铜及铜合金的分类

铜及铜合金的分类

第二章铜及铜合金的分类铜是人类最早使用的金属，自然界有自然铜存在，与其他金属不同，铜在自然界中既以矿石的形式存在，也同时以纯金属的形式存在，其应用以纯铜为主，同时其合合金也在工业等多个领域中广泛应用，工业上常将铜和铜合金分为四类，分别是：纯铜、黄铜、青铜和白铜。1. 铜与铜合金的分类1.1 按生产应用的方式（可分为二大类）形变铜与铜合金、铸造铜与铜合金对于压力加工专业来说，主要是和形变铜与铜合金打交道，因此，重点学习形变铜与铜合金。1.2 铜与铜合金的名称：根据历史上形成的习惯，起的是某一种颜色的名称，它们是：紫铜——纯铜Cu 黄铜——Cu-Zn 合金青铜——锡青铜：Cu-Sn 合金铝青铜：Cu-Al 合金铍青铜：Cu-Be 合金钛青铜：Cu-Ti 合金白铜—— Cu-Ni 合金( 有的铜合金叫做青铜，但合金的颜色并不真就是青色的。) 2. 纯铜纯铜的新鲜表面是玫瑰红色的，当表面氧化形成氧化亚铜Cu2O 膜后就呈紫色，所以纯铜就常被称为紫铜。紫铜具有好的导电、导热、耐蚀和可焊等性能，并可冷、热压力加工成各种半成品，工业上广泛用于制作导电、导热和耐蚀等器材。 2.1纯铜的成份、组织与性能 2.2.1．其结构、组织：在金属学中学过，纯Cu的晶体[结构]是面心立方晶格（f、c、c），滑移系多，易塑性变形，塑性好。其组织由单一的铜晶粒组成。2.2.2．在成分方面：100%纯的金属是没有的，非100%纯。Cu 的最高纯度可达99.999%（三个9）工业纯Cu 的纯度约为99.90～99.96%杂质的存在相当于使纯铜的成份改变，这自然会引起一些性能的变化。虽纯Cu 有一些性能几乎不受杂质的影响但导电率、机械性能却受杂质或晶4 体缺陷的影响较大现在先综合看看工业纯Cu 的性能—— 2.2 工业纯铜的性能2.2.1 纯铜的性能优点：从纯铜的各种性能中我们可以总结出几条性能优点，从而可以明白为什么铜会以纯金属的形式得到这么广泛的应用。①优良的导电、导热性；∴Cu 广泛用于：导电器（如：电线、电缆、电器开关）导热器（如：冷凝管、散热管、热交换器）②良好的耐蚀性；Cu具有极好的耐蚀性，且反应后表面有保护膜（铜绿）在普通的温度下，铜不太会与干燥空气中的氧气O2反应，但Cu能与CO2、SO2、醋发生作用，生成铜绿――碱式碳酸铜、碱式硫酸铜CuSO4·3(OH)2 （深绿色）、碱式醋酸铜，这样铜的表面上就慢慢生成了一层保护膜。③有良好的塑性退火工业纯铜的拉伸延伸率δ

≈50%，纯Cu 易加工成材例：加工出来的细铜丝可细于头发丝（8 丝）达4～5 丝2.2.2 纯铜的机械性能与工艺性能我们通过结合纯铜的生产、加工过程来了解、认识(1) 纯Cu 的加工过程（几乎全部纯铜都是经过加工成材供应用户的，我们在工厂中可以观察到，其生产过程一般为：(2) 纯铜的机械性能——①铸态铜的性能很低；②经加工后，软态铜、硬态铜的性能，见上面数据；③铜经过强烈冷加工（形变率ε ≥80%）后，强度δ b将急剧升高，但塑 5 性强烈变坏，加工硬化很厉害，对纯铜来说，其机械性能是由其晶粒度和位借密度所决定的。(3) 纯铜的热加工工艺性能我们知道，热加工应选择在塑性高的温度范围

内进行，那么纯铜在什么温度时塑性高呢？——人们通过实验，得到了纯铜的机械性能与温度的关系曲线：由此可看出：①ζ b 随T↑而↓ ②在500—600℃，δ 、最小存在着“低塑性区” ——若在这个温度范围进行热加工，工件会产生热裂、热脆。∴（纯铜的热加工应选择在高于低塑性区的温度进行。）即：T 热加工＞700℃ 2.3 杂质及微量元素对铜的影响紫铜中杂质主要来自原料，同时与熔炼等工艺也有关。很多种杂质既使含量极少（甚至十万分之几）也有剧烈降低铜的导电、导热和压力加工等性能。为改善铜的性能，有时须添加某些其它微量元素，或容许某些脱氧剂元素在铜中保持一定的残留量。2.3.1 紫铜可按其所含杂质及微量元素的不同，分为三类：(1) 加工紫铜有T1、T2、T3、T4 等，特点是氧含量较高；(2)无氧铜及脱氧铜有TU1、TU2、TUP、TUMn 等，特点是氧含量极少，在脱氧铜中还残留少量脱氧剂元素；(3)特种铜有砷铜、银铜、锑铜等；特点是分别加入了不同的微量元素。2.3.2 杂质与微量元素对纯铜的影响杂质与微量元素的来源：杂质：工业纯铜中通常含有0.05-0.3%的杂质 6 微量元素：为了改善铜性能，人们有意加入某些微量元素。（例如，为了提高Cu 的高温塑性、细化晶粒加入Ce、Zr；Ti 等元素。为了提高铜的切削性、耐磨性加入微量的Pb等）。影响：对性能的影响具有两重性：有利、有害应根据具体的加工、使用条件加以控制和解决。下面，根据它们在铜中的溶解度及存在状态，分成三类来分析： 2.3.2.1 杂质及微量元素对铜的导电、导热性的影响所有杂质及微量元素均不同程度地降低铜的导电性和导热性。固溶于铜的元素（除银、镉以外）对于铜的导电性和导热性降低地多，而呈第二相析出的元素则对于铜的导电、导热性降低较少。7 金属的导电性可用导电系数（单位：米/欧姆·毫米2）表示，也可用1913 年制定的国标软铜（Cu+Ag≥99.90%,退火后，20℃时的电阻系数为0.017241 欧姆·毫米2 /米或1.7241 微欧姆·厘米，导电系数为58.0 米/欧姆·毫米2）导电率标准（IACS）作为100%加以比较和确定。现在铜的纯度大大提高，其导电率已增到102%IACS 以上。加工因素对铜的导电率也有一定的影响，很大的冷加工率可使铜的导电率下降约2%IACS。铜及铜合金的导热系数和导电率之间存在内在的联系，在某一温度下的导热系数可根据在该温度下的导电率(%)IACS 按估算，导电率g＞25～30%IACS 的导电、导热、低合金化铜带合金，其导系数还可用下式估算：式中：λ —试验测知的合金导电系数，米/欧姆·毫米2 X－含铜量，%(重) 2.3.2.2 杂质及微量元素对铜的软化温度和晶粒大小的影响铜的软化温度和晶粒大小，影响到铜的加工和使用性能。而杂质及微量元素对铜的软化温度和晶粒大小影响又很大。固溶和生成弥散析出相得杂质和微量元素，均提高铜的软化温度。在一定范围内随这些元素含量的增加，铜的软化温度的增高；但生成氧化物的杂质，大都对铜的软化温度没有明显影响。此外，铜的软化温度与很多工艺因素有关，例如，冷加工率大冷加工前的退火温度降低、冷却慢（此时固溶体的过饱和程度小），冷加工后的退火时间等，则铜的软化温度低。8 在含氧的导电用铜中，锑、镉、铁、磷、锡等可与氧化亚铜中的氧作用，生成它们自己的氧化物，降低了它

们在铜中的固溶度，从而减弱甚至完全消除了它们对铜的软化温度的影响。砷含量0.05%以下时，与铜中正常含量的氧无明显作用；硒、锑也与砷相似，因此，它们均提高导电用含氧铜的软化温度。镍虽与氧化亚铜作用生成氧化镍，但对铜的软化温度影响很小。在无氧铜中，杂质所提高的软化温度，通常比在含氧铜中要大；因为在无氧铜中，杂质不形成氧化物。银、磷、锑、镉、锡、铬等提高无氧铜的软化温度最多，砷、锡、锑等次之，硫、铁、镍、钴、锌等最少。铜的软化温度增加，不是单个元素影响的算术和，而只是比具有最大影响的元素所提高的软化温度略高一点而已。杂质对铜在退火时的晶粒长大有很大的影响。高纯铜的经理随退火温度的升高而迅速长大，并且晶粒尺寸也很不均匀。导电用铜则由于氧化亚铜存在，在通常的退火温度范围内，可有效地抑制晶粒长大。脱氧铜和无氧铜虽然与高纯铜有类似之处，但也由于有微量杂质析出物的存在，仍可有效控制晶粒长大，并获得均匀的晶粒尺寸。不管杂质含量如何，在生产中控制加工率、退火温度和时间，是控制再结晶晶粒长大的基本条件。2.3.2.3 杂质及微量元素对铜的加工性能的影响固溶的杂质及微量元素，实际不影响铜的冷、热加工性能。很少固溶或几乎不固溶于铜的杂质及微量元素，则视其所生过剩相得情况不同，对铜的压力加工性能将有着不同的影响。例如，氧、硫、硒、碲在铜中分别形成Cu2O、Cu2S、Cu2Se、Cu2Te 9 等脆性化合物，降低铜的塑性；铅、铋与铜生成易熔共晶，热轧时易裂；脆性的铋呈薄层分布在铜的晶界上，还使铜产生冷脆性。为提高铜的高温塑性，防止热脆性，可根据相图选择那些与有害物质形成难熔化合物（熔点高于铜的熔点或热轧温度）的元素加入铜内，其加入量可根据该难熔化合物的分子式和已知有害物质含量大体算出。锂、钙、铈或混合稀土金属、锆、铀等均可消除铅等杂质的有害作用。提高铜的高温塑性的另一种方法是细化铜锭晶粒，相对降低有害杂质在晶界上的浓度，铜中加入微量的钛、锆、铬、硼等元素，都能细化晶粒，抑制柱状晶的发展，并减小铜的高温脆性。铜的熔铸、压力加工和试验条件也将引起铜的成分或组织变化，对铜的高温塑性也有影响。铜在低温具有良好的塑性，但随温度的升高，往往出现一脆性区，热加工常需要在高于此脆性区的温度下进行。脆性区与质的性质、含量、分布、固溶度变化有关。如铅呈易熔共晶，中温变成液态消弱晶间联接，使铜热脆高温时，铅、铋又固溶于铜，使塑性又有升高。10 有些研究工作表明，铜在300~600℃呈脆性区是杂质引起的。含氧少的铜常含一定的氢，在上述温度范围内，试样在拉伸应力作用下，氢从固溶体中析出，并在铜的致密处（首先是在晶界上）聚集起来，处于高压气体状态，使铜开裂。随温度的升高，氢又部分或全部固溶于铜，又使铜的属性增高。实践证明：采用铜豆少（含氢也少）的电解铜，可提高铜锭和铜材的高温塑性，脱氧的铜锭在400～600℃有明显脆性区，而用0.03%硅加0.01%镁脱氧的，则没有脆性区。因为磷与氢相似，为表面活性元素，易吸附在铜的晶界上，引起高温脆性。半连铸造的紫铜锭，在横向热轧开坯时，裂的较多，而在纵向热轧开坯时，几乎不裂。说明铜锭的塑性，很明显与柱状晶的方向有关。经多次压力加工的铜材，其高温塑性比铜锭要好

得多，并且随着变形量的增加，脆性区向低温方向移动，同时，塑性下降的程度也减少，甚至变得完全看不出脆性区，这可能是因为：多次变形增加了晶粒数目和晶界总的面积，更重要的时破坏了铸造组织，压合了晶界的显微疏松等缺陷造成的。2.4 紫铜的热处理及热处理规范 2.5 紫铜的力学性能11 3. 黄铜黄铜包括铜-锌二元合金（称普通黄铜或简单黄铜）和铜锌中加有其他组元的多元合金（称特殊黄铜或复杂黄铜）。黄铜有良好的工艺性能、机械性能和耐腐蚀性，有的还有较高的导电性和导热性。是重金属加应用最广的金属材料之一。黄铜是工业上应用最广的一种铜合金，Zn 在Cu 中的最大固溶度可达39%（456℃）。名称的由来：Cu—Zn 合金随（锌含量）Zn%的增加，合金的颜色也在变化。当Zn 含量达到一定值（15%）后逐渐显现出美丽的金黄色。（Zn<20%时）或淡黄色（Zn=30—45%时）故称为黄铜。黄铜定义——以Zn 为主要加入元素的铜合金。（光说是Cu—Zn 合金不完全）黄铜可分为：Cu—Zn：二元黄铜（简单黄铜、普通黄铜）Cu—Zn + 1种或数种其它合金元素：多元黄铜（复杂黄铜、特殊黄铜）黄铜表示法：(加铝提高耐腐蚀性) 12 3.1 一、二元黄铜3.1.1 成份与组织要彻底了解Cu-Zn 合金的情况，就要先分析清楚Cu-Zn 二元相图，从相图中可以看出：Zn 大量固溶于Cu 中在不同的成份，温度变化中有五个包晶转变、一个共析转变、一个有序转变在固态下有六个相：α 、β 、γ、δ 、ε 、。载454-468°C有β （无序固溶体）有序固熔体)转变。各个相的结构特征见表1-2-1。13 性能：无序的β 相：塑性极高，适于热加工；有序的β ’相：比较硬脆，冷变形较困难。含有β ’的合金不适宜冷加工变形，适合采用热加工。在454°C 时，锌在α 中的极限含量39%，当温度升高或降低时，锌在α 中的极限含量均减少；载454°C 以下经长期退火、处于平衡或接近平衡时，锌在α 中的极限含量见表1-2-2。α -黄铜的晶格常数与含锌量的关系见图1-2-2。若将黄铜式样分别再200-430°C 温度范围内保持六个月以上，则发现约在250° C 或255°C 有β ’→α +γ 的共析分解（图1-2-3 实线），此外，采用X-射线、电阻、热容等测方法，发现在α 固溶体区内存在Cu3Zn 化合物的两种有序结构（低温α 1 及高温的α 2）（图1-2-3 虚线），但该两种有序结构的区别尚难以确定。有的文献指出，含25%Zn（原子）的黄铜在高于350°C、含30%Zn（原子）的黄铜在高于450°C 变为无序。在一般的生产条件下，仍可用图1-2-1 来分析简单黄铜的组织及组织所带来的性14 能变化。工业用黄铜的含锌量通常在50%（重量）以下。在生产条件下简单黄铜可按含锌范围及室温组织特征进行分类（见表1-2-3）。3.1.2 简单黄铜的性能黄铜的性能与锌含量及工艺因素有关，锌含量对简单黄铜在不同状态的性能影响分别见图1-2-6 3.1.2.1常温机械性能常温下①在α 相区：随Zn%↑、ζ b↑、δ ↑当Zn=30～32%、δ %达到最大值max（H70、H68）②在α +β ’相区：Zn%↑、δ ↓、而ζ b↑（继续增加）当Zn=46.5%、ζ b 达max. ③在β ’相区：Zn%↑、ζ b↑、δ ↑ 常温黄铜材料的选择（选材）：要ζ b↑高、选α +β ’黄铜；要δ 高、选α 黄铜如H70、H68 用于深冲件，称为“弹壳黄铜”。15 3.1.2.2 高温机械性能黄铜具有T↑、ζ b↓的一般规律。特殊性：但

由于黄铜分：α 黄铜和α +β ’黄铜，（组织不同，性能的变化也不同，在这里，涉及两件事要注意）a）加热时β ’相有一个有序转变：β β ’ 塑性低塑性极高、柔软b）黄铜中杂质的影响（与紫铜相类似）①α 黄铜与α +β ’黄铜高温性能比较：α 黄铜：加热时α 还是α α +β ’黄铜：热轧通常加热到β 相区的温度T 有α +β ’ >500℃β 塑性极高 3.3 简单黄铜中杂质的影响简单黄铜中常见的杂质有铁、铅、铋、锑、磷和砷等，他们的影响是: 铁: 在简单黄铜中,铁作为杂质存在,对机械性能没有显著的影响。铁在黄铜中的溶解度及小，它常以富铁相质点分布在基体中,具有细化晶粒的作用(见图1-2-29)。当黄铜中有硅存在时,铁与硅会形成高硬度(HV950)的硅化铁质点，使切削性能变环。有的工厂在H60中加入0.3%-0.6%铁,以提高板材深冲性能,用做深冲零件,但做抗磁用黄铜零件时，含铁量要求<0.03%。铅和铋: 铅和铋对黄铜的高温加工性能的影响见16 图

1-2-30。铅在简单黄铜中是有害杂质，它常成颗粒状分布在晶界上的易溶共晶中，但α 黄铜的含铅量>0.03%时，使黄铜在热加工时出现热脆性,但对冷加工性能无明显影响。( α +β ) 两相黄铜中,铅的容许含量可以提高一些,因为这种合金在加热和冷却过程中,回发生固态变相时可使铅大部分转入晶内，减轻其危害性。铋常呈连续的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大(约为铅地5-10 倍)，其允许含量比铅更小(见表1-2-5) 减轻铅和铋的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，使杂质质点均匀分布在晶粒内部。如锆可分为铅与铋形成高熔点稳定化合物ZrxPby(2000°C)和ZrxBiy(2200°C)，因此，黄铜中加入少量锆可以抵消铅铋的有害影响，显著改善热加工性能，实验指出：在含有0.14%铅的H70 中加入0.22%锆，可获得良好的效果，此时，锆与铅的当量比约为1.5。铀也有类似于锆的作用。含有铅铋等易熔杂质的黄铜，于冷加工后，如果迅速加热到再结晶温度以上进行退火，可能突然暴烈，这种现象称为“火裂”。黄铜的纯度愈高、晶粒愈细、铅的分布愈弥散，就愈不易出现“火裂”现象。避免“火裂”的有效方法是退火时缓慢加热。锑：随着温度的降低，锑在α 黄铜中的溶解度急剧减少（见图1-2-31），甚至锑含量小于0.1%时就会析出脆性化合物Cu2Sb,它呈现网状分布在晶界上，严重损害黄铜的冷加工性能。锑还促使黄铜产生热脆性，所以锑是黄铜中有害杂质。加入微量锂可以减少锑对黄铜塑性的有害影响，因锂与锑能形成高熔点（1145°C）的Li3Sb 质点，比较均匀的分布在晶粒内部，从而减轻了危害性。淬火液可以提高含锑黄铜的冷加工塑性。磷：很少固熔于铜-锌合金，在α 黄铜中超过0.05%-0.06%磷，就出现脆性相Cu3P，降低黄铜塑性。磷显著提高冷加工黄铜的再结晶温度，在退火时容易产生晶粒大小不均现象，但是少量的磷可以使黄铜晶粒细化，提高黄铜的机械性能。砷：室温时，砷在黄铜中的溶解度<0.1%，过量则产生脆性化合物Cu3As，分布在17 晶界上，降低黄铜塑性，在黄铜中加入0.02%-0.05%砷，可防止黄铜脱锌，提高黄铜的耐腐蚀性。杂质在简单黄铜中的允许含量见表1-2-5，不同牌号的简单黄铜，有不同的杂质允许含量，可参照YB-71。3.4 简单哈的成分、性能和用

途简单黄铜的成分、特性及用途见表1-2-6；18 简单黄铜的物理、机械性能及某些工艺实验见表1-2-7； 4. 青铜在我国，除铜-锌系(黄铜)、铜镍系(白铜)合金以外的铜合金统称为青铜。青铜范围比较广，主要包括锡青铜、锡磷青铜、铝青铜、铍青铜、铬青铜、锆青铜、铁青铜、镉青铜、镁青铜、钛青铜、硅青铜等，此外，还有镍硅青铜、钴青铜、银锆青铜等。国外将高铜合金单列一类，或并入紫铜系列，我国刚列入青铜。青铜有高的强度、硬度、耐热性和良好的导电性，它们广泛应有于汽车、机机械、电子行业。其中，锡青铜主要用于制造汽车及其他工业部门中承受摩擦的零件，如汽缸活塞销衬套、轴承和衬套的内衬、副连杆衬套、圆盘和垫圈等，锡磷青铜广泛用于制造弹性元件、精密仪器仪表中的耐磨零件和抗磁零件，铝青铜主要用于用齿轮、摇臂、衬套、圆盘接管嘴、轴承、固定螺母等高强度的和耐磨的结构零件、铍青铜用于19 制造电机中的弹簧片、接触电桥、螺栓、紧固件以及仪器仪表中的弹簧、开关部件、电接插件和电阻点焊电极头、缝焊电极盘、模铸塞棒头、塑料模具等，铬青铜带广泛用作电气设备的高温导电耐磨零件、锆青铜用于要求导电要求高、强度适中、弯曲成形性的抗应力松弛性能好的场合，铬青铜、铁青铜、和镍硅青铜是大规模集成电路引线框架关健材料，镉青铜广泛用于制造电工装置的导电、耐热、耐磨零件，镁青铜主要用作制造电缆、飞机天线等导电元件，硅青铜可用作弹性元件以及航空上工作温度高、单位压力不大的摩擦零件，钴铬硅青铜可用于加工电阻焊电极、滚轮、电极块和水平连续浇铸的结晶器等。钛青铜可用于制造高强度、高弹性、高耐磨性的零件等。Cu-Ag-Zr 合金是航天飞行的液体火箭发动机燃烧室内壁理想的高强度导热材料，本章主要论述青铜的成分、制备工艺和不同处理状态合金的组织和性能。4.1 类别及牌号 4.1.1 类别：原来：青铜是指Cu—Sn 合金因久远青铜器的表面颜色而得名为青铜（其组织中的δ 相呈青白色）。后来：青铜的范围有了扩展、现把除Cu—Zn 黄铜和Cu—Zn 白铜之外的铜合金都叫青铜。主要有：Cu—Sn 锡青铜Cu—Al 铝青铜Cu—Be 铍青铜Cu—Ti 钛青铜 4.1.2 牌号按第一主要添加元素（Sn、Al、Be……）来命名并以“Q + 主添元素符号+ 除Cu外的成份数字组”表示。（与黄铜不同）例如：QSn6.5~0.4 表示含6.5%Sn 和0.4%P 的锡青铜。（又叫锡磷青铜）下面对三种主要的青铜：锡青铜、铝青铜、铍青铜分别介绍：4.2 锡青铜锡青铜是含锡、锌、铅或磷的铜合金。其中，元素锌除强化铜-锡固溶体(α )外，还改善合金的流动性，减少结晶温度范围，减轻反偏析的程度，提高合金的充型能力和补缩能力，铅以单质相存在，分布于枝晶间，减少晶间显微缩孔，有利于提高铸件的致密度，改善合金的耐磨性的切削性能，元素磷在铜中的溶解度很小，主要以(α +Cu3P)共晶的形式存在，以Cu3P 化合物有很高的硬度，显著地提高合金的力学性能，同时，元素磷还能显著地降低铜合金熔体的表面张力，提高熔体的流动性和充型能力。锡青铜具有较高的强度，良好的抗滑动摩擦性，优良的切削性能和良好的焊接性能，在大气、淡水中有良好的耐腐蚀性能。 4.2.1 牌号、品种、规格与供应状态20 (1) 材料牌号：QSN4-4-2.5 相近牌号：C54400(美国)、C5541(日本) 品种、规格与供应状态见下

表(2) 化学成分QSN4-4-2.5 的化学成分见下表 4.2.2 组织、成份及相图分析(1) 成份：工业上锡青铜3～14％Sn其中形变用的锡青铜由于对塑性要求较高，形变合金＜7～8％Sn。(2) Cu—Sn 相图分析竖虚线补充说明。从相图可看出两点：①相图上的转变与各相：转变有包晶反应、共析反应：21 工业青铜Sn 含量3~14%时，只有α 、β 、γ 、δ 几个相主要相：α ——Sn 在Cu 中的置换固溶体S.S. f cc 结构β ——电子化合物Cu5Sn为基的ss. bcc结构γ ——电子化学Cu31Sn8为基的SS. 复杂立方结构γ 只在高温下稳定T↓，共析分解

δ ——电子化合物Cu31Sn8为基的固溶体，复杂立方结构，低温下稳定，性能硬脆（不能塑性变形）②相图特点：结晶区间大，△T 达100—160℃。从金属学、铸造角度来看，这会带来什么后果呢：a) 易造成疏松，分散性缩孔b) 易产生偏析，如易形成反常偏析这样就造成成份不均匀，组织不均匀。c) Sn在Cu扩散系数D很小：10-12 —10 –13cm2/秒∴又易造成成份不均匀。b) 、c) 使结晶过程难以达到平衡状态，枝晶偏析严重，（生产条件下锡青铜铸态组织与平衡状态相比差别很大），见Cu—Sn 相图的虚线可知。∴当Sn=5～6%时，就出现了（α +δ ）共析组织。③成份与组织的关系：（成份——组织）生产条件下：当Sn≤5~6%时，组织为树枝状α 相当Sn＞5~6%时，组织为树枝状α +（α +δ ）共析体而Sn≥10%时，组织为树枝状α +（α +δ ）共析体（α +δ ）共析体↑ δ 相硬而脆，不能进行塑性加工，（α +δ ）↑多是不利的。形变合金选7～8%Sn 的原因就在这里。另外，对形变用锡青铜，为了提高其加工性，根据金属学消除晶内偏析知识——均匀化退火：对铸锭在600~700℃，长时间（如7~12hr）退火，则铸态锡青铜可获得单相的α 组织（等轴晶）。4.2.3 锡青铜的性能及与成份组织的关系锡青铜的许多优良性能与其成份组织有密切的关系。

4.2.3.1 铸造性能：铸造性能好——主要是讲其成型性好。结晶区间△T 大：100—160℃。△T 结晶大带来的第一个后果就是：易形成疏松，分散缩孔，铸造收缩率22 是有色合金中最小的。结晶时体积收缩率小，充满铸模的能力大，这样在铸造时就无需设冒口了——成形性好，可铸造出形状复杂，花纹清晰、细致的青铜工艺品来。 4.2.3.2 耐磨性：好△T 结晶大第二个后果：易产生偏析，对青铜来说是反偏析。Sn 在铸件表面的含量↑↑（2～3 倍），产生大量的（α +δ ）共析。而耐磨性包括抗磨、减磨两方面①δ 相硬脆／α 相是软基底，抗磨性增加。②疏松，分散缩孔多，可大量贮藏润滑油，使f↓↓，减磨性↑。这样，由于同时其备了耐磨性的两个方面，锡青铜耐磨性好。4.2.3.3 耐蚀性：锡青铜表面有①含Sn 的细密保护膜②由Cu2O及2CuCO3`Cu(OH)2 构成的保护膜比黄铜的耐蚀性好。而且随Sn%↑（至10%Sn）耐蚀性↑。青铜器几千年地下/ 风雨日晒不坏的原因也就在这里。 4.2.4 机械性能：（锡青铜具有较好的机械性能）见曲线。①在α 相区：Sn%↑，ζ b↑，δ %↑ 铸态Z 态：Sn=5～6% ，δ max、而M 态：Sn=10% δ max ②在α +δ 相区：（由于出现硬脆的δ 相）Sn%↑，ζ b↑，δ % ↓ 当Sn%=21~23% ζ b max （当）Sn＞23% 由于δ 相增多，使ζ b↓） 4.2.5 压力加工工艺性能：一般来讲，二元锡青铜是很难热加工的原

因：热加工塑性差——①α 相塑性δ ，随T↑而↓；②由于△T 大导致的疏松、缩孔多、偏析严重使塑性↓↓ 不容易加工；③杂质的影响：由于Bi、Pb 等形成易熔共晶，使热塑性↓↓。工业上锡青铜很少用二元的，而是用加了其它合金元素的多元锡青铜。加入合金元素改善铸锭质量。23 主要添加元素有P、Zn、Pb、Ni 等4.2.5.1 P 的作用与锡磷青铜：如Q Sn 6.5—0.1 或（0.4）P 的作用，概括起来为：脱氧、增加铸造时的流动性，固溶强化、提高耐磨性、耐蚀性下面略加说明：①脱氧：P 本身就是强烈的脱氧剂，能去掉含O 氧夹杂物②增加流动性：P 既然使金属液体中的杂质减少，自然使（铸造时的）流动性↑。③固溶强化：当P 加入适量时，可对α 基体起固溶强化作用从而提高ζ b、ζ -1 和疲劳强度④但∵P 在（锡青铜）Cu—Sn 中的极限溶解度Cmax≈0.2% 工业中P 的加入量一般为；P≯0.4~0.5% 若超过，会出现（α +δ +Cu3P）共晶，T熔=628℃这是易熔共晶，热轧时出现热脆∴≯0.5%P。锡磷青铜在工业广泛用来作弹性材料，就其压力加工来说，一般认为锡磷青铜也是难以进行热加工的，只能冷轧成材。但国内一些工厂：701 厂、上海铜厂、常州铜材厂成功地进行了热轧。这大大提高了生产效率，降低了成本。4.3 物理及化学性能 4.3.1 物理性能密度：9000kg/m 3 热性能：熔化温度范围：927～999℃热导率：λ =87.12W/(m.℃) 比热容：C=376J/(kg .℃) 线膨胀系数：α =18.0 ×10 -6 ℃-1 (20 ℃), α =19.0 ×10 -6 ℃-1 (20 ℃～500℃) 电性能：导电率：g=19.8% IACS 电阻率：0.087μ Ω .m 4.3.2 化学性能合金在大气、淡水和海水中有良好的化学稳定性，在不同介质中的腐蚀速度见下表24 4.3.3 热处理QSN4-4-2.5 合金不能热处理强化。退火温度：480～650℃。消除应力退火温度：200～290℃。4.3.4 力学性能(1) 技术标准规定的性能见下表(2) 硬度QSN4-4-2.5 合金的硬度见下表室温硬度高温硬度(3) 拉伸性能供应状态QSN4-4-2.5 合金的拉伸性能见下表不同加工变形率和不同温度退火后材料的拉伸性能见下图25 拉伸性能与变形率的关系拉伸性能和退火温度的关系原材料：δ =4mm 软板材原材料：δ =4mm硬板材QSN4-4-2.5 合金拉伸性能见下表 4.4 铝青铜力加工材料。它具有如下的各种优点——性能优点：①具有比锡青铜更高的机械性能，可以与钢相比美：强度、冲击韧性、疲劳强度②耐蚀、耐磨；耐寒、耐热；冲击不生火花；耐蚀性比锡青铜更好，（因Cu－Al合金表面生成Al和Cu的氧化物混合体，是牢固的氧化膜。）Al2O3 ③流动性比锡青铜好，可获得致密的铸锭或铸件，铝青铜的△T 结晶只有10—30℃与黄铜类似；流动性好，易于获得致密的铸件。4.5 铍青铜4.5.1铍青铜是典型的时效强化合金。性能优点：26 ①强度是铜合金中最高的，它可时效强化，且强化效果大合金经“淬火—冷加工成形—时效”处理后高的强度：ζ b可达150kg/mm2 具有高的硬度：HV≥370高的弹性极限：ζ e 可达80kg/mm2 并且弹性滞后小，弹性稳定性好，耐疲劳。②耐磨、耐蚀、耐寒，无磁性，导电、导热、冲击不生火花等良好性能。是工业中一种具有优良的综合性能的重要材料。用途：广泛用作各种高级弹性元件，换向开关，电接触器，耐磨零件以及冲击不生火花的工具等。4.5.2 铍青铜的性能 4.5.2.1 机械性

能（1）成份的影响由实验曲线证明Be%↑，时效强化效果↑，ζ b↑。（2）冷加工的影响铍青铜的生产工艺流程是这样安排的：淬火——冷加工——时效淬火得α 过饱和，塑性极好。经冷加工，随ε %↑，ζ b↑，HB↑这也叫“形变时效”。以这种工艺，经冷加工后再进行时效处理不仅ζ b↑，HB↑更可贵的是使弹性极限ζ e显著提高↑↑，弹性滞后↓这对仪表弹簧意义重大。4.5.2.2 热处理性能二元铍青铜：加热时晶粒极易长大，∴要控制加热T、η 。冷却时过饱和固溶体分解速度很快∴要尽快冷却。另外可加入合金元素Ni 等。能延缓再结晶，阻止合金加热时的晶粒长大；显著减慢α 相在淬火过程中的分解，提高淬透性、可淬性。

4.5.2.3 耐蚀性（1）在一般介质中，比黄铜、锡/ 铝青铜的耐蚀性更好铍青铜在各种大气中都是稳定的，在淡水、海水中的腐蚀速度也很小。（2）在卤素气体（F2、Cl2、Br2、I2）中，高温下不耐蚀，产生脱Be。（3）当处于拉应力状态时，由于潮湿、氨和空气的作用会产生应力腐蚀破裂S.C.C。4.5.3 铍青铜的晶界反应问题这是Be 青铜的一大缺点，生产中要注意克服定义：在一种合金的时效过程中，当其晶粒内部发生脱溶时，晶界早已过时效了，从而使合金变软的现象叫晶界反应。过饱和——GP——过渡相1——过渡相2——平衡相。27 4.5.4 铍青铜的生产工艺特性不同的材料有不同的特性，对铍青铜来说：∵主要合金元素是Be，而Be 的特性是①有毒②极易氧化这两个特性在生产当中就反应到铍青铜的工艺特性上：∴铍青铜只有“西北铜”“洛铜”还有上海一个厂生产。只要摸透到了它的脾气就好加工。5. 白铜（简述）白铜是Cu-Ni 合金，Ni>20%时看起来雪白银亮。Ni 显著地提高Cu 的机械性能、抗蚀性、电阻和热电势。5.1 白铜的性能、用途与分类 5.1.1 性能与用途（1）白铜的突出优点：耐蚀性好（用白铜做的器具不容易生铜绿，银光闪闪）。常常用来制造耐蚀结构件、精密仪器和装饰品。（2）具有中等以上的强度、弹性好，易于冷热压力加工、易于焊接。制造弹簧，接插件。（3）具有极高的电阻、热电势和非常小的电阻温度系数，用于做热电偶补偿导线、精密电阻和热电偶。 5.1.2 分类：从用途分白铜分为：耐蚀用：白铜、Zn 白铜、Al 白铜电工用：白铜、Mn 自铜从成份分：简单白铜：B10、B20、B30 复杂白铜：Zn 白铜（“德国银”）Fe 白铜Mn 白铜Al 白铜 5.1.3 Cu-Ni 相图分析与调幅分解 5.1.3.1 Cu-Ni 相图28 （1）Cu-Ni 合金可形成无限互溶的固溶体但另外，Cu-Ni 相图还有另一个特点：（2）Cu-Ni 合金在322℃以下的温度范围内存在一个“亚稳分解”（又称调幅分解）的宽的“成份——温度”区域。 5.1.3.2 调幅分解定义：就是单相固溶体在某温度以下的温度范围内溶质原子自发地发生上坡扩散，由均匀的固溶体出现成份调幅的结构，即分解为两混合物，这就称为调幅分解。如Cu-Ni 二元相图在322℃以下的T范围：α α 1+α 2 特点：①α 1、α 2和α 的晶格类型相同（f.c.c）但成份各异②在调幅分解中溶质的富区与贫区之间没有清晰的相界面③富区的生长是上坡扩散的过程④α 1、α 2是弥散、均匀、细致的混和物意义：①亚稳分解的组织可使合金具有很高的强度，同时又有很好的塑性，亚稳分解是制取高强度，高塑性合金的重要途径之一。②在Cu-Ni 二元合金中分别加入某些合

金元素可改变调幅分解的成份—温度区的大小位置，从而改善合金性能。白铜的典型用途29 铜与铜合金牌号总结30 铜的种类与区分有很多人都认为.铜.就是只有一种.它就是唯一.但其实还有其他不同种类的铜的.比如合金铜.下面就慢慢的介绍吧. 一、纯铜纯铜是玫瑰红色金属，表面形成氧化铜膜后呈紫色，故工业纯铜常称紫铜或电解铜。密度为8~9g/cm?，熔点1083℃.纯铜导电性很好，大量用于制造电线、电缆、电刷等；导热性好，常用来制造须防磁性干扰的磁学仪器、仪表，如罗盘、航空仪表等；塑性极好，易于热压和冷力加工，可制成管、棒、线、条、带、板、箔、等铜材。纯铜产品有冶炼品及加工品两种。二、铜合金1.黄铜黄铜是铜及锌的合金。最简单的黄铜是铜、锌二元合金，称为简单黄铜或普通黄铜。改变黄铜中锌的含量可以得到不同机械性能的黄铜。黄铜中锌的含量越高，其强度也较高，塑性较低。工业中采用的黄铜含锌量不超过45%，含锌量再高将会产生脆性，是合金性能变坏。为了改善黄铜的某种性能，在一元黄铜的基础上加入其他合金元素的黄铜称为特殊黄铜。常用的合金元素有硅、铝、锡、铅、锰、铁与镍等。在黄铜中加铝能提高黄铜的屈服强度和抗腐蚀性，稍降低塑性。含铝小于4%的黄铜具有良好的加工、铸造等综合性能。在黄铜中加入1%的锡能显着改善黄铜的抗海水和海洋大气腐蚀的能力，因此成为―海军黄铜‖。锡还能改善黄铜的切削加工性能。黄铜加铅的主要目的是改善切削加工性和提高耐磨性，铅对黄铜的强度影响不大。锰黄铜具有良好的机械性能、热稳定性和抗蚀性；在锰黄铜中加铝，还可以改善它的性能，得31 到表面光洁的铸件。黄铜可分为铸造和压力加工两类产品。2.青铜青铜是历史上应用最早的一种合金，原指铜锡合金，因颜色呈青灰色，故称青铜。为了改善合金的工艺性能和机械性能，大部分青铜内还加入其他合金元素，如铅、锌、磷等。由于锡是一种稀缺元素，所以工业上还是用许多不含锡的无锡青铜，他们不仅价格便宜，还具有所需要的特殊性能。无锡青铜主要有铝青铜、铍青铜、锰青铜、硅青铜等。此外还有成分较为复杂的三元或四元青铜。现在出黄铜和白铜(铜镍合金)以外的铜合金均称为青铜。锡青铜有较高的机械性能，较好的耐蚀性、减摩性和好的铸造性能；对过热和气体的敏感性小，焊接性能好，无铁磁性，收缩系数小。锡青铜在大气、海水、淡水和蒸汽中的抗蚀性都比黄铜高。铝青铜有比锡青铜高的机械性能和耐磨、耐蚀、耐寒、耐热、无铁磁性，有良好的流动性，无偏析倾向，可得到致密的铸件。在铝青铜中加入铁、镍和锰等元素，可进一步改善合金的各种性能。青铜也分为压力加工和铸造产品两大类。3.白铜以镍为主要添加元素的铜基合金呈银白色，称为白铜。铜镍二元合金称普通白铜，加锰、铁、锌和铝等元素的铜镍合金称为复杂白铜，纯铜加镍能显着提高强度、耐蚀性、电阻和热电性。工业用白铜根据性能特点和用途不同分为结构用白铜和电工用白铜两种，分别满足各种耐蚀和特殊的电、热性能。4.铜材以纯铜或铜合金制成各种形状包括棒、线、板、带、条、管、箔等统称铜材。铜材的加工有轧制、挤制及拉制等方法，铜材中板材和条材有热轧的和冷轧的；而带材和箔材都是冷轧的；管材和棒材则分为挤制品和拉制品；线材都是拉制品。铜的分类32 黄铜以锌作主

要添加元素的铜合金，具有美观的黄色，统称黄铜。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。含锌低於36％的黄铜合金由固溶体组成，具有良好的冷加工性能，如含锌30％的黄铜常用来制作弹壳，俗称弹壳黄铜或七三黄铜。含锌在36～42％之间的黄铜合金由和固溶体组成，其中最常用的是含锌40％的黄铜。为了改善普通黄铜的性能，常添加其他元素，如铝、镍、锰、锡、硅、铅等。铝能提高黄铜的强度、硬度和耐蚀性，但使塑性降低，适合作海轮冷凝管及其他耐蚀零件。锡能提高黄铜的强度和对海水的耐腐性，故称海军黄铜，用作船舶热工设备和螺旋桨等。铅能改善黄铜的切削性能；这种易切削黄铜常用作钟表零件。黄铜铸件常用来制作阀门和管道配件等。青铜原指铜锡合金，后除黄铜、白铜以外的铜合金均称青铜，并常在青铜名字前冠以第一主要添加元素的名。锡青铜的铸造性能、减摩性能好和机械性能好，适合