铜合金的分类、特点及应用

铜合金的分类、特点及应用

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杨轶全

铜合金是以纯铜为基体加入一种或几种其他元素所构成的合金。铜能与锌、锡、铅、锰、钴、镍、铝、铁、硅等金属形成合金，形成的合金主要分成三类：黄铜是铜锌合金，青铜是铜锡合金，白铜是铜钴镍合金。

黄铜以锌作主要添加元素的铜合金,铜锌二元合金称普通黄铜或称简单黄铜。三元以上的黄铜称特殊黄铜或称复杂黄铜。黄铜的机械性能和耐磨性能都很好，可用于制造精密仪器、船舶的零件、枪炮的弹壳等。黄铜敲起来声音好听，因此锣、钹、铃、号等乐器都是用黄铜制做的。铜与锌、锡的合金，抗海水侵蚀，可用来制作船的零件、平衡器。

一、黄铜

1、黄铜的成分与组织：

黄铜是Cu-Zn合金，包括 a：简单黄铜（普通黄铜） Zn<5%

b：复杂黄铜（特殊黄铜） Cu-Zn+其它合金元素工业黄铜（Zn<5%），室温组织是α相、β相。

α相：Zn溶入Cu形成的有限固溶体（具有面心立方晶格），塑性好，具有优良的成型加工性。

β相：以电子化合物CuZn为基的固溶体，电子浓度3/2（β相），具有体心立方晶格，高温下的β相中的Zn、Cu原子分布没有规律，处于无序状态，具有良好的塑性，可进行热加工变形。缓冷至456~468℃时，β相发生有序化转变→β’，塑性显著降低，含有β’的黄铜不适于冷加工变形。加热到有序温度以上β’→β，塑性恢复。

工业黄铜按组织分 a：单项黄铜α，Cu=100~62.4%

b：两相黄铜α+β，Cu=56~62.4%

2、Zn含量对黄铜性能的影响：

Zn含量对黄铜的物理、机械与工艺性能有很大影响。

①随着Zn含量增加，黄铜的导电性、导热性降低。

②随着Zn含量增加，当组织为单α相时，黄铜的强度、塑性都增大；Zn含

量30~32%，塑性δ达到最大；继续增加Zn含量，由于β’出现，塑性下降，

而强度σ

b 继续提高，至45～46%Zn；合金进入单相β’区，σ

b

急剧降低。

③随着Zn含量增加，黄铜“自裂”倾向增大。“自裂”：Zn>20%的黄铜，经冷变形后，在潮湿的大气或海水中，尤其有氨存在时，会发生自动破裂（应力腐

蚀破裂）。

防止自裂的措施：a、低温去应力退火 260～300℃，1～2小时

b、往黄铜中加入Sn、Si、Al、Ni等元素

c、表面镀Sn或Zn

④黄铜的铸造性能良好，Zn<10%或Zn>38%时，由于结晶温度间隙较小，流动性好。

ZHAl 67-2.5 ：表示含Al 2.5%，Cu67%的铸造黄铜。

HSn 70-1：表示含Sn 1%、Cu70%的特殊黄铜（海洋黄铜，防脱锌）

二、青铜

青铜使人类历史上应用最早的一种合金，我国公元前2000多年的夏商时期就开始使用青铜铸造钟、鼎、武器、镜等。经对出土汉镜分析，成分如下：Cu

（65~70%），Sn（24~26%），Pb（1~9%），Zn（0~5%）。金相组织几乎完全是Cu

31Sn

8

（δ相），颜色呈青灰色—故称青铜。青铜最早是指Cu-Sn合金，后来把Cu-Al、Cu-Si、Cu-Be、Cu-Mn、Cu-Pb合金都称为青铜。为了区别，分别称为铝青铜、硅青铜、… …铅青铜等。

青铜一般具有较好的耐腐蚀性、耐磨性、铸造性和优良的机械性能。用于制造精密轴承、高压轴承、船舶上抗海水腐蚀的机械零件以及各种板材、管材、棒材等。青铜还有一个反常的特性——“热缩冷胀”，用来铸造塑像，冷却后膨胀，可以使眉目更清楚。铜与锡、磷的合金，坚硬，可制弹簧。

1、锡青铜：

a、组织

Cu-Sn合金相图非常复杂，由几个包晶转变和共析转变组成，转变产物有：α、β、γ、δ、ε等相。

α相：Sn在Cu中的置换固溶体，具有面心立方晶格，塑性良好，适于冷热变形加工。

β相：以电子化合物Cu

5

Sn为基的固溶体，电子浓度3/2，体心立方晶格。586℃以上稳定存在，塑性良好，适于热加工；586℃发生共析反应，形成α+β相，塑性急剧降低。

γ相：以电子化合物为基的固溶体，晶格结构尚未确定，只能在520℃以上

稳定存在，520℃发生共析反应，分解为α+δ相。

δ相：以电子化合物Cu

31Sn

8

为基的固溶体，电子浓度21/13，具有复杂立方

晶格，硬而脆。δ相很稳定，在350℃发生共析转变，形成α+ε相。但转变速度极其缓慢，一般很难进行。只有经70～80%的变形，数千小时退火，才能完成转变，故称δ相是青铜的基本室温组织。

ε相：以电子化合物Cu

3

Sn为基的固溶体，密排六方晶格，即硬而脆，在青铜中无使用价值。

b、Sn含量对青铜性能的影响

Sn含量较低时，Sn↑→σ

b

↑，塑性δ变化不大。

Sn>7%时，由于组织中出现δ相，塑性急剧降低。

Sn>20%时，不仅塑性降低，强度也急剧下降。

故工业上锡青铜Sn含量在3~14%范围。

压力加工锡青铜：6~7%Sn，铸造锡青铜：10~14%Sn

锡青铜的铸造性

Sn：3~14%范围内，青铜的结晶温度间隔很大，流动性差，易产生偏析，铸造性能差。但铸造收缩率很小，使有色合金中收缩率最小的合金，可用来生产形状复杂、气密性要求不高的铸件。

其它合金元素（磷、镁、铅等）

P—脱氧，0.02~0.035% 改善铸造性能，提高强度。（传说）

Zn—节约部分锡，缩小合金结晶温度间隔，改善铸造性能，提高铸件气密性。

Pb—提高耐磨性。

青铜的其它性能

良好的抗蚀性（除酸外），优于纯铜和黄铜；无磁性，冲击不产生火花，无冷脆现象，耐磨性高（δ相）。

2、铝青铜：

铝铜强度高﹐耐磨性和耐蚀性好﹐用於铸造高载荷的齿轮﹑轴套﹑船用螺旋桨等。

a、组织