金属材料学第10章___铜合金

1、第第1010章章 铜合金铜合金 铜及铜合金是人类历史上使用最早的金属铜及铜合金是人类历史上使用最早的金属材料之一。由于铜具有优良的性能及美丽的材料之一。由于铜具有优良的性能及美丽的色泽而被广泛用于电缆、电器核电子设备的色泽而被广泛用于电缆、电器核电子设备的导电材料、各种热交换器的传热材料、建筑导电材料、各种热交换器的传热材料、建筑材料以及装饰品等。材料以及装饰品等。 随着科学技术的发展，使用范围不断扩大，随着科学技术的发展，使用范围不断扩大，如大规模集成电路、超导电线、超导电磁体、如大规模集成电路、超导电线、超导电磁体、磁力悬浮铁路核聚变装置以及形状记忆合金磁力悬浮铁路核聚变装置以及形状记忆合

2、金等方面都有应用。等方面都有应用。 上左上左: 编钟编钟上右上右: 永乐大钟永乐大钟下左下左: 越王勾践青铜剑越王勾践青铜剑10.1 10.1 黄铜黄铜 黄铜是以锌为主要元素的铜合金。黄铜是以锌为主要元素的铜合金。 铜锌二元合金铜锌二元合金 普通黄铜；铜锌普通黄铜；铜锌 + Me + Me特殊黄铜特殊黄铜 牌牌号号表表示示方方法法普通黄铜普通黄铜：H62表示含表示含62%Cu、38% Zn特殊黄铜特殊黄铜：用：用“H”加主添元素的化学符号再加铜加主添元素的化学符号再加铜含量和添加元素的含量表示。含量和添加元素的含量表示。如如HMn58-2表示表示58%Cu、2% Mn铸造黄铜铸造黄铜:用用 “

3、Z”再加铜化学符号和主添元素化再加铜化学符号和主添元素化学符号及含量表示。学符号及含量表示。如如ZCuZn38：Cu为基体元素，为基体元素，Zn为主要合金元为主要合金元素，素，38为锌的平均质量分数为锌的平均质量分数 一、普通黄铜一、普通黄铜 组组织织 36%Zn 的合金为单相的合金为单相黄铜，黄铜， 3646% Zn合金为合金为+双相黄铜双相黄铜 ，易热加工，为热加工黄铜。易热加工，为热加工黄铜。 性性能能 随随Zn,导电导热性导电导热性，线胀系数，线胀系数 30%Zn时时,随随Zn,强度和塑性强度和塑性,达到最高值达到最高值; 32% Zn时，由于出现脆性时，由于出现脆性相，相，塑性塑性，

4、强度，强度 ,在在45%Zn时达最大值时达最大值 铜锌二元相图铜端铜锌二元相图铜端 铸态黄铜性能与锌含量关系铸态黄铜性能与锌含量关系 黄铜有良好的铸造性能，即流动性高，偏析黄铜有良好的铸造性能，即流动性高，偏析倾向小，适用于铸造复杂和精致的铸造制品倾向小，适用于铸造复杂和精致的铸造制品。 H96、H90等等：有：有金色黄铜金色黄铜之称。导热性、之称。导热性、抗蚀性好。用于冷凝器、散热器和抗蚀性好。用于冷凝器、散热器和工艺品工艺品等等 H70、H68：为：为三七黄铜三七黄铜。强度较高，塑性。强度较高，塑性好，用于冷冲压、深拉伸的形状复杂件。大量好，用于冷冲压、深拉伸的形状复杂件。大量用于弹壳，所

5、以也称为用于弹壳，所以也称为弹壳黄铜弹壳黄铜。铝。铝? ? H62：强度高，塑性也好，常、用于水管、：强度高，塑性也好，常、用于水管、油管，也称为油管，也称为商业黄铜商业黄铜。 二、特殊黄铜二、特殊黄铜 锡黄铜锡黄铜 锡黄铜在普通黄铜中锡黄铜在普通黄铜中+0.51.5%Sn，强强度和硬度及耐蚀性，改善切削加工性。度和硬度及耐蚀性，改善切削加工性。 锡黄铜主要以管、棒、板材大量用于舰艇制锡黄铜主要以管、棒、板材大量用于舰艇制造工业造工业，如冷凝管、船舶零件、船舰焊接件的如冷凝管、船舶零件、船舰焊接件的焊条等，故有焊条等，故有海军黄铜海军黄铜之称。之称。铝黄铜铝黄铜 黄铜中加入少量铝（黄铜中加入少

6、量铝（0.73.5%）可在表面形）可在表面形成致密和牢固的成致密和牢固的Al2O3膜，膜，耐蚀性。铝能细化耐蚀性。铝能细化晶粒，晶粒，硬度和强度。但硬度和强度。但2% Al时塑韧性时塑韧性。 含含2%Al、20% Zn的铝黄铜具有最高热塑性，的铝黄铜具有最高热塑性，所以所以HAl77-2合金得到广泛应用。合金得到广泛应用。 含铝特殊黄铜焊接比较困难，且有高的应力含铝特殊黄铜焊接比较困难，且有高的应力腐蚀倾向，必须进行充分低温退火加以消除。腐蚀倾向，必须进行充分低温退火加以消除。镍黄铜镍黄铜 添加镍可扩大添加镍可扩大相区，故双相黄铜添加适相区，故双相黄铜添加适当的镍可转变为单相黄铜。镍能当的镍可

7、转变为单相黄铜。镍能强度、韧强度、韧性、耐蚀性及耐磨性。镍黄铜适合于冷、热性、耐蚀性及耐磨性。镍黄铜适合于冷、热加工。镍黄铜具有小的应力腐蚀破裂倾向，加工。镍黄铜具有小的应力腐蚀破裂倾向，可用来制造海船工业的压力表及冷凝管等，可用来制造海船工业的压力表及冷凝管等，还可作锡磷青铜的代用品还可作锡磷青铜的代用品。 硅黄铜硅黄铜 加入加入1.54.0%Si，能，能黄铜在海黄铜在海水中的耐蚀性以及抗应力腐蚀能力，改善铸水中的耐蚀性以及抗应力腐蚀能力，改善铸造性和焊接性。造性和焊接性。HSi80-3硅黄铜显微组织为硅黄铜显微组织为+，主要用于舰船制造和其它工业中的耐，主要用于舰船制造和其它工业中的耐蚀零

8、件和接触蒸汽的配件等。蚀零件和接触蒸汽的配件等。硅黄铜硅黄铜铅黄铜铅黄铜 HPb74-3是单相是单相铅黄铜，铅呈细小质点分铅黄铜，铅呈细小质点分布在晶界；布在晶界；HPb59-1是双相（是双相（+）铅黄铜。）铅黄铜。因为因为HPb59-1切削性特别好，称为切削性特别好，称为易切黄铜易切黄铜，有足够高的强度、耐磨性和耐蚀性。广泛用作有足够高的强度、耐磨性和耐蚀性。广泛用作钟表机芯的基础部件和汽车、拖拉机等机械零钟表机芯的基础部件和汽车、拖拉机等机械零件如衬套、螺钉、电器插座等。件如衬套、螺钉、电器插座等。10.2 青铜青铜 青铜最早是指铜锡合金青铜最早是指铜锡合金 ，含铝、硅、铍、锰，含铝、硅、

9、铍、锰和铅的铜基合金，也称青铜。和铅的铜基合金，也称青铜。 通常把铜锡合金称为锡青铜通常把铜锡合金称为锡青铜（普通青铜），（普通青铜），其它称为无锡青铜（特殊青铜）其它称为无锡青铜（特殊青铜）牌牌号号表表示示 “Q”加上第一个主加元素化学符号及加上第一个主加元素化学符号及含量再加上其它合金元素含量。含量再加上其它合金元素含量。 如如QSn4-3为含为含4%Sn，3% Zn锡青铜；锡青铜； 铸造青铜：铸造青铜：“Z”表示铸造，表示铸造，“Cu”表示表示铜基体。如铜基体。如ZcuPb30表示铸造铅青铜，表示铸造铅青铜，铅的平均质量分数为铅的平均质量分数为30%1 1、铜锡二元合金、铜锡二元合金 组

10、组织织是是Sn固溶于固溶于Cu固溶体，固溶体，FCC结构；结构；是是电子化合物电子化合物Cu5Sn为基的固溶体；为基的固溶体；是是CuSn化合物为基的固溶体；化合物为基的固溶体；是电子化合物是电子化合物Cu31Sn8；是电子化合物是电子化合物Cu3Sn。 锡青铜的显微组织与锡含量和合金状锡青铜的显微组织与锡含量和合金状态有关。态有关。图图 铜锡二元合金相图铜端铜锡二元合金相图铜端 性性能能 较高强度、硬度和耐磨性较高强度、硬度和耐磨性 。 Sn,强度强度，当，当Sn6%后，后， 伸伸长率长率;Sn20%，出现大量，出现大量相，合金变相，合金变脆，强度脆，强度 。因此，工业用。因此，工业用Sn青

11、铜的青铜的Sn含量均在含量均在314%之间。之间。 Sn 78%的合金，有高的塑性和强的合金，有高的塑性和强度，适用于塑性加工；度，适用于塑性加工； 含含Sn10%的合金，因塑性低，只适的合金，因塑性低，只适用于铸造用。用于铸造用。 2 2、铝青铜、铝青铜特特点点 强度和耐蚀最好，应用广泛。是锡青铜强度和耐蚀最好，应用广泛。是锡青铜的重要代用品，但铸造性和焊接性较差。的重要代用品，但铸造性和焊接性较差。铝铝作作用用 Al，强度和硬度，强度和硬度，塑性，塑性。当。当Al1011%时，时，强度强度、塑性均塑性均。由于由于出现了硬脆出现了硬脆2相所致。相所致。 12% Al 。压力加工用铝青铜压力加

12、工用铝青铜Al 57%.应应用用 铝青铜应用较广泛。用于制造耐磨、耐铝青铜应用较广泛。用于制造耐磨、耐蚀和弹性零件，如齿轮、轴套、弹簧以及蚀和弹性零件，如齿轮、轴套、弹簧以及船舶制造中的特殊设备等船舶制造中的特殊设备等3 3、铍青铜、铍青铜 铍青铜是加入铍青铜是加入1.52.5%Be的铜合金，除的铜合金，除Be外，还加外，还加入镍、钛、镁等合金元素。常用入镍、钛、镁等合金元素。常用QBe2.5、 QBe1.7。性性能能特特点点 淬火状态塑性淬火状态塑性好好，可冷加工成管、棒、带材等，可冷加工成管、棒、带材等各种型材。若经过固溶处理及冷变形后，不仅能各种型材。若经过固溶处理及冷变形后，不仅能提高

13、强度（提高强度（b可可1200MPa），而且能），而且能 p ，特别适用于特别适用于仪表弹簧仪表弹簧处处理理特特点点 固溶处理和快冷是为了获得过饱和固溶体，固溶处理和快冷是为了获得过饱和固溶体，时效强化。铍青铜淬火时时效强化。铍青铜淬火时必须严格控制加热温必须严格控制加热温度度。否则会产生过热和过烧。加热温度过低，富。否则会产生过热和过烧。加热温度过低，富铍相不能充分溶解，铍相不能充分溶解，沉淀硬化能力沉淀硬化能力 小小 结结 铜合金中固溶强化的合金元素主要是锌、铝、锡、铜合金中固溶强化的合金元素主要是锌、铝、锡、锰、镍等。许多元素在固态铜中的溶解度随温度降锰、镍等。许多元素在固态铜中的溶解度随温度降低而急剧减小，如铍、钛、锆、铬等，因而它们具低而急剧减小，如铍、钛、锆、铬等，因而它们具有时效强化效果。有时效强化效果。 过剩相强化在铜合金中的应用也较普遍。黄铜和过剩相强化在铜合金中的应用也较普遍。黄铜和青铜中的青铜中的CuCu3131SnSn8 8等相均产生过剩相强化作用。等相均产生过剩相强化作用。 由于锌在铜中的固溶度随温度降低而增大，故黄由于锌在铜中的固溶度随温度降低而增大，故黄铜不能热处理强化。黄铜常用的热处理是去应力退铜不能热处理强化。黄铜常用的热处理是去应力退火和再结晶退火。此外，一般青铜也不能热处理强火和再结晶退火。此外，一般青铜也不能热