第十章-铜合金课件.ppt

1、l铜的密度为铜的密度为8.948.9410103 3 kg kgmm3 3，是，是重有重有色金属色金属。铜及其合金是电力、电机、电工。铜及其合金是电力、电机、电工仪器和航海造船工业不可缺少的材料。仪器和航海造船工业不可缺少的材料。l铜及铜合金有下列特性：铜及铜合金有下列特性：l（1 1）优异的物理、化学性能优异的物理、化学性能l纯铜及铜合金的导电性、导热性极佳。铜纯铜及铜合金的导电性、导热性极佳。铜及铜合金耐大气和水的腐蚀。铜是抗磁性及铜合金耐大气和水的腐蚀。铜是抗磁性物质。物质。l（2 2）良好的加工性能良好的加工性能l铜及其某些合金塑性加工性能优良，切铜及其某些合金塑性加工性能优良，切削加

2、工性能优良，铸造铜合金有很好的削加工性能优良，铸造铜合金有很好的铸造性能。铜及铜合金焊接性能好。铸造性能。铜及铜合金焊接性能好。l（3 3）某些特殊机械性能某些特殊机械性能l例如优良的例如优良的减摩性和耐磨性减摩性和耐磨性（如青铜及（如青铜及部分黄铜），部分黄铜），抗卡咬，高的弹性极限和抗卡咬，高的弹性极限和疲劳极限疲劳极限（如铍青铜等），弹性稳定。（如铍青铜等），弹性稳定。l一、铜基固溶体一、铜基固溶体l合金元素合金元素镍、金、锰镍、金、锰在铜中无限固溶，在铜中无限固溶，其它合金元素为有限溶解。其它合金元素为有限溶解。l合金元素的固溶强化效应大小顺序为：合金元素的固溶强化效应大小顺序为： 锡

3、、锑、铟锡、锑、铟 金、锰、锗金、锰、锗 镍、硅、锌镍、硅、锌 l溶质元素均使铜的导热率有较大的降低溶质元素均使铜的导热率有较大的降低。其中，磷、硅、铁、钴、铍、铝、锰、其中，磷、硅、铁、钴、铍、铝、锰、砷及锑均强烈砷及锑均强烈降低铜的导电性及导热性降低铜的导电性及导热性。l二、铜合金中的强化相二、铜合金中的强化相 l1、2-CuBe（电子相）（电子相）l2、Cr2Zr（同时有高的导电率）（同时有高的导电率）l3、Ni2Si l4、NiAl或或NiAl2l5、Cu3Til三、铜合金的退火硬化现象三、铜合金的退火硬化现象l在铜基固溶体中，在铜基固溶体中，w（Zn）10的黄铜、的黄铜、w（Al）4

4、的铝青铜、的铝青铜、w（Ni）30的白铜，的白铜，经固溶退火经固溶退火后，硬度明显升高，弹性极限升高后，硬度明显升高，弹性极限升高。其原因目前尚无定论。其原因目前尚无定论。l四、铜合金中的马氏体型相变四、铜合金中的马氏体型相变l许多铜合金中都存在可逆马氏体转变，许多铜合金中都存在可逆马氏体转变，如如 Cu-Al、Cu-Al-Ni、Cu-Zn、Cu-Zn-Al、Cu-Zn-Si、Cu-Zn-Sn、Cu-Al-Ni等合金等合金系。系。l在在Cu-Al-Ni等合金中得到马氏体，是热等合金中得到马氏体，是热弹性马氏体。弹性马氏体。热弹性马氏体在受外力作热弹性马氏体在受外力作用下时发生变形，当受到变形的

5、马氏体用下时发生变形，当受到变形的马氏体重新加热到逆转变温度重新加热到逆转变温度A1以上时，转变以上时，转变回母相，并且恢复到母相原始状态的形回母相，并且恢复到母相原始状态的形状状，即产生形状记忆效应。，即产生形状记忆效应。l工业纯铜呈紫红色，又称工业纯铜呈紫红色，又称紫铜紫铜 。 l一、工业纯铜的性能一、工业纯铜的性能l1 1、工业纯铜的导电性和导热性仅次于银。、工业纯铜的导电性和导热性仅次于银。l2 2、铜的电极电位较正，可在大气、淡水、铜的电极电位较正，可在大气、淡水、水蒸气及低速海水等介质中工作。水蒸气及低速海水等介质中工作。 l3 3、铜是无磁性，常用来制造不受磁场干、铜是无磁性，常

6、用来制造不受磁场干扰的磁学仪器。扰的磁学仪器。l4 4、铜有极高的塑性，能承受很大的变形、铜有极高的塑性，能承受很大的变形量而不发生破裂。量而不发生破裂。l二、杂质元素对铜塑性的影响二、杂质元素对铜塑性的影响l1 1、铋、铋( (BiBi) )或铅或铅( (PbPb) )与铜形成富铋或铅的与铜形成富铋或铅的低熔点共晶，其共晶温度相应为低熔点共晶，其共晶温度相应为270270和和326326，在晶界形成液膜，造成，在晶界形成液膜，造成铜的铜的热脆热脆。l2 2、铋和锑铋和锑等元素与铜的原子尺寸差别大，等元素与铜的原子尺寸差别大，含微量铋或锑的稀固溶体中即引起较大含微量铋或锑的稀固溶体中即引起较大

7、点阵畸，驱使铋和锑在铜晶界产生强烈点阵畸，驱使铋和锑在铜晶界产生强烈的晶界偏聚，使晶界原子结合弱化，产的晶界偏聚，使晶界原子结合弱化，产生强烈的生强烈的晶界脆化倾向晶界脆化倾向。l3、含氧铜在还原性气氛中退火，、含氧铜在还原性气氛中退火，氢渗入与氧作用生成水蒸气，这会氢渗入与氧作用生成水蒸气，这会造成很高的内压力，引起造成很高的内压力，引起微裂纹微裂纹，在加工或服役中发生破裂。故对无在加工或服役中发生破裂。故对无氧铜要求氧铜要求w(O)0.003。l三、三、 工业纯铜的分类及应用工业纯铜的分类及应用l按氧的含量和生产方式不同可以分成按氧的含量和生产方式不同可以分成a.纯铜，纯铜，b.无氧铜，无

8、氧铜，c.脱氧铜三类。脱氧铜三类。 l1、工业纯铜分为四种：、工业纯铜分为四种：T1、T2、T3、T4。编号。编号越大，纯度越低。越大，纯度越低。T1和和T2的氧含量较低，用于的氧含量较低，用于导电合金导电合金；T3和和T4含氧较高，含氧较高，w(O)0.1，一，一般用做铜材般用做铜材。纯铜还用于印刷电路、集成电路。纯铜还用于印刷电路、集成电路。l2、工业纯铜的氧含量、工业纯铜的氧含量w(O) 0.01的称为无氧的称为无氧铜铜，以，以TU1和和TU2表示，用做电真空器件。表示，用做电真空器件。l3、TUP为磷脱氧铜，用做焊接铜材，为磷脱氧铜，用做焊接铜材，制作热交制作热交换器、排水管、冷凝管等

9、换器、排水管、冷凝管等。TUMn为锰脱氧铜，为锰脱氧铜，用于电真空器件。用于电真空器件。l铜合金按色泽分铜合金按色泽分黄铜、青铜和白铜黄铜、青铜和白铜三大类。三大类。 l一、黄铜一、黄铜(Cu-Zn) l1、普通黄铜、普通黄铜 铜锌二元合金。铜锌二元合金。相是锌溶于相是锌溶于铜中的固溶体，铜中的固溶体，具有面心立方晶格，塑性具有面心立方晶格，塑性好，可以进行冷、热加工，并有优良的锻好，可以进行冷、热加工，并有优良的锻造、焊接和镀锡能力。造、焊接和镀锡能力。相是以电子化合物相是以电子化合物CuZn为基的无序固溶体，为基的无序固溶体，具有体心立方晶具有体心立方晶格，塑性好，可进行热加工。工业黄铜的

10、格，塑性好，可进行热加工。工业黄铜的实际锌含量多不超过实际锌含量多不超过47，其退火组织可，其退火组织可以是单相以是单相或双相或双相+，并分别称为，并分别称为黄铜黄铜（或单相黄铜）和（或单相黄铜）和双相黄铜双相黄铜。 l黄铜还有优良的铸造性能。黄铜的耐蚀黄铜还有优良的铸造性能。黄铜的耐蚀性比较好，与纯铜接近。性比较好，与纯铜接近。l常用常用单相黄铜单相黄铜的牌号有的牌号有H80、H70、H68等。等。“H”为为“黄铜黄铜”，数字表示平均铜数字表示平均铜质量分数质量分数。由于塑性很好，这类黄铜适。由于塑性很好，这类黄铜适于制作冷轧板材、冷拉线材、管材及形于制作冷轧板材、冷拉线材、管材及形状复杂的

11、深冲零件。状复杂的深冲零件。l双相黄铜双相黄铜的牌号有的牌号有H62、H59等，因可进等，因可进行热变形，通常热轧成棒材、板材。这行热变形，通常热轧成棒材、板材。这类黄铜也可铸造。类黄铜也可铸造。l2 2、复杂黄铜、复杂黄铜l为了获得更高的强度、抗蚀性和良为了获得更高的强度、抗蚀性和良好的铸造性能，在铜锌合金中加入好的铸造性能，在铜锌合金中加入铝、铁、硅、锰、镍铝、铁、硅、锰、镍等元素，形成等元素，形成各种复杂黄铜：铅黄铜、锡黄铜、各种复杂黄铜：铅黄铜、锡黄铜、铝黄铜、硅黄铜、锰黄铜、铁黄铜铝黄铜、硅黄铜、锰黄铜、铁黄铜及镍黄铜等。及镍黄铜等。l复杂黄铜复杂黄铜分压力加工黄铜分压力加工黄铜和和

12、铸造黄铸造黄铜铜两类。两类。l二、青铜二、青铜l含含锡、铝、硅、铅、铍、锰锡、铝、硅、铅、铍、锰等的铜等的铜基合金外观多为基合金外观多为棕绿色棕绿色，工业上统，工业上统称为青铜。称为青铜。l青铜的编号方法是：青铜的编号方法是：Q十主加元素符十主加元素符号十主加元素质量分数十其他元素号十主加元素质量分数十其他元素质量分数。质量分数。“ Q”为为“青铜青铜”。例如，。例如， QSn4-3表示含表示含w（Sn）=4、w（Zn）=3、其余为、其余为Cu的锡青铜的锡青铜。铸造青铜是在编号前加铸造青铜是在编号前加“Z”字。字。l1 1、锡青铜、锡青铜(Cu-Sn)(Cu-Sn)l在一般铸造状态下，在一般铸

13、造状态下，锡质量分数低于锡质量分数低于6 6的锡青铜能获得的锡青铜能获得 单相组织，具有面心立单相组织，具有面心立方晶格，塑性良好，容易冷、热变形。方晶格，塑性良好，容易冷、热变形。l锡青铜的铸造收缩率很小，可铸造形状复锡青铜的铸造收缩率很小，可铸造形状复杂的零件。锡青铜在大气、海水、淡水以杂的零件。锡青铜在大气、海水、淡水以及蒸气中的抗蚀性比纯铜和黄铜好。及蒸气中的抗蚀性比纯铜和黄铜好。l锡青铜在造船、化工、机械、仪表等工业锡青铜在造船、化工、机械、仪表等工业中广泛应用，中广泛应用，主要制造轴承、轴套等耐磨主要制造轴承、轴套等耐磨零件和弹簧等弹性元件，以及抗蚀、抗磁零件和弹簧等弹性元件，以及

14、抗蚀、抗磁零件等零件等。l轴承合金是制造滑动轴承中的轴瓦及内轴承合金是制造滑动轴承中的轴瓦及内衬的材料。轴承支撑着轴，当轴旋转时，衬的材料。轴承支撑着轴，当轴旋转时，轴瓦和轴发生强烈的摩擦，并承受轴颈轴瓦和轴发生强烈的摩擦，并承受轴颈传给的周期性载荷。传给的周期性载荷。l轴瓦材料不能选用高硬度的金属，以免轴瓦材料不能选用高硬度的金属，以免使轴颈受到磨损；也不能选用软的金属，使轴颈受到磨损；也不能选用软的金属，防止承载能力过低。因此轴承合金应既防止承载能力过低。因此轴承合金应既软又硬，组织的特点是：软又硬，组织的特点是：在软基体上分在软基体上分布硬质点布硬质点，或者，或者在硬基体上分布软质点在硬

15、基体上分布软质点。lZQSn10-1的成分为的成分为w(Sn)=10、w(Pb)=1，其余为，其余为Cu。显微组织为。显微组织为Cu3Pb。固溶体为软基体，固溶体为软基体，相、相、Cu3Pb为硬质点。为硬质点。运转时软基体受磨损而凹陷，硬质点将凸运转时软基体受磨损而凹陷，硬质点将凸出于基体上，使轮和轴瓦的接触面积减小，出于基体上，使轮和轴瓦的接触面积减小，而凹坑能储存润滑油，降低轴和轴瓦之间而凹坑能储存润滑油，降低轴和轴瓦之间的摩擦系数，减少轴和轴承的磨损。的摩擦系数，减少轴和轴承的磨损。软基软基体还能承受冲击和震动体还能承受冲击和震动。 l该合金具有高的强度，适于制造高速度、该合金具有高的强

16、度，适于制造高速度、高载荷的柴油机轴承。高载荷的柴油机轴承。l2、铝青铜、铝青铜(Cu-Al)l铝青铜的机械性能比黄铜和锡青铜高铝青铜的机械性能比黄铜和锡青铜高。在铸造状态下，开始时随铝质量分数的在铸造状态下，开始时随铝质量分数的增加强度和塑性都增大，在增加强度和塑性都增大，在10左右时左右时强度最高，多在铸态或经热加工后使用。强度最高，多在铸态或经热加工后使用。铝质量分数铝质量分数57的铝青铜塑性最好，的铝青铜塑性最好，适于冷加工。大于适于冷加工。大于78后，塑性急后，塑性急剧降低。因此剧降低。因此实际应用的铝青铜的铝质实际应用的铝青铜的铝质量分数一般在量分数一般在512之间。之间。l铝青铜

17、的结晶温度范围很小，流动性好，铝青铜的结晶温度范围很小，流动性好，缩孔集中，缩孔集中，易获得致密的铸件易获得致密的铸件，并且不，并且不形成枝晶偏析。形成枝晶偏析。l铝青铜的铝青铜的耐蚀性优良耐蚀性优良，在大气、海水、，在大气、海水、碳酸及大多数有机酸中的耐蚀性，均比碳酸及大多数有机酸中的耐蚀性，均比黄铜和锡青铜高。铝青铜的耐磨性亦比黄铜和锡青铜高。铝青铜的耐磨性亦比黄铜和锡青铜好。黄铜和锡青铜好。l铝青铜铝青铜可制造大型蜗轮、海船用螺旋桨可制造大型蜗轮、海船用螺旋桨等在复杂条件下工作的高强度抗磨零件等在复杂条件下工作的高强度抗磨零件。l3、铍青铜、铍青铜(Cu-Bi)l铍溶于铜中形成铍溶于铜中

18、形成固溶体。铍在铜中的溶固溶体。铍在铜中的溶解度随温度变化很大，在解度随温度变化很大，在866时最大溶时最大溶解度为解度为2.7，而在室温下仅为，而在室温下仅为0.2。因。因此此铍青铜能发生时效硬化铍青铜能发生时效硬化。铍青铜（。铍青铜（1.725）在淬火状态下塑性好，可进）在淬火状态下塑性好，可进行冷变形和切削加工，制成零件经人工行冷变形和切削加工，制成零件经人工时效处理后，获得很高的强度和硬度：时效处理后，获得很高的强度和硬度：b达达1200MPa1500MPa，硬度达，硬度达350HB400HB，超过其他铜合金，超过其他铜合金。l铍青铜的弹性极限、疲劳极限都很高，铍青铜的弹性极限、疲劳极

19、限都很高，耐磨性和抗蚀性也很优异。它有良好的耐磨性和抗蚀性也很优异。它有良好的导电性和导热性，并有无磁性、耐寒、导电性和导热性，并有无磁性、耐寒、受冲击时不产生火花等一系列优点，但受冲击时不产生火花等一系列优点，但价格较贵。价格较贵。l铍青铜主要铍青铜主要用于制作精密仪器的重要弹用于制作精密仪器的重要弹簧和其他弹性元件，钟表齿轮簧和其他弹性元件，钟表齿轮，高速高，高速高压下工作的轴承及衬套等耐磨零件，以压下工作的轴承及衬套等耐磨零件，以及电焊机电极、防爆工具、航海罗盘等及电焊机电极、防爆工具、航海罗盘等重要机件。重要机件。l4、硅青铜、硅青铜(Cu-Si)l以硅为主要合金元素的铜合金称硅青铜。

20、以硅为主要合金元素的铜合金称硅青铜。硅青铜的机械性能比锡青铜好，且价格稍硅青铜的机械性能比锡青铜好，且价格稍低低。它有很好的铸造性能和冷、热压力加。它有很好的铸造性能和冷、热压力加工性能。硅在铜中的最大溶解度为工性能。硅在铜中的最大溶解度为4.6，室温时降为室温时降为3。硅青铜中加入镍，因形。硅青铜中加入镍，因形成金属间化合物成金属间化合物Ni2Si，可进行淬火时效处可进行淬火时效处理理，获得较高的强度和硬度。，获得较高的强度和硬度。l含镍硅青铜的导电性、抗蚀性、耐热性都含镍硅青铜的导电性、抗蚀性、耐热性都很高，很高，广泛应用于航空工业。硅青铜可制广泛应用于航空工业。硅青铜可制作弹簧、齿轮、蜗

21、杆等耐蚀、耐磨零件作弹簧、齿轮、蜗杆等耐蚀、耐磨零件。l三、白铜三、白铜(Cu-Ni)l普通白铜仅含铜和镍，其编号为普通白铜仅含铜和镍，其编号为B十镍的十镍的平均质量分数平均质量分数。“B”为为“白铜白铜”。例如，。例如，B19表示表示W(Ni)=19的普通白铜。的普通白铜。l普通白铜中加入锌、锰、铁等元素后分普通白铜中加入锌、锰、铁等元素后分别叫做别叫做锌白铜、锰白铜、铁白铜锌白铜、锰白铜、铁白铜。编号。编号方法为：方法为：B+其他元素符号其他元素符号+镍的平均质镍的平均质量分数量分数+其他元素平均质量分数。例如，其他元素平均质量分数。例如，BZn1520表示含表示含w(Ni)=15、w(Z

22、n)=20的锌白铜。的锌白铜。l在固态下，在固态下，铜与镍无限固溶铜与镍无限固溶，因此工业，因此工业白铜的组织为单相白铜的组织为单相固溶体。它有较好的固溶体。它有较好的强度和优良的塑性，能进行冷、热变形。强度和优良的塑性，能进行冷、热变形。冷变形能提高强度和硬度。它的冷变形能提高强度和硬度。它的抗蚀性抗蚀性很好，电阻率较高很好，电阻率较高。l主要用于制造船舶仪器零件、化工机械主要用于制造船舶仪器零件、化工机械零件及医疗器械等。锰含量高的零件及医疗器械等。锰含量高的锰白铜锰白铜可制作热电偶丝可制作热电偶丝。l1 1、铜及铜合金的特性有哪些？、铜及铜合金的特性有哪些？l2 2、工业纯铜有哪些分类和用途？、工业纯铜有哪些分类和用途？l3 3、铜合金有哪些分类及特点？、铜合金有哪些分类及特点？