合金材料及熔炼3

1、合金材料及熔炼合金材料及熔炼 有色合金部分有色合金部分3 铸造铜合金铸造铜合金吕书林吕书林华中科技大学材料学院华中科技大学材料学院材料成形及控制工程专业课程铸造合金原理及熔炼教案23.2 3.2 铸造铜合金铸造铜合金3.2.1 3.2.1 铸铸造造铜铜合金的分合金的分类类 铜合金强度高铜合金强度高 b b ：(600900)MPa(600900)MPa，韧性好，韧性好 ：2020 2525，并有良好的导电、导热性。，并有良好的导电、导热性。 锡青铜锡青铜Cu-Sn铝青铜铝青铜Cu-Al铅青铜铅青铜Cu-Pb铸造铜合金铸造铜合金青铜青铜黄铜黄铜普通黄铜普通黄铜Cu-Zn特殊黄铜特殊黄铜(Si、M

2、n、Al)3纯铜导线纯铜导线、导导管和棒材管和棒材3.2 3.2 铸造铜合金铸造铜合金纯铜纯铜43.2 3.2 铸造铜合金铸造铜合金锡青铜锡青铜最古老的最古老的铸铸造合金造合金青铜青铜53.2 3.2 铸造铜合金铸造铜合金耐磨件耐磨件青铜青铜轴轴承承涡轮涡轮轴轴套套轴轴瓦瓦齿轮齿轮63.2 3.2 铸造铜合金铸造铜合金黄铜黄铜强度强度较较高的耐高的耐蚀蚀件件73.2.2 3.2.2 铸造锡青铜铸造锡青铜一、一、Cu-SnCu-Sn二元合金二元合金Sn15%,Sn20% 20% 。 比比锡青铜锡青铜更耐酸、更耐酸、碱碱腐腐蚀蚀（AlAl2 2O O3 3膜）。膜）。主要用途：船舶螺旋桨船舶螺旋桨

3、；代不；代不锈钢锈钢作耐作耐蚀蚀零件。零件。蜗轮、齿轮、轴套等。蜗轮、齿轮、轴套等。 舰船用铜合金螺旋桨1516二、合金化二、合金化 常在常在Cu-AlCu-Al二元合金中加入二元合金中加入FeFe、MnMn、NiNi等元素，进一等元素，进一步提高铝青铜的性能。步提高铝青铜的性能。3.2.3 3.2.3 铸造铝青铜铸造铝青铜1 1、FeFe的作用及的作用及铝铁青铜铝铁青铜：形成形成k k相（相（CuFeAlCuFeAl化合物），凝化合物），凝固时以细小质点出现，细化固时以细小质点出现，细化 晶粒；晶粒；k k相硬质点提高铝青铜相硬质点提高铝青铜的强度和塑性的强度和塑性，提高耐磨性。，提高耐磨性

4、。 常用的铝铁青铜牌号是常用的铝铁青铜牌号是10-310-3铝青铜（铝青铜（ZCuAl10Fe3ZCuAl10Fe3），），含含1010AlAl和和3 3FeFe，余为，余为CuCu。173.2.3 3.2.3 铸造铝青铜铸造铝青铜2 2、MnMn的作用及的作用及铝锰青铜铝锰青铜：缩小缩小单相区单相区；提高提高相的稳定性，相的稳定性， 抑制抑制+2共析反应，从而减少共析反应，从而减少2相出现，减弱相出现，减弱“缓冷脆性缓冷脆性”。 常用的铝锰青铜牌号是ZCuAl9Mn2、ZCuAl8Mn13Fe3 。 制造船用和化工机械的高压阀门，亦可用作中等负荷的耐磨零件。 3 3、铝镍青铜、铝镍青铜 同时

5、加入同时加入4Fe，4Ni，构成，构成Cu-Al-Fe-Ni合金。不会合金。不会出现出现相以及由它产生的相以及由它产生的2相，可有效地相，可有效地消除消除“缓冷脆性缓冷脆性”。 Ni还可固溶强化、并形成还可固溶强化、并形成Al-Ni耐热硬质相。耐热硬质相。 ZCuAl9Fe4Ni4Mn2，含(8.510)Al，(4.05.0)Fe，(4.05.0)Ni，(0.82.5)Mn，它具有高的力学性能(砂型铸造时， b b630MPa，16） 183.2.5 3.2.5 铸造黄铜铸造黄铜Cu-ZnCu-Zn合金合金 Zn Zn在铜中固溶度很大，强化效果好，黄铜力学性能在铜中固溶度很大，强化效果好，黄铜

6、力学性能高于青铜，但抗蚀性和耐磨性不如青铜。高于青铜，但抗蚀性和耐磨性不如青铜。 Zn Zn的价格低于的价格低于SnSn、CuCu、AlAl，因此黄铜比青铜便宜，因此黄铜比青铜便宜，用途极为广泛，如水箱带、供排水管、奖章、波纹管、用途极为广泛，如水箱带、供排水管、奖章、波纹管、冷凝管、弹壳及各种形状复杂的冲制品、小五金件等。冷凝管、弹壳及各种形状复杂的冲制品、小五金件等。193.2.5 3.2.5 铸造黄铜铸造黄铜一、一、Cu-ZnCu-Zn二元二元黄铜黄铜合金的合金的组织组织 实际实际生生产产中冷却速度下：中冷却速度下：室温时最大溶解度不是室温时最大溶解度不是3939，而是而是3030左右，

7、即含左右，即含Zn30Zn30可可能有能有+两相出现两相出现；含含(37(374040)Zn)Zn的二元黄铜，的二元黄铜，铸态组织由铸态组织由+两相构成两相构成 生生产应产应用的用的黄铜黄铜含含ZnZn量量50%50%。Cu-ZnCu-Zn二元相二元相图图203.2.5 3.2.5 铸造黄铜铸造黄铜 ZCuZn40Mn3Fe1 ZCuZn40Mn3Fe1砂型砂型铸铸造造组织组织 黑色、灰色基体为黑色、灰色基体为 相相（电子化合物固溶体，（电子化合物固溶体，硬而脆，强化效果好）；硬而脆，强化效果好）；白色条状为白色条状为 相；相；少量深灰色颗粒状少量深灰色颗粒状FeFe相。相。 组织构组织构成：

8、成：213.2.5 3.2.5 铸造黄铜铸造黄铜二、二、Cu-ZnCu-Zn合金的性能合金的性能 1 1力力学学性能性能2. 2. 铸铸造性能造性能3. 3. 耐耐蚀蚀性能性能47475050时时，组织为单组织为单相相 结晶温度范围很小。流动性、缩松结晶温度范围很小。流动性、缩松？在大气和淡水中的耐蚀性很好，在大气和淡水中的耐蚀性很好，但在海水、热水、酸中常发生但在海水、热水、酸中常发生“脱锌脱锌”（锌电位低，首先被溶（锌电位低，首先被溶蚀）。蚀）。223.2.5 3.2.5 铸造黄铜铸造黄铜三、特殊三、特殊黄铜黄铜 在铜锌合金基础上加入在铜锌合金基础上加入MnMn、A1A1、SiSi、FeF

9、e、SnSn、NiNi等合等合金元素构成三元、四元或多元黄铜，即特殊黄铜。金元素构成三元、四元或多元黄铜，即特殊黄铜。 合金元素同锌类似的固溶强化作用合金元素同锌类似的固溶强化作用锌当量锌当量X： 表表 合金元素的锌当量系数值合金元素的锌当量系数值 %100CBACAXA A含含锌锌量（量（%）；）；B B含含铜铜量（量（%）; C; C其其它它元素的含量元素的含量（%）；）； 锌当锌当量系量系数数 。正。正号号：增：增ZnZn作用；作用；负号负号：减减ZnZn作用作用233.2.5 3.2.5 铸造黄铜铸造黄铜例，例，ZCuZn40Mn3Fe1ZCuZn40Mn3Fe1锰黄铜锰黄铜( (合金

10、成分：合金成分：55%Cu55%Cu、3.5%Mn3.5%Mn、1%Fe1%Fe、40.5%Zn)40.5%Zn)的锌当量为的锌当量为X X： 40.5(0.5 3.50.9 1)100%44%40.555(0.5 3.50.9 1)X1. 1. 铝黄铜铝黄铜 铝的铝的 6 6，加铝后可显著缩小，加铝后可显著缩小 区，使区，使 相增多，提相增多，提高黄铜的强度和硬度，降低塑性。高黄铜的强度和硬度，降低塑性。 为防止脆化，为防止脆化， Al7%Al7%。 ZCuZn31Al2ZCuZn31Al2，ZCuZn25Al6Fe3Mn3(25-6-3-3ZCuZn25Al6Fe3Mn3(25-6-3-3

11、铝黄铜铝黄铜) )等等 243.2.5 3.2.5 铸造黄铜铸造黄铜25-6-3-325-6-3-3， b b740MPa740MPa，HBS1665HBS1665，7%7%，为为强度最高的特殊强度最高的特殊黄铜黄铜，兼有良好的耐磨性，适中的塑性和好的抗兼有良好的耐磨性，适中的塑性和好的抗蚀蚀性。性。 制造重型机器上承受摩擦和高负荷的重要零件，如大齿轮，压紧螺制造重型机器上承受摩擦和高负荷的重要零件，如大齿轮，压紧螺母，大型蜗杆等。母，大型蜗杆等。 253.2.5 3.2.5 铸造黄铜铸造黄铜2. 2. 锰黄铜锰黄铜 加入加入(1%3%)Mn(1%3%)Mn，则显著提高黄铜的强度和屈服极限，则

12、显著提高黄铜的强度和屈服极限，又不显著降低塑性。又不显著降低塑性。 ZCuZn40Mn2ZCuZn40Mn2； ZCuZn38Mn2ZCuZn38Mn2PbPb2 2 （磨、切磨、切） 制造在较高温度下制造在较高温度下(300 (300 以下以下) )工作而且要求强度和耐蚀性能较好的工作而且要求强度和耐蚀性能较好的重要机器零件，如螺旋桨。重要机器零件，如螺旋桨。 263.2.5 3.2.5 铸造黄铜铸造黄铜3. 3. 硅硅黄铜黄铜 硅的锌当量最大硅的锌当量最大(10)10)，少量硅就会使，少量硅就会使 区显著缩小，强区显著缩小，强度和硬度提高，而塑性下降。度和硬度提高，而塑性下降。 加硅其他优点：缩小结晶温度范围，提高充型能力；减少加硅其他优点：缩小结晶温度范围，提高充型能力；减少疏松倾向；表层形成致密氧化膜，提高抗蚀性。疏松倾向；表层形