金属材料学 第10章___铜合金

第10章 铜合金
铜及铜合金是人类历史上使用最早的金属 材料之一。由于铜具有优良的性能及美丽的 色泽而被广泛用于电缆、电器核电子设备的 导电材料、各种热交换器的传热材料、建筑 材料以及装饰品等。 随着科学技术的发展，使用范围不断扩大， 如大规模集成电路、超导电线、超导电磁体、 磁力悬浮铁路核聚变装置以及形状记忆合金 等方面都有应用。
γ是CuSn化合物为基的固溶体；
δ是电子化合物Cu31Sn8；
ε是电子化合物Cu3Sn。
锡青铜的显微组织与锡含量和合金状 态有关。
图 铜锡二元合金相图铜端
性 能
较高强度、硬度和耐磨性 。 Sn↑,强度↑，当Sn＞6%后， ↓↓伸 长率;Sn＞20%，出现大量δ相，合金变 脆，强度↓ 。因此，工业用Sn青铜的Sn 含量均在3~14%之间。 Sn ＜7~8%的合金，有高的塑性和强 度，适用于塑性加工； 含Sn＞10%的合金，因塑性低，只适 用于铸造用。
铸造黄铜:用 “Z”再加铜化学符号和主添元素化 学符号及含量表示。 如ZCuZn38：Cu为基体元素，Zn为主要合金元 素，38为锌的平均质量分数
一、普通黄铜
组 织
＜36%Zn 的合金为单相α黄铜，
36～46% Zn合金为α+β双相黄铜 ， 易热加工，为热加工黄铜。 随Zn,随Zn↑,强度和塑性↑,
δ达到最高值;
＞32% Zn时，由于出现脆性β′相， 塑性↓，强度↑ ,在45%Zn时达最大值
铜锌二元相图铜端
铸态黄铜性能与锌含量关系
黄铜有良好的铸造性能，即流动性高，偏析 倾向小，适用于铸造复杂和精致的铸造制品。 H96、H90等：有金色黄铜之称。导热性、 抗蚀性好。用于冷凝器、散热器和工艺品等
焊条等，故有海军黄铜之称。
铝黄铜
黄铜中加入少量铝（0.7~3.5%）可在表面形 成致密和牢固的Al2O3膜，↑耐蚀性。铝能细化 晶粒，↑硬度和强度。但＞2% Al时塑韧性↓。
含2%Al、20% Zn的铝黄铜具有最高热塑性，
所以HAl77-2合金得到广泛应用。 含铝特殊黄铜焊接比较困难，且有高的应力 腐蚀倾向，必须进行充分低温退火加以消除。
牌 号 表 示
“Q”加上第一个主加元素化学符号及 含量再加上其它合金元素含量。 如QSn4-3为含4%Sn，3% Zn锡青铜； 铸造青铜：“Z”表示铸造，“Cu”表示 铜基体。如ZcuPb30表示铸造铅青铜， 铅的平均质量分数为30%
1、铜锡二元合金
α是Sn固溶于Cu固溶体，FCC结构； β是β电子化合物Cu5Sn为基的固溶体； 组 织
上左: 编钟 上右: 永乐大钟 下左: 越王勾践青铜剑
10.1 黄铜
黄铜是以锌为主要元素的铜合金。
铜锌二元合金 →普通黄铜；铜锌 + Me→特殊黄铜
普通黄铜：H62表示含62%Cu、38% Zn
牌 号 表 示 方 法
特殊黄铜：用“H”加主添元素的化学符号再加铜 含量和添加元素的含量表示。 如HMn58-2表示58%Cu、2% Mn
小 结
铜合金中固溶强化的合金元素主要是锌、铝、锡、 锰、镍等。许多元素在固态铜中的溶解度随温度降低 而急剧减小，如铍、钛、锆、铬等，因而它们具有时 效强化效果。 过剩相强化在铜合金中的应用也较普遍。黄铜和青 铜中的Cu31Sn8等相均产生过剩相强化作用。 由于锌在铜中的固溶度随温度降低而增大，故黄铜 不能热处理强化。黄铜常用的热处理是去应力退火和 再结晶退火。此外，一般青铜也不能热处理强化，但 铍青铜经过固溶处理并时效后，强化效果十分显著。
镍黄铜
添加镍可扩大α相区，故双相黄铜添加适 当的镍可转变为单相黄铜。镍能↑强度、韧 性、耐蚀性及耐磨性。镍黄铜适合于冷、热 加工。镍黄铜具有小的应力腐蚀破裂倾向， 可用来制造海船工业的压力表及冷凝管等， 还可作锡磷青铜的代用品。
硅黄铜
硅黄铜 加入1.5~4.0%Si，能↑↑黄铜在海 水中的耐蚀性以及抗应力腐蚀能力，改善铸 造性和焊接性。HSi80-3硅黄铜显微组织为 α+β，主要用于舰船制造和其它工业中的耐 蚀零件和接触蒸汽的配件等。
2、铝青铜
特 点 铝 作 用 强度和耐蚀最好，应用广泛。是锡青铜 的重要代用品，但铸造性和焊接性较差。 ↑Al，强度和硬度↑，塑性↓。当Al ＞10~11%时，强度、塑性均↓。→由于 出现了硬脆γ2相所致。→≯12% Al 。 压力加工用铝青铜Al≯ 5~7%. 铝青铜应用较广泛。用于制造耐磨、耐 蚀和弹性零件，如齿轮、轴套、弹簧以及 船舶制造中的特殊设备等
应 用
3、铍青铜
铍青铜是加入1.5~2.5%Be的铜合金，除Be外，还加 入镍、钛、镁等合金元素。常用QBe2.5、 QBe1.7。
性 能 特 点 处 理 特 点
淬火状态塑性好，可冷加工成管、棒、带材等 各种型材。若经过固溶处理及冷变形后，不仅能 提高强度（σb可1200MPa），而且能↑↑ σp ， →特别适用于仪表弹簧 固溶处理和快冷是为了获得过饱和固溶体， →时效强化。铍青铜淬火时必须严格控制加热温 度。否则会产生过热和过烧。加热温度过低，富 铍相不能充分溶解，↓沉淀硬化能力
铅黄铜
HPb74-3是单相α铅黄铜，铅呈细小质点分
布在晶界；HPb59-1是双相（α+β）铅黄铜。 因为HPb59-1切削性特别好，称为易切黄铜， 有足够高的强度、耐磨性和耐蚀性。广泛用作 钟表机芯的基础部件和汽车、拖拉机等机械零
件如衬套、螺钉、电器插座等。
10.2 青铜
青铜最早是指铜锡合金 ，含铝、硅、铍、锰 和铅的铜基合金，也称青铜。 通常把铜锡合金称为锡青铜（普通青铜）， 其它称为无锡青铜（特殊青铜）
H70、H68：为三七黄铜。强度较高，塑性 好，用于冷冲压、深拉伸的形状复杂件。大量 用于弹壳，所以也称为弹壳黄铜。铝? H62：强度高，塑性也好，常、用于水管、 油管，也称为商业黄铜。
二、特殊黄铜
锡黄铜
锡黄铜在普通黄铜中+0.5~1.5%Sn，↑强 度和硬度及耐蚀性，改善切削加工性。
锡黄铜主要以管、棒、板材大量用于舰艇制 造工业，如冷凝管、船舶零件、船舰焊接件的