《【2017年整理】金属材料及热处理07有色金属材料篇(2)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《【2017年整理】金属材料及热处理07有色金属材料篇(2)（22页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1.1 铜及铜合金的主要特点与分类1.2 紫铜1.3 铜的合金化1.4 黄铜1.5 青铜1.6 白铜1.7 铜的热处理特点,第二节 铜及铜合金,1.1 铜及铜合金的主要特点与分类,铜及铜合金是最重要的有色金属材料之一，产量在有色金属的中居第二位。,1、特点（1）纯铜有优良的导电、导热性，良好的抗蚀性，适当的强度和塑性（FCC结构）。 主要用于电力、电工以及各种仪器仪表材料。（2）铜合金具有优异力学性能，如高的强度、弹性、抗蚀性、耐磨性等，以及其它特殊性能，如形状记忆等。 主要用于制造船舶、汽车、机器的机械结构、仪表、功能元件。2、分类铜及铜合金经不同合金化则呈现出不同的光泽和颜色，根据其颜色的
2、不同，它们可分为四类：紫铜纯铜+少量杂质黄铜Zn+其它合金化元素青铜Sn、Al、或Be+其它合金化元素白铜Ni+其它合金化元素,1、紫铜性质（1）导电、导热性好（2）化学稳定性好 表面产生氧化铜膜，有水分时，生成铜绿，均有一定的保护作用；（3）力学性能适当 比Al高，比Fe低。铸态 b=170Mpa， =17%；加工退火软态 b=200-240Mpa， =50%；加工硬化态 b=400-500Mpa， =6%。2、牌号与用途（1）纯铜（Tx，x，纯度）： T1、T2、T3（99.95%、99.90%、99.70%）（2）无氧铜（TUx，x，纯度） ：TU1、TU2（99.97%、99.95%）
3、（3）磷脱氧铜（TPx，x，纯度）： TP1、TP2（99.90%、99.85%） 紫铜主要用于电线、电缆、电气开关等 电器仪表等的垫圈、油管、冷凝管等有关零部件 配合金 TUx具有更高的导电性、导热性、可焊性，可用于电子管的封结，用于电真空器件等,1.2 紫铜,3、主要杂质及其影响杂质分三类：（1）在铜中溶解度较大，有害影响较小的合金元素 Al、Fe、Ni、Sn、Cd、Zn、Au、Ag、As、P、Sb等， 变化不大，、HB升高，导电导热性下降；（2）几乎不溶于Cu，并形成易熔（低熔点）共晶组织的杂质元素 Pb、 Bi等，Pb导致热脆，Bi则引起热、冷脆； （十万分之几的Bi使热加工困难，万分
4、之几就明显易裂，Pb也一样）,（产生原因：Cu通常在900热加工，Cu+Bi共晶点为270 ，Cu+ Pb的为327，且易沿晶界呈网状分布，在超过共晶点温度加工，过烧，而引起热脆。另外，Bi脆，冷加工时也会引起冷脆。 解决办法：i、降低Bi、Pb含量；ii、加RE、Zr、Ca等可生成高熔点化合物（BiCe、PbCe、BixZry、CaPb、BiCa等）的合金元素，晶内分布，降低脆性；iii、加Ti、B、Zr、Fe等，细晶，减少杂质在晶界处的相对含量。）,（3）与铜生成脆性化合物的杂质元素 S、O等，分别形成Cu2S、Cu2O，以及Cu+Cu2S、 Cu+Cu2O的共晶物（熔点高，不会引起热脆）
5、，分布在晶界处，易引起冷脆。 另外，O还降低Cu的耐蚀性和焊接性，甚至会引起“氢氧病”。 （氢氧病O与H结合成H2O，Cu2O+HCu+H2O，引起晶界处产生气泡，而导致脆裂。因此，在还原性气氛中不可用。）,可见，O对Cu是极其有害的杂质元素，根据氧含量和生产方法，紫铜可以分为如下三类：（1）纯铜（氧含量0.02-0.06%）（2）脱氧铜（氧含量小于0.01%）（3）无氧铜（氧含量小于0.003%）无氧铜可以用于高温还原气氛中,1.3 铜的合金化与分类,像纯铝一样，铜通常需要加入合金元素合金化，使强度提高。,1、提高铜合金强度的强化机制主要包括：加工硬化、细晶强化、固溶强化（主要的）、弥散强化
6、,2、常见合金化元素,i、Sb、 Ga、In、Pd、Pt等因稀少而少用ii、最常见的合金化元素有Zn、Sn、Al、Ni等；iii、其它也常以添加元素加入。iv、有时也以微量元素形式加入Sn、Si、Al、Fe、Ni、Mn、As等，以提高耐蚀性；v、加Pb，提高切削性能,1.4 黄铜 Cu-Zn合金,可分两类：普通黄铜和特殊黄铜1、普通黄铜（1）牌号 H+xx（xx铜含量100） 例如H68， 意味着“含Cu约68%、含Zn约32% 的普通黄铜” 若为铸造黄铜，则ZH+xx（xx铜含量100） 例如ZH68， 意味着“含Cu约68%、含Zn约32% 的铸造普通黄铜” （铜合金的铸造、变形可能是同一
7、种合金成分，因为包晶系，与Al合金不同）,（2）合金相如CuZn相图所示。Cu基固溶体（FCC），黄铜基体相CuZn基固溶体，电子浓度3/2，bcc；Cu5Zn8基固溶体，电子浓度21/13，复杂bcc，（焊料）；另外，还有、（电子浓度7/4，密排六方 ）,黄铜中Zn含量小于50%，Cu 合金中主要相为、。 -Cu基固溶体为黄铜基体相。工业黄铜退火多为 、 + 、组织。-黄铜和纯铜一样，常有孪晶存在（层错能低）（3）工业黄铜的性质与应用一般处于H96H59 （如相图所示）H96H65： 黄铜；H63H59： + 黄铜在RT下， -Cu的塑性高于-CuZn的塑性，强度低于-CuZn的强度，而在H
8、T下，正好相反。因此， + 黄铜热塑性好，而 黄铜冷塑性好。在相区内，Zn，、。与紫铜相比， 黄铜的强度、塑性均优，工艺性好，抗蚀性好（有ZnO膜），且价格低。因此，用途广，可作各种零件、日用品、管道、散热器、工艺品、炮弹等。 例如：H96、H90、H80 导热、耐蚀而且光泽好，用作冷凝管、散热器、美术工艺品； H80、H70（三七黄铜）强度高、塑性好，适于冷冲深拉，用作枪弹壳、炮弹筒（又称弹壳黄铜）；H62+ 黄铜，适于热加工，具有高强高塑的优点，常用做板、管等，又称商业黄铜。,（4）有关腐蚀性的两个问题总体上讲，黄铜的抗蚀性好，但有两个需要引起重视的问题：A、应力腐蚀问题（又称季裂，季节性
9、裂纹、一种自动破裂现象）现象：Zn含量高于20%的黄铜，在有内应力作用的情况下，尤其是在拉应力作用下，在潮湿的环境中，特别是在含氨、铵盐的大气或汞盐溶液中，发生的腐蚀破裂现象。有季节性，含Zn量越高，越严重。原因：Zn的选择性溶解。防止：i、低温（260-300 ）退火去应力；ii、镀层（镀锡或Zn）；iii、加入一定量的Sn、Si、Al、Mn、Ni等可以显著地降低应力腐蚀倾向。B、 脱锌腐蚀现象：黄铜在腐蚀介质中，锌优先溶解（Zn电极电位远低于Cu的），而造成工件表面残留一层薄薄的多孔纯铜薄膜。含Zn量越高，越严重。原因：Zn的选择性溶解。防止：加入少量的As（0.02-0.06%）、Al、
10、Sn、Ni、Si、Sb、Be等。,2、特殊黄铜加Sn、Si、Al、Fe、Ni、As、Mn、Pb等，形成特殊黄铜。改善力学性能 Si、Fe、Ni、Mn；提高耐蚀性能 Sn、Si、Al、Fe、Ni、As；改善切削性能 Pb。（1）牌号 H+第三组元元素符号+xx（xx铜含量100）-y(y第三组元含量）- z(z第四组元含量) 例如：HSn70-1（海军黄铜）， 意味着“含Cu约70%、含Zn约29% 、含Sn约1% 的特殊黄铜”HAl77-2（另加0.03-0.06%As，防脱锌），意味着“含Cu约77%、含Zn约21% 、含Al约2% 的特殊黄铜”HFe59-1-1（Mn）， 意味着“含Cu约
11、59%、含Zn约39% 、含Fe约1% 的特殊黄铜”HNi65-5、HSi80-3、 HMn58-2、 HMn57-3-1（Al）、 HMn55-3-1（Fe）、HPb59-1 若为铸造黄铜，则ZH+第三组元元素符号+xx（xx铜含量100）-y(y第三组元含量）-z(z第四组元含量) 例如ZHSn70-1 ，意味着“含Cu约70%、含Zn约29% 、含Sn约1% 的铸造特殊黄铜”,（2）锌当量从Cu-Zn 相图来看，加入第三其它元素，会造成/+界面向左或向右移动，即相当于增加或减少Zn的含量。锌当量系数加入1%第三组元相当于要加入多少Zn，才对组织造成相同的影响。 如，Si的Zn当量系数为1
12、0，即表明加入1%Si就相当于加入10%Zn（即缩小了相区），假如原本Zn量要加入达37%才能获得+黄铜，而加入1%Si后，则Zn只需加入27%，即可得到+黄铜。,锌当量X（相当于加入Zn的总量）计算X=Zn+(Ci i)/Cn+Zn+(Ci i) 100%例如：HAl66-6-3-2（Fe、Mn）X= (23+（6 6+3 0.9+2 0.5）)/(66+23+（6 6+3 0.9+2 0.5）) 100%=48.6% 对比Cu-Zn相图，Cu-48.6%Zn已处于 相区，即HAl66-6-3-2为黄铜,1.5 青铜 Cu-X（X=Zn、Ni之外的元素）合金,1、牌号 Q+第二组元元素符号+
13、x（x第二组元含量）-y(y第三组元含量）- z(z第四组元含量) 例如QSn4-3， 意味着“含Sn约4%、含其它元素（Zn)约3% 的青铜” 若为铸造青铜，则ZQ+第二组元元素符号+x（x第二组元含量）-y(y第三组元含量）- z(z第四组元含量) 例如QHSn4-3，意味着“含Sn约4%、含其它元素（Zn)约3% 的铸造青铜” 青铜品种多， Cu-X，X=Zn、Ni之外的元素，有， 锡青铜QSnxx 铝青铜QAlxx 铍青铜QBexx 硅青铜QSixx 锰青铜QMnxx 钛青铜QTixx 铬青铜QCrxx 镉青铜QCdxx 锆青铜QZrxx 等等,2、锡青铜（1）牌号 QSn4-3（2）
14、合金相 如CuSn相图所示。 Cu基固溶体（FCC），青铜的基体相，存在退火孪晶； Cu5Sn基固溶体，电子浓度3/2，bcc； Cu3Sn基固溶体，电子浓度7/4，fcc；Cu31Sn8基固溶体，电子浓度21/13，复杂立方；Cu3Zn基固溶体，电子浓度7/4，密排六方 ；,值得注意的是， +（反应慢）一般不出现，故，i、一般合金RT组织通常为+（+）共晶组织；ii、 Sn扩散慢，结晶范围宽，偏析严重；iii、铸锭中易于出现分散缩孔和反偏析（锡汗）现象。,（3）性能 不出现相时，Sn，强度和塑性都，出现相时，Sn，而 。但是大量相也会引起（由于相硬而脆，这是一个很好的耐磨材料）； 具有良好的抗蚀性能，由于生成了Cu2O或2CuCO3Cu(OH)薄膜，故可作船舶零件，这也是青铜器可以长久保持的原因； 铸造工艺性能不好（相对而言的），但因分散缩孔多，体积缩小，可铸造尺寸准确、花纹清晰的工艺品热轧难，挤压易，通常需要均匀化退火。（4）工业锡青铜二元合金少，通常加P、Pb（古代青铜常加Pb）、Zn等变形加PQSn6.5-0.1（弹簧材料）加ZnQSn4-3（弹簧、耐磨材料）同时加P、ZnQSn4-4-4、 QSn4-4-2.5（耐磨件、轴承等）铸造作为结构件，加ZnZQSn10-2作为耐磨件，加P、PbZQSn10-1 (P) 、 ZQSn8-12 (Pb),
