铜的相组成及各相的特性

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1、黄铜的相组成及各相的特性 Cu-Zn 二元系相图中的相有 、 、 、。 普通黄铜 37.5 32.5 36.8 相：以铜为基的固溶体。 晶格常数随锌含量增加而 增大，锌在铜中的溶解度与一般合金相反，随温度降低而增加，在 456时固溶 度达最大值 (39Zn)； 之后， 锌在铜中的溶解度随温度的降低而减少。 含锌 25 左右合金， 存在 Cu3Zn 化合物的两种有序化转变： 450左右， 无序固溶体 l 有序固溶体；217左右， l 有序固溶体 2 有序固溶体。 相塑性良好， 可进行冷热加工，并具有良好焊接性能。 相：以电子化合物 CuZn 为基的体心 立方晶格固溶体。 冷却时： 468456，

2、 无序相 成有序相 ?。 ?塑性低， 硬而脆，冷加工困难，所以含有 ?相的合金不适宜冷加工。但加热到有序化温 度以上，? 后，又具有良好塑性。 相高温塑性好，可进行热加工。 相： 以电子化合物 Cu 5 Zn 8 为基的复杂立方晶格固溶体。硬而脆，难以压力加工， 无法应用。工业用黄铜的锌含量均小于 46，避免出现 相。 H70 黄铜的铸态 组织及变形后退火组织按退火组织，工业用黄铜分为 黄铜和 + 两相黄铜。 WZn 36的 黄铜：H96H65 为单相 黄铜， 黄铜的铸态组织中存在树枝 状偏析，枝轴部分含铜较高，不易腐蚀；呈亮色，枝间部分含锌较多，易腐蚀， 故呈暗色。变形及再结晶退火后，得到等

3、轴的 晶粒，而且出现很多退火孪晶， 这是铜合金形变后退火组织的特点。 H62 双相黄铜 退火 白 + 黑 + 黄 铜：3646Zn，如 H62 至 H59。凝固时发生包晶反应形成 相，凝固后的合 金为单相 组织；冷至 + 两相区时，自 相中析出 相，残留的 相冷至有 序转变温度时(456)， 无序相转变为 ?有序相，室温下合金为 +?两相 组织。 铸态 +?黄铜， 相呈亮色(因含锌少， 腐蚀浅), ?相呈黑色(因含锌多， 腐蚀深)。经变形和再结晶退火后， 相具有挛晶特征。普通黄铜性能变化与锌含 量的关系物理性能：普通黄铜密度随 WZn 增加而下降，而线膨胀系数随 WZn 增 加而上升。电导率、

4、热导率在 区随 WZn 增加而下降；WZn39，合金中出现 ，电导率又上升，WZn 为 50时达峰值。力学性能：WZn 30时，随 WZn 增 加，Rm 和 A 同时增大，对固溶强化的合金来说，这种情况是极少有的，WZn 在 3032%时，A 达最大值。之后，随 ?相的出现、增多，塑性急剧下降；Rm 则 一直增加，并当 WZn 45时，Rm 值达最大。WZn 45， 相全部消失，组 织为硬脆的 ?相， 导致 Rm 急剧下降。 变形和退火后的性能： 相随 WZn 增加， 其强度、塑性均增加；当 WZn 为 30时，塑性最好，适于深冲压和冷拉，大量 用于制造炮弹壳，H70 黄铜又称为“炮弹黄铜”。

5、 相强度更高，但室温下呈有序 状态，塑性很低。 相在室温下则更硬而脆。 黄铜在 200600温度范围内均 存在中温低塑性区。这是微量杂质(铅、锑、铋等)所致，这些杂质与铜生成低熔 点共晶并凝聚在晶界上，形成低熔点共晶薄膜，从而造成热加工过程的“热脆”。黄铜的塑性会随温度升高而重新显著增加，因这些杂质在高温时的溶解度明显增 加。脆性区温度范围与锌含量有关。加入微量混合稀土或锂、钙、锆、铈等可与 杂质形成高熔点化合物的元素，均有效减轻或消除杂质的有害影响，从而消除热 脆性。如铈与铅、铋形成 Pb 2 Ce 及 Bi 2 Ce 等高熔点化合物。 黄铜的热加工 应在高于脆性区的温度下进行；+ 黄铜室温

6、塑性较低，只能热变形、要加热到 相区热轧，但温度不能太高，因 相长大得快，以保留少量 相为宜，利用残 留 相限制 晶粒长大。所以，热变形温度通常选择在(+) 相变温度附近。 黄铜在大气、淡水或蒸汽中耐蚀性好，腐蚀速度约为 0.0025 0.025mm/a；在 海水中的腐蚀速度为 0.00750.1mma。脱锌和应力腐蚀破坏(季裂)是黄铜最 常见的两种腐蚀形式。脱锌：出现在含锌较高的 黄铜、特别是 + 黄铜中。锌 电极电位远低于铜， 在中性盐水溶液中锌首先被溶解， 铜呈多孔薄膜残留在表面， 并与表面下的黄铜组成微电池，使黄铜成为阳极而被加速腐蚀。加入 0.02 0.06As 可防止脱锌。应力腐蚀

7、：即“季裂”或“自裂”，指黄铜产品存放期间产生 自动破裂的现象。它是产品内残余应力与腐蚀介质氨、SO 2 及潮湿空气的联合 作用产生的。黄铜含 Zn 量越高，越易自裂。为避免黄铜自裂，所有黄铜冷加工 制品或半制品，均需进行低温(260300)退火来消除制品在冷加工时产生的残 留内应力。此外，在黄铜中加入 0.020.06As 或 1.01.5Si 也能明显降低 其自裂倾向。普通黄铜中杂质： 铅、铋、锑、磷、砷和铁等。铅：在 单相黄 铜中是有害杂质，由于它熔点低，几乎不溶于黄铜 中，所以它主要分布在晶界 上。铅含量大于 0.03时，黄铜在热加工时出现热脆；但对冷加工性能无明显影 响。在 + 两相

8、黄铜中，铅的允许含量可比 黄铜高一些，因为两相黄铜在加热 和冷却过程中，会发生固态相变，使铅大部分转入晶内，减轻有害影响。少量铅 可提高两相黄铜的切屑性能，使加工件表面获得高的光洁度。铋：呈连续脆性薄 膜分布在黄铜晶界上，既产生热脆性，又产生冷脆性，对黄铜的危害性远比铅为 大，在 及 + 黄铜中要求 0.002Bi。减轻 Pb 和 Bi 有害影响的有效途径 是加入能与这些杂质形成弥散的高熔点金属化合物的元素，如 Zr 可分别与 Pb、 Bi 形成高熔点稳定化合物 ZrxPby(2000)和 ZrxBiy。(熔点 2200)。锑：随温 度下降，锑在 黄铜中溶解度急剧减小；在锑含量小于 0.1时，

9、就会析出脆性 化合物 Cu2Sb，呈网状分布在晶界上，严重损害黄铜的冷加工性能。锑还促使黄 铜产生热脆性，因锑在固态铜中的共晶温度为 645，所以，锑是 黄铜中的有 害杂质。加入微量锂可与锑形成高熔点的 Li 3 Sb(熔点 1145)，从而减轻锑对 黄铜塑性的有害影响。砷：室温时砷在黄铜中的溶解度0.1，过量的砷则产生 脆性化合物 Cu3As，分布在晶界上，降低黄铜塑性。黄铜中加入 0.020.05 As，可防止黄铜脱锌。砷使黄铜制品表面形成坚固的保护膜，提高黄铜对海水的耐蚀性。普通黄铜性能变化规律其导电、导热性随 Zn 含量的增加而下降，而机 械性能(抗拉强度、硬度)则随 Zn 含量的增加

10、而上升；二元黄铜在工业上的应用， 主要根据其性能来选择。 H96、H90 和 H85：良好的电导率、热导率和耐蚀性， 有足够的强度和良好的冷、热加工性能，被大量采用来制作冷凝管、散热管、散 热片、冷却设备及导电零件等。 H70、H68：高的塑性和较高的强度，冷成型性 能特别好，适于用冷冲压或深拉法制造各种形状复杂的零件。 H62：+ 黄铜， 高的强度，在热态下塑性良好；冷态下塑性也比较好，切削加工性好，耐蚀，易 焊接，以板材，棒材、管材、线材等供工业大量使用，应用广，有“商业黄铜”之 称。 H59：强度高；含锌量高，能承受热态压力加工，有一般的耐蚀性，多以 棒材和型材应用于机械制造业。代号化学

11、成分, % 机械性能 Cu Zn 加工状态 Rm MPa A % HB H96 9597 余量 退火 250 35 H80 7981 余量 退火 270 50 H68 6770 余量 退火 300 40 H59 5760 余量退火变形 300 420 25 5 103 铜锌合金中加入少量锡、铝、锰、铁、硅、镍、铅等元素，构 成多元合金， 即为复杂黄铜。 加入的合金元素使铜锌系中的 (+)相界向左移 动(缩小 区) 或向右移动(扩大 区)。即：“复杂黄铜组织=增加或减少锌含量的 简单黄铜组织”。 铜锌合金中加入1硅后的组织， 即相当于铜锌合金中增加10 锌的组织， 即称硅的“锌当量系数”为 10

12、。 硅的锌当量系数为正值， 急剧缩小 区。 若在铜锌合金中加入 1镍，则合金的组织相当于合金中减少 1.5锌的合金组 织，故镍的“锌当量系数”为-1.5，镍的锌当量系数是负值，使 区扩大。铜锌合 金加入其它元素后产生的相区变化，可根据“虚拟锌含量”来推算。如： HAl66-6-3-2(66Cu-6Al-3Fe2Mn，余为锌)的 “虚拟锌含量”为 48.6，48.6 Zn 的合金具有单相 组织。 复杂黄铜：复杂黄铜中的 相及 相是多元复杂固溶体，其强化效果较大，而普 通黄铜中的 及 相是简单的 Cu-Zn 固溶体，其强化效果较低。锌当量相同， 多元固溶体与简单二元固溶体的性质不同。 铅的作用及铅

13、黄铜：铅提高黄铜 的切削性能，使零件获得高的光洁度，同时提高合金的耐磨性。单相 铅黄铜可 冷轧或热挤，而(+)两相铅黄铜只能热轧、热挤。为了改善热脆性，HPb59-1 中加入 0.005稀土，可细化晶粒，使 Pb 分布均匀，或加入 0.1Al，可显著改 善热脆性，提高热轧温度上限，使铅黄铜可在 720750进行热轧。铅黄铜有 极好的切削性能，耐磨、高强、耐蚀、导电性好，它以棒材，扁材、带材等广泛 供应汽车、拖拉机、钟表、电器等工业，用以制作各种螺丝、螺母、电器插座、 钟表零件等。复杂黄铜的性能 锡的作用及锡黄铜：锡抑制黄铜脱锌，提高黄 铜耐蚀性。锡黄铜在淡水及海水中均耐蚀，故称“海军黄铜”。加

14、入 0.020.05 As 可进一步提高耐蚀性。锡还能提高合金的强度和硬度，常用锡黄铜含 1Sn，含锡量过多会降低塑性。锡黄铜热、冷压力加工性能好。但 HSn70-1 在热压力 加工时易裂，需要严格控制杂质含量(如 Pb0.03)，铜取上限(71)，锡取下 限(1.0l.2)， 这样， 在 700720热轧或 670720热挤， 可获得良好效果。 锡黄铜主要用于海轮、热电厂制作高强，耐蚀冷凝管、热交换器，船舶零件等。 铝的作用及铝黄铜 黄铜中加入少量铝能在合金表面形成坚固的氧化膜，提高 合金对气体、溶液、高速海水的耐蚀性；铝的锌当量系数高，形成 相的趋势大， 强化效果高，能显著提高合金的强度和

15、硬度。铝含量增高时，将出现 相，剧烈 降低塑性，使晶粒粗化。为了使合金能进行冷变形，铝含量应低于 4。含 2 Al、20Zn 的铝黄铜，其热塑性最高。加入 0.05 As 及 0.01Be 或 0.4Sb 及 0.01Be 可进一步提高铝黄铜的抗脱锌腐蚀能力。HAl77-2 用量最大，主要 是制成高强、耐蚀的管材，广泛用做海船和发电站的冷凝器等。铝黄铜的颜色随 成分而变化，通过调整成分，可获得金黄色的铝黄铜，作为金粉涂料的代用品。 锰的作用及锰黄铜：锰起固溶强化作用，少量的锰可提高黄铜的强度、硬度。 锰黄铜能较好地承受热、冷压力加工。锰能显著升高黄铜在海水、氯化物和过热 蒸汽中的耐蚀性。锰黄铜、特别是同时加有铝、锡或铁的锰黄铜广泛用于造船及 军工等部门。Cu-Zn-Mn 系合金的颜色与含锰量有关，随 Mn 量的增加，其颜色 逐靳由红变黄，由黄变白，含 63.5Cu，24.5Zn，12Mn 的黄铜，具有良 好的机械性能、 工艺性能和耐蚀性， 已部分地代含镍白铜应用于工业上。 组 别 代 号主要化学成分, % 机械性能(变形) Cu 其它 Rm MPa A % HB Pb 黄铜 HPb 63-3 HPb 60-1 62.065.0 59.06