋、锑、铅子有序化；微量低熔点的铋、锑、铅等引起晶界脆化，等引起晶界脆化，n微量的稀土元素可消除有害作用，并微量的稀土元素可消除有害作用，并改善塑性。改善塑性。n+两相黄铜在加热到高于两相黄铜在加热到高

12、于500时，低温时，低温有序的有序的无序的无序的，相极软，体心立方，相极软，体心立方，原子扩散快，晶粒易长大。因此锻造温度略原子扩散快，晶粒易长大。因此锻造温度略低于相变线，留少量的低于相变线，留少量的。n黄铜的腐蚀：脱锌和应力腐蚀黄铜的腐蚀：脱锌和应力腐蚀 脱锌脱锌中性盐水溶液中锌的选择性溶解，可中性盐水溶液中锌的选择性溶解，可加入加入0.020.06%防止。防止。 应力腐蚀应力腐蚀冷变形后，放置时发生季裂，加冷变形后，放置时发生季裂，加入入Si 1.01.5%和和As 0.020.06%可减小；可减小；退火去应力。退火去应力。n应用应用 低锌黄铜低锌黄铜H96、H90、H85良好的导电性、

13、良好的导电性、导热性和耐蚀性，导热性和耐蚀性，-冷凝管和散热器。冷凝管和散热器。 三七黄铜三七黄铜H70、H68强度高、塑性好，强度高、塑性好，-散散热器外壳、导管、波纹管、枪弹炮弹壳体。热器外壳、导管、波纹管、枪弹炮弹壳体。 四六黄铜四六黄铜H62、H59为为+黄铜，可高温热黄铜，可高温热加工；加工；H62制销钉、螺帽、零件。制销钉、螺帽、零件。2、多元黄铜、多元黄铜加入加入Sn、Al、Si、Pb、Mn、Fe、Ni等，改变了组织，使等，改变了组织，使/（+）相界发生移动。）相界发生移动。n铝黄铜铝黄铜 表面形成致密的氧化膜，提高合金耐腐表面形成致密的氧化膜，提高合金耐腐蚀性；固溶强化；例如蚀

14、性；固溶强化；例如HAl77-2作管材，作管材，用于海轮和发电站的冷凝管。用于海轮和发电站的冷凝管。HAl85-0.5色泽金黄，装饰材料。色泽金黄，装饰材料。n铜锌铝形状记忆合金铜锌铝形状记忆合金 热传导率大，电阻小，热加工性好，相变温度热传导率大，电阻小，热加工性好，相变温度宽宽-100+100，相变滞后小，制棒状、，相变滞后小，制棒状、管状、线状管状、线状安全阀、控温装置、断路器等。安全阀、控温装置、断路器等。n锡黄铜锡黄铜 Sn1%，提高海水中的耐蚀性、抑制脱锌，提，提高海水中的耐蚀性、抑制脱锌，提高强度，高强度，HSn70-1-海军黄铜。海军黄铜。n铅黄铜铅黄铜小于小于0.03%，金属

15、夹杂物分布在黄铜枝晶间，金属夹杂物分布在黄铜枝晶间，热脆。在热脆。在+黄铜中，危害减轻，提高切削性。黄铜中，危害减轻，提高切削性。 第四节、青铜第四节、青铜 Cu 和和Sn、Al、Be、Si、Mn、Cr、Zr、Ti等组成。等组成。 1、锡青铜、锡青铜公元前公元前16世纪黄河中游，世纪黄河中游，商遗址中。商遗址中。Cu 和和Sn二元系由一系列的二元系由一系列的电子化和物组成。电子化和物组成。相为固溶体，相为固溶体，为为Cu5Sn 体心立方，体心立方，为不稳定的高温相，为不稳定的高温相，为为Cu5Sn 复杂立方结构，复杂立方结构，硬而脆，硬而脆，为为Cu3Sn ，密排六方。，密排六方。n组织：组织

16、：与锡含量及状态有关。实际是如虚线。与锡含量及状态有关。实际是如虚线。(Sn) 6%时树枝状时树枝状固溶体；固溶体；(Sn) 6%时时和（和（+）共析体；）共析体；700800退火后，退火后， (Sn) =714%共析组织消失。由于共析组织消失。由于相在降温时析出相在降温时析出缓慢室温下仍为单相缓慢室温下仍为单相固溶体。固溶体。n特点：特点：n铸造优点铸造优点:铸件收缩率小，适于铸造形状复杂，铸件收缩率小，适于铸造形状复杂，壁厚变化大的工件。壁厚变化大的工件。-合金液固相线结晶间隔大，合金液固相线结晶间隔大，液体液体 流动性差，锡原子扩散慢结晶时树枝晶流动性差，锡原子扩散慢结晶时树枝晶发达，易

17、形成分散性显微缩孔，所以收缩率小，发达，易形成分散性显微缩孔，所以收缩率小，且不易裂。历史上曾铸造出许多精美的古青铜器。且不易裂。历史上曾铸造出许多精美的古青铜器。n 锡青铜存在枝晶间的分散缩孔，致密性差，锡青铜存在枝晶间的分散缩孔，致密性差，在高压下容易渗漏，不适于制造密封性高的铸件。在高压下容易渗漏，不适于制造密封性高的铸件。同时铸件凝固时含锡高的低熔点液相易从中部向同时铸件凝固时含锡高的低熔点液相易从中部向表面渗出，出现反偏析，严重时会在表面出现灰表面渗出，出现反偏析，严重时会在表面出现灰白色斑点的白色斑点的“锡汗锡汗”，它主要由，它主要由相所组成。相所组成。n在铸态，锡固溶于在铸态，锡

18、固溶于a固溶体，有强的固溶强固溶体，有强的固溶强化作用。锡青铜的强度和伸长率随锡含量升高化作用。锡青铜的强度和伸长率随锡含量升高而增加，当而增加，当 w（ Sn）超过）超过 6，由于出现，由于出现 相而使伸长率急剧下降，而强度随锡含量升高相而使伸长率急剧下降，而强度随锡含量升高而继续增加，直到而继续增加，直到w（Sn）25时，因时，因相相含量较高而强度随之急剧下降。所以，工业锡含量较高而强度随之急剧下降。所以，工业锡青铜中锡含量不超过青铜中锡含量不超过14，其中，其中w（Sn）低于）低于 7 8为变形锡青铜，有高塑性和适宜的强为变形锡青铜，有高塑性和适宜的强度；度；w（ Sn）高于）高于10的

19、锡青铜为铸造合金，的锡青铜为铸造合金，用于铸件。用于铸件。n 在大气、海水和碱性溶液中有良好的耐蚀在大气、海水和碱性溶液中有良好的耐蚀性，用于铸造海上船舶和矿山机械零件。性，用于铸造海上船舶和矿山机械零件。n 多元锡青铜多元锡青铜n 1)锡磷青铜锡磷青铜 磷可作为锡青铜熔炼时的脱氧剂。溶于锡青铜的少磷可作为锡青铜熔炼时的脱氧剂。溶于锡青铜的少量磷量磷 （W（P）04）能显著提高合金的弹性极）能显著提高合金的弹性极限和疲劳极限，并能承受压力加工，广泛用于制造各限和疲劳极限，并能承受压力加工，广泛用于制造各种弹性元件。如精密仪器中的齿轮等耐磨件和抗磁元种弹性元件。如精密仪器中的齿轮等耐磨件和抗磁元

20、件，耐磨的轴承合金。件，耐磨的轴承合金。n 磷在锡青铜中的溶解度限为磷在锡青铜中的溶解度限为 w（P） 0. 2，过多的磷将形成熔点为过多的磷将形成熔点为 628的的CuP三元共三元共晶，难以热塑性变形。故一般用于热变形的锡磷青铜晶，难以热塑性变形。故一般用于热变形的锡磷青铜中的中的 P不超过不超过 0. 4。 n 2)锡锌青铜锡锌青铜n 锌能缩小锡青铜液固相线结晶间隔，提高液相的锌能缩小锡青铜液固相线结晶间隔，提高液相的流动性，减小偏析，并促进脱氧除气，提高铸件密度。流动性，减小偏析，并促进脱氧除气，提高铸件密度。锌能大量溶于锌能大量溶于 a固溶体，改善合金的力学性能，固溶体，改善合金的力学

21、性能，w（ Zn）二）二 2 4时，有良好的力学性能和耐蚀性。时，有良好的力学性能和耐蚀性。常用于制造弹簧、弹片等弹性元件和抗磁零件常用于制造弹簧、弹片等弹性元件和抗磁零件.n 2、铝青铜、铝青铜n 良好力学性能、耐蚀性和耐磨性，应用广。良好力学性能、耐蚀性和耐磨性，应用广。n 铜铝二元合金在共晶温度铜铝二元合金在共晶温度1036，铝在铜，铝在铜基固溶体中的溶解度为基固溶体中的溶解度为 7. 4；在；在 565时，铝时，铝的最大溶解度的最大溶解度 9.4。铝在。铝在固溶体有固溶强化作固溶体有固溶强化作用。铝青铜有高的强度和塑性。用。铝青铜有高的强度和塑性。相为相为Cu3Al电子电子化合物为基的

22、固溶体，具有体心立方化合物为基的固溶体，具有体心立方 点阵，在点阵，在 565发生共析分解，发生共析分解，2，若从，若从相淬火，相淬火，可发生马氏体转变。可发生马氏体转变。 1、 2是以是以Cu9A14电子电子化合物为基的固溶体，化合物为基的固溶体，2相硬而且脆，能提高合相硬而且脆，能提高合金的耐磨性。金的耐磨性。n 铝青铜可在表面生成含铝和铜的致密复合氧铝青铜可在表面生成含铝和铜的致密复合氧化膜，有良好的耐蚀性，在大气、海水、碳酸和化膜，有良好的耐蚀性，在大气、海水、碳酸和有机酸中，耐蚀性优于黄铜和锡青铜。有机酸中，耐蚀性优于黄铜和锡青铜。n 二元铝青铜有二元铝青铜有 QA15、QA17和和

23、 QAll0。n3、铍青铜、铍青铜n 铍青铜有强的沉淀强化效应，经固溶淬火和时铍青铜有强的沉淀强化效应，经固溶淬火和时效，得到高的强度和弹性极限，且稳定性好，弹性效，得到高的强度和弹性极限，且稳定性好，弹性滞后小，并具有良好的导电和导热性能，耐蚀和耐滞后小，并具有良好的导电和导热性能，耐蚀和耐磨，无磁，冲击时无火花，可制造高级弹性元件和磨，无磁，冲击时无火花，可制造高级弹性元件和特殊耐磨元件，还用于电气转向开关、电接触器等。特殊耐磨元件，还用于电气转向开关、电接触器等。铍为强毒性金属，生产时受应严格操作。铍为强毒性金属，生产时受应严格操作。n 铍青钢一般铍青钢一般 w（ Be ）= 1. 5

24、2. 5。铍青。铍青铜最高的力学性能是在铜最高的力学性能是在 ”向向 转变时获得的，此时转变时获得的，此时”介稳相充分析出和长大，由于介稳相充分析出和长大，由于”与与固溶体比容差固溶体比容差别大而引起的共格畸变区体积大，强化效果非常显别大而引起的共格畸变区体积大，强化效果非常显著。热处理时，在著。热处理时，在760790t进行固溶处理，快速进行固溶处理，快速淬火并在淬火并在310330时效，其强度时效，其强度b可达到可达到12501500MPa，e为为700780MPa。n 加加Ni和和Ti可进一步提高性能。可进一步提高性能。n4、其他青铜、其他青铜n1）硅青铜）硅青铜 含硅小于含硅小于4%，

25、弹性好、耐蚀性、耐，弹性好、耐蚀性、耐磨性好、工艺性能好。磨性好、工艺性能好。n2）耐热、高导电合金）耐热、高导电合金 铬和锆都能提高铜合金的蠕变强度，铬和锆都能提高铜合金的蠕变强度，提高再结晶温度，并且导电率降低小。提高再结晶温度，并且导电率降低小。n第五节、白铜第五节、白铜n 以镍为主要合金元表的铜合金，以镍为主要合金元表的铜合金，用途可分为结构白铜和电工白铜用途可分为结构白铜和电工白铜n 铜与镍由于在电负性、尺寸因素铜与镍由于在电负性、尺寸因素和点阵类型上均满足无限固溶条件，和点阵类型上均满足无限固溶条件，因而可形成无限固溶体。其硬度、因而可形成无限固溶体。其硬度、强度、电阻率随溶质浓度

26、升高而增强度、电阻率随溶质浓度升高而增加，塑性、电阻温度系数随之降低。加，塑性、电阻温度系数随之降低。n1、结构白铜、结构白铜n 铜镍二元铜合金为普通白铜，单相固溶体，常铜镍二元铜合金为普通白铜，单相固溶体，常用的牌号有用的牌号有 B10B20、B30。由于在大气、海水、。由于在大气、海水、过热蒸气和高温下有优良的耐蚀性，而且冷热加工过热蒸气和高温下有优良的耐蚀性，而且冷热加工性能都很好，可制造高温高压下的冷凝器、热交换性能都很好，可制造高温高压下的冷凝器、热交换器，广泛用于船舶、电站、石油化工、医疗器械等器，广泛用于船舶、电站、石油化工、医疗器械等部门。部门。B20也是常用的镍币材料，可制造

27、高面额的也是常用的镍币材料，可制造高面额的硬币。硬币。n 铁能显著细化晶粒，增加白铜的强度又不降低塑铁能显著细化晶粒，增加白铜的强度又不降低塑性，尤其提高在有气泡骚动的流动海水中发生冲蚀性，尤其提高在有气泡骚动的流动海水中发生冲蚀的耐蚀性。铁最高的加入量不超过的耐蚀性。铁最高的加入量不超过 1 5（质量分（质量分数）。在数）。在 B10中加入中加入 w（Fe）=0.75的铁，可的铁，可得到与得到与 B30同样的耐蚀性；加入少量锰，可脱氧和同样的耐蚀性；加入少量锰，可脱氧和脱硫，能增加合金的强度。脱硫，能增加合金的强度。 2、电工白铜、电工白铜 1) 康铜康铜 含含 Ni 40， Mn 1. 5

28、的锰白铜又称康铜，具的锰白铜又称康铜，具有高电阻、低电阻温度系数，与铜、铁、银配成热电有高电阻、低电阻温度系数，与铜、铁、银配成热电偶对时，能产生高的热电势，组成铜一康铜、铁一康偶对时，能产生高的热电势，组成铜一康铜、铁一康铜和银一康铜热电偶，热电势与温度间的线性关系良铜和银一康铜热电偶，热电势与温度间的线性关系良好，测温精确，工作温度范围为好，测温精确，工作温度范围为-200 600 。 2) 考铜考铜 含含N 43，Mn 0.5的锰白铜又称考铜，有高的锰白铜又称考铜，有高的电阻，与铜、镍铬合金、铁分别配成热电偶时，能的电阻，与铜、镍铬合金、铁分别配成热电偶时，能产生高的热电势，其热电势与温度间的线性关系良好。产生高的热电势，其热电势与温度间的线性关系良好。考铜考铜-镍铬热电镍铬热电D偶的测温范围从一偶的测温范围从一253 （液氢沸（液氢沸点）到室温。点）到室温。 3)BO.6白铜白铜 含含 Ni0.6的白铜的白铜 BO. 6在在 100以下与铜线以下与铜线配成对，其热电势与铂铑配成对，其热电势与铂铑-铂热电偶的热电势相同，可铂热电偶的热电势相同，可做铂铐做铂铐-铂热电偶的补偿导线。铂热电偶的补偿导线。