铜及铜合金

2、铝青铜 良好力学性能、耐蚀性和耐磨性，应用广。 铜铝二元合金在共晶温度1036℃，铝在铜 基固溶体中的溶解度为 7. 4％；在 565℃时，铝 的最大溶解度 9.4％。铝在α固溶体有固溶强化作 用。铝青铜有高的强度和塑性。β相为Cu3Al电子 化合物为基的固溶体，具有体心立方 点阵，在 565℃发生共析分解，β→α＋γ2，若从β相淬火， 可发生马氏体转变。 γ1、 γ2是以Cu9A14电子 化合物为基的固溶体，γ2相硬而且脆，能提高合 金的耐磨性。 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 有机酸中，耐蚀性优于黄铜和锡青铜。 二元铝青铜有 QA15、QA17和 QAll0。
组织： 与锡含量及状态有关。实际是如虚线。 ω(Sn) ＜6%时树枝状α固溶体； ω(Sn) ＞6%时α和（α+δ）共析体； 700~800℃退火后， ω(Sn) =7~14% 共析组织消失。由于δ相在降温时析出 缓慢室温下仍为单相α固溶体。



特点： 铸造优点:铸件收缩率小，适于铸造形状复杂， 壁厚变化大的工件。--合金液固相线结晶间隔大， 液体 流动性差，锡原子扩散慢．结晶时树枝晶 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。 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。 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 白色斑点的“锡汗”，它主要由δ相所组成。


单相的α黄铜具有极好的塑性，可冷 热变形，200~700 ℃间存在低塑性 区 --- Cu9Zn和Cu3Zn有序固溶体原 子有序化；微量低熔点的铋、锑、铅 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。


α+β两相黄铜在加热到高于500℃时，低温 有序的β’→无序的β，β相极软，体心立方， 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α。 黄铜的腐蚀：脱锌和应力腐蚀 脱锌—中性盐水溶液中锌的选择性溶解，可 加入0.02~0.06%防止。 应力腐蚀—冷变形后，放置时发生季裂，加 入Si 1.0~1.5%和As 0.02~0.06%可减小； 退火去应力。
２、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 晶物－－热脆。 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。 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－微裂纹－加 工或使用时破裂。
３、应用 含氧量ω(o) ＜0.01%--无氧铜，TU1 和TU2—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。TUMn 锰脱氧铜－电真空器件。 T1~T4为纯铜，有一定的氧。 T1、T２含氧低－导电合金； T３、T4 含氧较高－铜材。

应用 低锌黄铜H96、H90、H85良好的导电性、 导热性和耐蚀性，--冷凝管和散热器。 三七黄铜H70、H68强度高、塑性好，--散 热器外壳、导管、波纹管、枪弹炮弹壳体。 四六黄铜H62、H59为α+β黄铜，可高温热 加工；H62制销钉、螺帽、零件。
2、多元黄铜—加入Sn、Al、Si、Pb、 Mn、Fe、Ni等，改变了组织，使α/ （α+β）相界发生移动。 铝黄铜 表面形成致密的氧化膜，提高合金耐腐 蚀性；固溶强化；例如HAl77-2作管材， 用于海轮和发电站的冷凝管。HAl850.5色泽金黄，装饰材料。



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 宽-100℃~+100℃，相变滞后小，制棒状、 管状、线状—安全阀、控温装置、断路器等。 锡黄铜 Sn1%，提高海水中的耐蚀性、抑制脱锌，提 高强度，HSn70-1---海军黄铜。 铅黄铜 小于0.03%，金属夹杂物分布在黄铜枝晶间， 热脆。在α+β黄铜中，危害减轻，提高切削性。


1、结构白铜 铜镍二元铜合金为普通白铜，单相固溶体，常 用的牌号有 B10＼B20、B30。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 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 部门。B20也是常用的镍币材料，可制造高面额的 硬币。 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 的耐蚀性。铁最高的加入量不超过 1·5％（质量分 数）。在 B10中加入 w（Fe）=0.75％的铁，可 得到与 B30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。
Байду номын сангаас

Cu-Zn固溶体中有有序固溶体Cu3Zn。 450℃由无序→ α1有序固溶体， 217℃由α1 → α2有序固溶体。 导电性：下降 P, Si, Fe, Co, Pe, Al, Mn, As作用大，而Ag, Cr, Mg 作用小。 导热性：导热旅有较大的降低。
２、铜合金中的强化相 Cu-Be合金 ---电子化合物γ2-CuBe强化相



4、其他青铜 1）硅青铜 含硅小于4%，弹性好、耐蚀性、耐 磨性好、工艺性能好。 2）耐热、高导电合金 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。


第五节、白铜 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 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， 因而可形成无限固溶体。其硬度、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。
第三节、黄铜 铜锌合金＋其它元素。史前龙山文化。 包晶转变α固溶体有两 个有序固溶体，Cu9Zn 和Cu3Zn， Cu3Zn 有 两个变体α１和α２性能 好。 β为电子化合物CuZn为 基，体心立方，低温的 β相塑性差，只能热加 工。 γ为电子化合物Cu5Zn8 硬而脆，不用




１、二元黄铜的组织和性能 ω(Zn) ＜36%为α黄铜，铸态组织为 单相树枝晶，形变及再结晶后为等轴 晶，具有退火孪晶。 ω(Zn) ＜36~46%为α+β黄铜。 铸态黄铜的强度和塑性随锌的含量的 增加而升高。30%Zn时δ最大， 45%Zn时强度最大。继续增加Zn组 织为β’相脆性增加，强度下降。 变形和退火后成分均匀和晶粒细化， 强度塑性改善。
第二节、工业纯铜 紫铜：两类－－含氧铜、无氧铜 １、工业纯铜的性能 导电性、导热性仅次于Ag。 冷变形80％后导电率下降不到3%---导线。 杂质P、Si、Fe、Ti、Be、Al、Mn等对导电 性、导热性影响较大；硫化物、氧化物、硅酸 盐、Pb、铋等夹杂物影响较小。 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 腐蚀。 无磁性－－不受磁场干扰的磁学仪器。
3、铜合金的退火硬化 在铜基α固溶体中，W(Zn)＞ 10%黄铜、 W(Al)＞4%铝青铜、 W(Ni)＞30%白铜，经固溶退火后， 硬度明显提高，弹性极限升高。原因 目前尚无定论。 不均匀固溶体或形变时效。
４、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， 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% 的合金缓冷到565℃，β→α+γ2共析转 变，生成片层状组织。 冷速大于5~6 ℃ /min时，发生马 氏体相变。
过饱和固溶体 脱溶析出γ’’ 片状的介稳相, 与基体{100}面 保持完全共格。 时效进行 γ’’→ γ’， γ’与基体半共 格，性能最好。
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Cr和Zr共同加入生成Cr2Zr金属间化合物， 沉淀强化，提高铜合金的强度和耐热性， 且有高的导电率。 Ni与Si在铜合金中形成Ni2Si金属间化合 物,Ni与Si的重量比为3：1 。 Ni2Si在铜基 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。 Ni和Al在铜合金中形成NiAl或NiAl2，在 450~600 ℃时效有很强的沉淀强化效应。 Ti在铜中形成Cu3Ti—沉淀强化相。如图。

多元锡青铜
1)．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 量磷 （W（P）＜0．4％）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 种弹性元件。如精密仪器中的齿轮等耐磨件和抗磁元 件，耐磨的轴承合金。 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 628℃的α＋δ＋Cu３P三元 共晶，难以热塑性变形。故一般用于热变形的锡磷青 铜中的 P不超过 0. 4％。 2)．锡锌青铜 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。 锌能大量溶于 a固溶体，改善合金的力学性能，w （ Zn）二 2％～ 4％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.
马氏体类型与铝含量 有关，β相为无序的体心 立方点阵， β1 为有序相， β’为无序马氏体，层错亚 结构，六方点阵。 β→β1（＜T0）→β1’和γ1’
（ ＜ Ms）
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β1’为有序马氏体，层错， 正交点阵; γ1’为有序马氏体，孪晶， 正交点阵。
在Cu-Al-Ni合金中得到γ1’是热弹性马氏 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。 晶体中不形成“不可拟”的晶体缺陷。 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。 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 不利变体收缩来实现。当受到变形的马氏 体重新加热到At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 记忆效应。



3、铍青铜 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 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 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。 铍青钢一般 w（ Be ）= 1. 5％～ 2. 5％。铍青 铜最高的力学性能是在 γ”向 γ’转变时获得的，此时 γ”介稳相充分析出和长大，由于γ”与α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 著。热处理时，在760～790t进行固溶处理，快速 淬火并在310～330℃时效，其强度σb可达到 1250～1500MPa，σe为700～780MPa。 加Ni和Ti可进一步提高性能。