第十四章 铸造铜合金

主要化学成分, % 组 别 代 号 Cu 其它 Pb 2.4~3.0 HPb 63-3 62.0~65.0
机械性能(变形) b MPa 600 % 5 HB － － 148
Pb黄铜
Sn黄铜
HPb 60-1 HSn 90-1 HSn 62-1 HAl 77-2 HSi 65-1.5-3
HMn 58-2 HFe 59-1-1
二、常用特殊铝青铜 1、ZCuAl10Fe3铝青铜 Fe作用：异质晶核细化，阻滞三相共析β --α +γ2 +k，扩大α相区。 性能应用：中等载荷、低速。便宜 2、 ZCuAl9Mn3铝青铜 Mn作用： 提高β相稳定性，细化晶粒消除缓冷 脆性，溶入α相强化合金。 性能应用： 中等载，荷耐磨，化工高压阀门。
第三节 铸造铅青铜
一、成分组织
不溶 混合 二、性能应用 力学性能差，耐磨性好，摩 擦系数低 轴承衬瓦，300℃以下

第四节 其他青铜

一、铍青铜 1、组织α +γ2 CuBe有序固溶体 2、性能 强度高，弹性极限高 耐磨性好 撞击不产生火花 工艺性差 3、应用 二、铜锰高阻尼合金 强如钢、声如木
第二节 铜合金的氧化及脱氧
反应生成水蒸汽，在凝固过程中水蒸 汽的压力随着晶间压力的增大而增加。一 方面导致凝固时铸件上涨，组织疏松，气 孔大量产生；另一方面导致晶粒间大量显 微裂纹产生，晶粒间结合力大大降低，从 而使纯铜变得很脆。由于Cu2O存在并与 氢反应而引起纯铜严重脆化的现象，又称 为“氢脆”。
3、 ZCuAl8Mn13Fe3Ni2铝青铜





Ni溶入α相提高耐蚀性，耐海水腐蚀，强 度高（锰高β +Cu3Mn2Al）。 性能应用：机械性能高，耐蚀，应用大型 舰船等。抗海生物附着能力差 4、 ZCuAl9Fe4Ni4Mn2铝青铜 镍高锰低，耐蚀性提高,力学性能不低。 性能应用：同上，抗海生物附着能力强。
反应后生成氧化亚铜（Cu2O），氧化 亚铜具有二个特点：
第二节 铜合金的氧化及脱氧
（一）氧化亚铜能溶解于铜液中
氧化亚铜在铜液表面生成后，能不断溶解于铜液中。
随着温度的下降，氧化亚铜和α相在1066℃时形成α
＋Cu2O共晶体，共晶体（α＋Cu2O）分布在α晶粒边
界处。
第二节 铜合金的氧化及脱氧
概述
纯铜：面心立方晶格，原子量 63.54，密度8.9，熔点1083℃ 电阻率0.01673 欧姆 mm2/m ，线性膨胀数17.6×10-6/℃， 导热率0-100℃ 399W/mk。软态 280MPA，延伸率≥40%
纯铜
工业纯铜的牌号及应用 纯铜含铜 99.90-99.99%，加工铜国家标准有9个牌号：3个 纯铜牌号、3个无氧铜牌号、2个磷脱氧铜牌号、1个银铜牌号； 高纯铜纯度可达 99.99%—99.9999% ，又称为4N、5N、6N铜。 工业纯铜的牌号用字母T加上序号表示，如T1，T2，T3等， 数字增加表示纯度降低。 无氧铜用 “T”和“U”加上序号表示，如TUl、TU2。 用磷和锰脱氧的无氧铜，在TU后面加脱氧剂化学元素符号 表示，如TUP、TUMn。
锌白铜：锌白铜亦称“镍银”或“德国银”。锌能大量溶于Cu-Ni 合金中，形成单相α固溶体。锌起固溶强化作用，提高强度及抗 大气腐蚀能力。 BZnl5-20耐蚀性高，银白色光泽和力学性能好，能承受热冷 压力加工；用于精密仪器、电工器材、医疗器材、卫生工程用零 件及艺术制品。 铝白铜：铝能显著提高白铜的强度和耐蚀性，但使合金的冷加工 性能变差。高的机械性能和耐蚀性，抗寒，有很好的弹性并能承 受冷热加工。铝白铜的机械性能和导热性比B30还好，耐蚀性接近 B30，焊接性好，可代替B30。
铁白铜：普通白铜中加入少量铁，称为铁白铜。铁能显著细化晶 粒，提高强度和耐蚀性，尤其是提高海水冲击腐蚀时的耐蚀性。 10％Ni的铜合金中加入l～2％Fe，对提高耐流动海水的冲刷 腐蚀有显著效果。 30％Ni的合金中加入0.5％Fe，有相同作用。白铜中Fe的加入 量不超过2％，否则，反而引起腐蚀开裂。

二、 Cu-Sn二元合金的性能及工艺特点 1、性能 2、工艺特点 收缩性小， 反偏析，冒锡汗 热裂 3、应用 形状复杂的铸件、艺术铸件等 加合金元素 P、Zn、Pb等 提高力学性能，铸造性能，耐磨性，切削加工性
三、常用特殊锡青铜
1、ZCuSn10P1锡青铜 磷作用：生成Cu3P提高硬度，脱氧，提高流动性。 产生氢，要求干型 耐磨性好，用于耐磨零件，重载、高速。 2、 ZCuSn10Zn2锡青铜 锌的作用：减轻缩孔缩松，提高致密性，提高铸造性能， 固溶强化。 耐磨性好，用于耐磨零件，中载，耐蚀 3、 ZCuSn5Pb5Zn5锡青铜 铅的作用：独立存在，软质点润滑耐磨，填充缩孔缩松，提高且削 加工性。 耐磨性好，用于耐磨零件 ，中等载荷转速轴承等。
59.0~61.0 88.0~91.0 61.0~63.0 76.0~79.0 63.5~66.5
57.0~60.0 57.0~60.0
Pb 0.6~1.0 Sn 0.25~0.75 Sn 0.7~1.1 Al 1.8~2.6 Si 1.0~2.0
Pb 2.5~3.5 Mn 1.0~1.2 Fe 0.6~1.2
普通白铜：即Cu-Ni二元合金。铜与镍形成无限固溶体，为单相 固溶体。 普通白铜在各种腐蚀介质中有极高的化学稳定性，广泛应 用于海船、医疗器械、化工等。普通白铜的冷热加工性能好， 可生产各种尺寸的板、带、管、棒等半成品。 冷凝管及热交换器原用黄铜及锡黄铜制造，易脱锌腐蚀， 用铝黄铜腐蚀大为减轻，但高效机械及电站要求能在高温高压 下工作的冷凝管及热交换器，此时需用更高强度及更高耐蚀性 的Cu-Ni系合金。舰艇用冷凝管含Ni多为10～30％。
铜是人类最早使用的金属。早在史前时代,人们就开始采 掘露天铜矿,并用获取的铜制造武器、工具和其他器皿，铜 的使用对早期人类文明的进步影响深远。 铜存在于地壳和海洋中。铜在地壳中的含量约为0.01％， 在个别铜矿床中，铜的含量可以达到3－5％。 自然界中的铜，多数以化合物即铜矿物存在。铜矿物与 其他矿物聚合成铜矿石，开采出来的铜矿石，经过选矿而成 为含铜品位较高的铜精矿。 铜矿石分为三类： （1）硫化矿，如黄铜矿(CuFeS2)、斑铜矿(Cu5FeS4)和辉铜 矿(Cu2S)等。 （2）氧化矿，如赤铜矿(Cu2O)、孔雀石[CuCO3Cu(OH)2]、蓝 铜矿[2CuCO3Cu(OH)2]、硅孔雀石(CuSiO32H2O)等。 （3）自然铜。铜矿石中铜的含量1％左右（0.5％～3％）便 有开采价值，因为采用浮选法可以把矿石中一部分脉石等杂 质除去，而得到含铜量较高（8％～35％）的精矿砂。
第二节 铜合金的氧化及脱氧
析出的Cu2O对纯铜及锡青铜、铅青铜 等具有很大的危害性，它比其它氧化物 （如Al2O3、SiO2、SnO2等）对机械性能 的破坏作用更大。如果合金中含有氢，则 Cu2O的危害性就更大，这是因为Cu2O与 氢在凝固阶段同时大量析出，并在晶界处 迅速产生化学反应：
Cu2O H 2 2Cu H 2O(汽)
化学成分, %
代号 Cu H96 95~97 Zn 余量 加工 状态 退火
机械性能
b MPa 250 % 35 HB －
H80
H68 H59
79~81
67~70 57~60
余量
余量 余量
wenku.baidu.com退火
退火 退火 变形
270
300 300 420
50
40 25 5
－
－ － 103
二、特殊黄铜 1、硅黄铜ZCuZn16Si4 硅提高铸造性能，耐蚀性能，固溶强化。 应用：金属型或压铸，泵壳、叶轮、阀体等 2、铝黄铜ZCuZn26Al4Fe3Mn3 铝、锰溶入β、α 相，铁形成k相，提高性能， 铝提高耐蚀性能。 应用：船、舰推进器。 3、锰黄铜ZCuZn40Mn3 Fe1 锰溶入β、α 相提高性能，提高抗腐蚀性
对铜合金液的质量要求：
（1）必须严格控制合金的化学成分。
（2）铜合金液要求纯净。 （3）严格控制熔炼温度和浇注温度，熔炼时
间应尽量缩短。
（4）防止合金的偏析。
第二节 铜合金的氧化及脱氧
铜在熔炼的高温下，很容易被空气中 的氧氧化，在铜液表面进行下列的氧化反 应：
4Cu O2 2Cu2O
电工白铜：应用最广泛的电工白铜是康铜、锰铜和考铜 锰铜：BMn3-12锰白铜又称锰铜。具有高的电阻和低的电阻温度系 数，电阻值很稳定，与铜接触时的热电势不大。 用来制作工作温度在100℃以下的标准电阻、电桥、电位差计 以及其它精密电气测量仪器仪表中的电阻元件。 康铜：BMn40-1.5锰白铜又称康铜。热电动势高、电阻温度系数低 和稳定的电阻；耐腐蚀、耐热；有高的力学性能并能很好地和承 受压力加工。康 铜与Cu、Fe、Ag配对时有高的热电势，康铜与铜线接触的热 电势为39×10-6V／℃，而锰铜只有1.6×10-6V／℃，铜与康铜配 用于-100℃～+300℃温区测温；也用来制作滑动变阻器，工作温 度在500℃以下的加热器。 考铜：BMn43-0.5锰白铜又称考铜。电阻系数高，与铜、镍铬、铁 配对时产生的热电势大，同时温度系数很小(实际上等于零)。 广泛用在测温计中做补偿导线和热电偶的负极。考铜和镍铬 合金配对组成的热电偶，测温范围可由-253℃(液氢)到室温，灵 敏度极高。

第二节 铸造铝青铜





一、Cu-Al二元合金的成分组织 1、组织 α、βCu3Al （快冷）α +γ2 Cu32Al 19（平衡） 2、性能 力学性能，耐磨，耐蚀 收缩大组织致密，流动性好 3、缓冷脆性 缓冷： β 分解成γ2网状分布 工艺措施：快冷 加合金元素： 稳定β、扩大α区 Fe，Mn Ni
610 520 700 650 600
700 700
4 5 4 12 8
10 10
－ 170 160
175 160
Al黄铜
Si黄铜
Mn黄铜
Fe黄铜
Ni黄铜
HNi 65-5
64.0~67.0
Ni 5.0~6.5
700
4
－
H70黄铜的铸态组织及变形后退火组织
第六节：铜合金的优化设计

自己看
第一节 概述
阻尼：是指任何振动系统在振动中，由于外界作用/或系统本
身固有的原因引起振动幅度逐渐下降的特性，以及此一特性 的量化表征称为阻尼。
4.3.3 白铜 耐蚀性、耐热性、耐寒性好，中等强度，高塑性，能冷、 热压加工，还有很好的电学性能，用作结构材料外、高电阻和 热电偶合金。按用途分为结构自铜和电工白铜。 结构白铜：具有很好的耐蚀性，优良的机械性能和压力加工性 能，焊接性好，用于造船、电力、化工及石油等部门中制造冷 凝管、蒸发器、热交换器和各种高强耐蚀件等。
本章主要内容
1、铸造锡青铜 2、铸造铝青铜 3、铸造铅青铜 4、其他青铜 5、铸造黄铜 6、铜合金成分优化设计
第一节 铸造锡青铜
一、Cu-Sn二元合金的成分、组织
存在相： α、 βCu5Sn、γCuSn、δCu31Sn8 室温组织：平衡态 α+（α+ε） 铸态 α+（α+δ） 存在晶内偏析，组织疏松，塑性差，但有利于耐磨
第五节 铸造黄铜

一、Cu-Zn二元黄铜 1、成分组织 2、力学性能 3、铸造性 结晶温度范围小，流动性好，收缩大 4、提高铸造黄铜性能的途径 合金化：加入铝、锰、硅、铅、镍等。固溶强化提高力学性能， 铸 造性能，切削加工性。 细化晶粒：加入铁微量硼、钒、钛、锆等。 提高纯度：严格控制杂质。 5、锌当量 硅、铝、锰等缩小α相区，镍、钴扩大α相区。 各种元素锌当量系数见表14-4 据锌当量确定组织 α 39% α+ β
（二）氧化亚铜具有很高的分解压力
第二节 铜合金的氧化及脱氧
Cu2O的分解压力很高，能很快地将
铜合金液中的合金元素氧化，而本身被还
原，如：
3Cu2O 2 Al Al2O3 6Cu 2Cu2O Si SiO2 4Cu