金屬材料-4 銅合金

1、一、銅及銅合金的主要特點(diǎn)一、銅及銅合金的主要特點(diǎn)二、銅及銅合金分類二、銅及銅合金分類三、銅的合金化原理三、銅的合金化原理四、各類銅合金簡介四、各類銅合金簡介第四章第四章 銅及銅合金銅及銅合金一、銅及銅合金的主要特點(diǎn)一、銅及銅合金的主要特點(diǎn) 人類最早認(rèn)識和使用的金屬：新石器時(shí)代知道金和銅。青銅器。 產(chǎn)量在有色金屬中占第二位，密度8.9g/cm3，屬重金屬。 純銅具有優(yōu)良導(dǎo)電、導(dǎo)熱性，fcc主體； 較好的抗蝕性：耐海水和大氣腐蝕 合金化：高強(qiáng)、高抗蝕性、高耐磨 分類特殊：紫、黃、青、白1. 優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能 在所有金屬中， Cu的導(dǎo)電性僅次于Ag, 為100%IACS，高純銅甚至可到103%I

2、ACS. 銅的導(dǎo)熱性是所有金屬中最好的，為430W/m.K。 合金化會顯著提高強(qiáng)度，但會降低導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能 高強(qiáng)、高導(dǎo)銅的發(fā)展，如彌散強(qiáng)化銅 導(dǎo)電、導(dǎo)熱是銅及其合金的最重要應(yīng)用領(lǐng)域。W-Cu2. 銅是抗磁性金屬 銅的抗磁性磁化率極低：銅及其合金在抗外磁環(huán)境得到廣泛應(yīng)用，如儀表、羅盤、航空、航天、雷達(dá)。但含F(xiàn)e、Mn、高Ni的銅合金除外。3. 銅的摩擦系數(shù)很小。 銅基合金耐磨性能優(yōu)良，尤其是含Sn的多元銅合金，廣泛用于機(jī)械設(shè)備上的重要耐磨零件，如軸套、軸瓦、渦輪等。4. 銅的耐蝕性很好 銅的電極電位很高，高于氫。在許多介質(zhì)中都是穩(wěn)定的，大部分銅基合金在大氣和海水中具有很高的耐腐蝕性，在稀的非氧化

3、氫氟酸、鹽酸、磷酸及醋酸溶液中也有很高的化學(xué)穩(wěn)定性。5. 銅的塑性很高 銅是fcc結(jié)構(gòu)，無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，非常易于加工成形。經(jīng)過強(qiáng)化后，特別是固溶強(qiáng)化效果好，可形成高強(qiáng)度、高韌性材料，制造高強(qiáng)度、高韌性、高導(dǎo)電、高導(dǎo)熱、高耐蝕零件6. 銅有殺菌作用。 銅在水等介質(zhì)中，能釋放銅離子，抑制細(xì)菌和某些微生物的生長，廣泛應(yīng)用于人類飲用水輸水管道、洗衣機(jī)內(nèi)筒、船舶的重要部件，如螺旋槳等。7. 銅及銅合金有各種色彩 純銅呈紫色，合金化后呈金黃色或銀白色，色調(diào)古樸典雅，可用于錢幣和各類工藝美術(shù)品。二、銅及銅合金分類二、銅及銅合金分類最普通的分類法：六大類 紫銅、高銅合金、黃銅、青銅、白銅、鋅白銅紫銅工業(yè)純銅，

4、軟而韌，雜質(zhì)含量370)還原介質(zhì)中進(jìn)行加工(退火、焊接等)和使用；在低溫(至-250)下，其強(qiáng)度將會提高。退火溫度380-650，熱加工溫度 800-900 （棒材）抗拉強(qiáng)度：Y態(tài) 294MPa； M態(tài) 200MPa 延伸率： 5% 35%2. 磷脫氧銅磷脫氧銅是以元素磷精煉并殘留微量磷的銅。強(qiáng)烈降低銅的導(dǎo)電性，通常作為結(jié)構(gòu)材料使用。一般條件下無“氫脆性”，可以在還原性氣氛條件下加工和使用，但不宜在高溫氧化條件下加工和使用。磷在銅中的最大溶解度(714 共晶溫度時(shí))為1.75%，200時(shí)為0.4，室溫時(shí)幾乎為零。磷能提高銅熔體的流動性，對銅的力學(xué)性能尤其是焊接性能有良好的影響。 磷脫氧銅具有良

5、好的導(dǎo)熱、耐蝕性和優(yōu)良的加工性，易于承受精沖、拉伸、鐓鉚、擠壓、纏繞、深沖、熱鍛和焊接等加工。該合金主要用做各種供油、供水的管道，深沖和焊接件等。3. 無氧銅1號、2號無氧銅TUl、TU2是含氧量極少的銅，具有純度高、導(dǎo)電、導(dǎo)熱性高的特點(diǎn)，無“氫病”或極少“氫病”。含磷量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))極低(如P90IACS，強(qiáng)度超過500 MPa。彌散強(qiáng)化相粒子多為熔點(diǎn)高、高溫穩(wěn)定性好、硬度高的氧化物、硼化物、氮化物、碳化物。彌散相粒子以納米級尺寸均勻彌散分布于銅基體內(nèi)，在接近銅基體熔點(diǎn)的高溫下也不會溶解或粗化，因此可以有效阻礙位錯(cuò)運(yùn)動和晶界滑移，提高合金的室溫和高溫強(qiáng)度，同時(shí)又不明顯降低合金的導(dǎo)電性，并且具有

6、較高的耐磨耐蝕性能。彌散強(qiáng)化無氧銅的出現(xiàn)不僅豐富了銅合金的種類，而且擴(kuò)大了了其使用的溫度范圍，已被廣泛應(yīng)用于電阻焊電極、大規(guī)模集成電路引線框架、燈絲引線、電觸頭材料、大功率微波管結(jié)構(gòu)材料、連鑄機(jī)結(jié)晶器、直升機(jī)啟動馬達(dá)的整流子及浸入式燃料泵的整流子、核聚變系統(tǒng)中的等離子體部件、燃燒室襯套、先進(jìn)飛行器的機(jī)翼或葉片前緣、電真空器件中前相波放大器、行波管、空調(diào)管、磁控管等。目前，彌散強(qiáng)化無氧銅主要以Al2O3為強(qiáng)化相粒子，合金牌號根據(jù)ASTM(美國)有C15710，C15720，C15735C15715，C157605. 電解銅箔電子、電信、儀表、機(jī)械等部門用量很大。我國的銅箔需要量每年7000900

7、0 t。銅箔生產(chǎn)方式主要有兩種：一種是采用帶坯進(jìn)一步的高精度軋制，可以生產(chǎn)黃銅箔、青銅箔、鈹青銅箔、白銅箔等品種；另一種是采用輥式方法連續(xù)電解，產(chǎn)品僅限于純銅箔。電解銅箔是覆銅箔層壓板(CCL)及印刷電路板(PCB)制造的重要材料。在當(dāng)今電子信息產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展中，電解銅箔被稱為電子產(chǎn)品信號與電力傳輸、溝通的“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”。電解銅箔的生產(chǎn)已有數(shù)十年的歷史，現(xiàn)在最寬箔可生產(chǎn)12.5m，厚度可到0.005 mm，主要用于印刷電路板上，其中0.035mm厚的銅箔用量占95，0.018 rain以下的占5。電解銅箔的生產(chǎn)工藝主要由兩部分組成，即制成滿足寬度和厚度要求的卷狀銅箔工序和表面處理工序。(二)、高強(qiáng)

8、導(dǎo)電銅合金1 鉻青銅2 鋯青銅3 鉻鋯青銅4 鐵青銅5 鎳硅青銅6 鎘青銅7 鎂青銅8 Cu-Ag-Zr合金9 鈷鉻硅青銅1 鉻青銅鉻青銅是含0.41.1Cr(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的高銅合金。CuCr二元系相圖富銅角為共晶型。共晶溫度1072，鉻在銅中的最大固溶度為0.65。隨溫度的降低，固溶度急劇下降，固溶后時(shí)效處理析出Cr粒子相鉻青銅可以通過淬火-時(shí)效或淬火-冷變形-時(shí)效處理獲得強(qiáng)化。鉻一方面明顯提高合金的再結(jié)晶溫度和熱強(qiáng)性，時(shí)效態(tài)鉻青銅的軟化溫度為400，是冷加工銅的二倍；另一方面使銅的導(dǎo)電性略有下降，固溶處理的鉻青銅電導(dǎo)率為45IACS，時(shí)效處理后上升到80IACS?？稍阼T造狀態(tài)和變形狀態(tài)下使用

9、。 固溶溫度 980-1000， 時(shí)效 420-500 /2-4h 熱加工溫度 800-925 抗拉530MPa；屈服450MPa; 延伸率16% 290抗拉352MPa；屈服186MPa 延伸率4.2%2 鋯青銅 鋯青銅是含0.150.30(質(zhì)量分?jǐn)?shù))鋯的高銅合金。 Cu-zr二元系相圖富銅角是共晶型，在共晶溫度965下，鋯在銅中的最大固溶度為0.15，隨溫度的降低，鋯在銅中的固溶度急劇減少。 時(shí)效過程中，從固溶體中析出微細(xì)的相質(zhì)點(diǎn)(Cu5Zr或Cu3Zr)，產(chǎn)生沉淀硬化效果。 鋯的加入使銅的導(dǎo)電性略有下降，時(shí)效態(tài)合金的電導(dǎo)率為90IACS。 鋯大大提高合金再結(jié)晶溫度和熱強(qiáng)性，其耐熱性優(yōu)于鉻

10、青銅。此外，砷可把CuZr合金的共晶溫度提高到1 000-l 020，增加鋯在此溫度時(shí)的溶解度但降低它在低溫下的溶解度。As還可與Zr形成Zr-As化合物，細(xì)化鋯青銅的晶粒，抑制合金在加熱時(shí)的晶粒長大。銻、錫、鉛、硫、鐵、鉍、鎳等都是鋯青銅的有害雜質(zhì)，不應(yīng)超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的極限值。國產(chǎn)鋯青銅的牌號有QZr0.2和QZr0.4。3 鉻鋯青銅 在鉻青銅中添加少量的鋯，形成化合物Cu3Zr，高溫下Cu3Zr為密集六方晶格，低溫時(shí)為面心立方晶格，在銅中的溶解度隨著溫度的降低而明顯減少。 Cu-Cr-Zr合金由于Cr、Zr含量的不同，可從固溶體中單獨(dú)析出Cu2Zr或同時(shí)析出Cu3Zr和Cu2Zr，起析出強(qiáng)化

11、作用，鋯的加入使鉻青銅合金的強(qiáng)度、硬度、耐熱性提高，對合金電導(dǎo)率的影響不大。 Al與Mg可作為鉻鋯青銅的合金元素，它們可在Cu-Cr-Zr合金表面形成一層薄的、致密的與基體金屬結(jié)合牢靠的氧化物膜，提高合金的高溫抗氧化性能與耐熱性，Al與Mg在合金中含量通常不大于0.3。 國產(chǎn)鉻鋯銅牌號為QCr0.5-0.2-0.14 鐵青銅 Cu-Fe二元系富銅角為包晶型，1094包晶溫度下，鐵在銅中的溶解度均為4，600時(shí)下降到0.15。 Fe有細(xì)化晶粒作用，抑制銅的再結(jié)晶過程和提高銅的強(qiáng)度，但降低銅的塑性。 鐵顯著降低銅的電導(dǎo)率與熱導(dǎo)率，時(shí)效后合金電導(dǎo)率約為70IACS。 Fe以獨(dú)立形式存在于銅中，使銅呈

12、鐵磁性，磁化率為1.110-6。 鐵青銅除主要合金元素Fe外，還添加少量有P、Co、Sn、Zn、Mg。 國產(chǎn)鐵青銅牌號有QFe1.0, QFe2.5。 廣泛用于成形性能好、強(qiáng)度和導(dǎo)電率高的材料，如電氣、電子接插件，斷路器元件，保險(xiǎn)絲夾，電纜屏蔽，引線框架。5 鎳硅青銅 鎳硅青銅是Cu-Ni-Si三元系為基的合金，還含有0.10.3的Zn。 Ni和Si形成化合物Ni2Si，Cu-Ni2Si 偽二元相圖富銅角為共晶型，960共晶溫度下，Ni2Si在銅中的溶解度約為8.5，室溫時(shí)下降到0.5。 鎳硅青銅是典型的時(shí)效強(qiáng)化型合金。鎳硅青銅是一種新型大功率集成電路引線框架材料。6 鎘青銅鎘青銅是含有0.8

13、1.3Cd高銅合金。高溫時(shí)鎘與銅形成固溶體，隨溫度的降低，鎘在銅中的固溶度急劇下降，在300以下為0.5，并析出相(Cu2Cd)。由于鎘的含量低，析出相質(zhì)點(diǎn)強(qiáng)化效果很弱，合金不能通過熱處理時(shí)效硬化，只能采用冷變形加工獲得強(qiáng)化。鎘的加入，使銅的電導(dǎo)率略有下降，但其強(qiáng)度、再結(jié)晶溫度和抗高溫軟化能力明顯提高。合金的耐熱性不如鉻青銅和鋯青銅好，一般在300以下工作。鎘是一種對人體有害的元素，在熔煉時(shí)應(yīng)注意防護(hù)其氣對人的危害。國產(chǎn)鎘青銅的牌號有QCdl，7 鎂青銅鎂青銅是銅-鎂系二元合金。鎂在銅中的溶解度隨溫度下降而減少，在共晶溫度722下的極限溶解度為3.3。含2.53.5Mg的銅合金可通過相(MgC

14、u2)的沉淀而產(chǎn)生時(shí)效強(qiáng)化，但相是一種既脆又硬的相，合金的加工成形性能隨著相的增加而急劇下降。因此，有實(shí)際應(yīng)用意義的Cu-Mg合金的鎂含量不大于1，這類合金只能用加工硬化來提高強(qiáng)度。元素Mg的加人使銅的導(dǎo)電性略有降低，熱傳導(dǎo)性，耐熱性能則優(yōu)于鎘青銅，并有一定的抗扭轉(zhuǎn)性和抗腐蝕性。微量鎂加入還有一定的脫氧作用，對銅的高溫抗氧化性也有益。鎂青銅冷、熱加工性能較好，產(chǎn)品一般以線材供應(yīng)。用做電纜及其他導(dǎo)電材料，在許多方面可以代替鎘青銅。 國產(chǎn)鎂青銅的牌號有QMg0.8。8 Cu-Ag-Zr合金779共晶溫度下，Ag在Cu中的溶解度為7.9，隨溫度降低，Ag在Cu中的溶解度顯著下降，300時(shí)0.2，室溫

15、下只有0.1，965下Zr在Cu中最大溶解度為0.110.13，500 時(shí)下降低到0.01Cu-Ag-Zr合金可通過固溶一時(shí)效處理得到強(qiáng)化，析出相為Ag和Cu3Zr相。Ag的加入稍許降低銅的導(dǎo)熱性，但顯著提高銅的再結(jié)晶溫度、蠕變強(qiáng)度和抗高溫?zé)岬椭芷谛阅?。Cu-Ag-Zr合金是航天飛行的液體火箭發(fā)動機(jī)燃燒室內(nèi)壁理想的高強(qiáng)導(dǎo)熱材料。國產(chǎn)銀鋯青銅牌號為QAg3-0.59 鈷鉻硅青銅鈷鉻硅青銅，為了改善合金的熱鍛性能還加入微量Nb。固溶后時(shí)效處理，抗高溫軟化溫度為550620。合金的相組織結(jié)構(gòu)為Cu固溶體，Co2Si相和Cr3Co5Si2相。Co2Si能與銅形成固溶體，其固溶度隨溫度下降而急劇減少。

16、 Cu-Co-Cr-Sii合金除具有Cu-Cr和Cu-Co-Si合金的相成分和性能特征外，還可能生成新的相，且各元素及相之間會產(chǎn)生交互作用，這些都會影響合金的最終性能。 合金的強(qiáng)度高，有高的耐熱性，是制造要求高溫抗軟化性良好的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)材料。 國產(chǎn)Cu-Co-Cr-Si合金的商業(yè)代號為航空DJl00，為改善合金鍛造性能添加某些微量元素的材料代號為航空DJ101(三) 結(jié)構(gòu)黃銅1. 普通黃銅2. 鉛黃銅3. 錫黃銅4. 鐵黃銅5. 鋁黃銅6. 錳黃銅7. 硅黃銅8. 鎳黃銅加入Zn元素后呈金黃色，一般為不可熱處理強(qiáng)化合金。普通黃銅：HX: X為含銅量， H68含銅68wt%.鑄造黃銅：ZH68 鑄

17、造黃銅與變形黃銅可能為同一種，因?yàn)槎酁榘??；鞠酁槊嫘牧⒎降墓倘荏w，還有、，其中還有無序體心立方 有序轉(zhuǎn)變，相硬脆1. 普通黃銅工業(yè)黃銅一般為H96H59H96H65為黃銅，不宜深沖H63-H59為+黃銅，結(jié)晶時(shí)為相， 為冷卻析出物在室溫下，固溶體的塑性比好，強(qiáng)度 ；高溫相反。因此，兩相黃銅熱塑性好， 黃銅冷加工較方便。熱加工時(shí)應(yīng)避免在200-700OC的脆性區(qū)。在區(qū)，雖Zn含量增加，塑性與強(qiáng)度均增加，故黃銅的強(qiáng)度、塑性均優(yōu)于紫銅；工藝性好；抗蝕（ZnO膜）、價(jià)格低各種零件、日用品、管道散熱器、工藝品、炮彈（筒）黃銅腐蝕方面的兩個(gè)特征問題：季裂：冷拔棒或管材（有拉應(yīng)力存在），在潮濕大氣、含

18、氨大氣及汞鹽溶液中易發(fā)生自動破裂現(xiàn)象。 原因：Zn在應(yīng)力作用下選擇性溶解。 防止：270OC退火；鍍Sn或其它表面鍍層脫Zn腐蝕：在腐蝕介質(zhì)中，Zn溶解（電極電位低于銅），銅呈多孔狀殘留在黃銅表面。防止：加入Al、Sn、Ni、Si、As、Sb、Be等，As作用最明顯特殊黃銅或復(fù)雜黃銅在二元系中加入第三組元構(gòu)成復(fù)雜黃銅，以改善性能。HNi65-5HFe59-1-1HMn58-2, HMn57-3-1HSi80-3鋅當(dāng)量：第三組元加入后，可溶于 或 ，或以第三相形式出現(xiàn)。但可用與 相的相對含量的增加與減小來分析組元的影響。一般加入1%第三組元相當(dāng)于加鋅的量造成對組織同樣的影響來表示。Si當(dāng)量為10

19、，則加1%Si相當(dāng)于加入10%Zn（縮小了相區(qū)）。若當(dāng)量為負(fù)值，相當(dāng)于增大了相區(qū)。2. 鉛黃銅 鉛幾乎不固溶于銅一鋅合金中，而存在于固溶體的晶界處。經(jīng)過壓力加工，鉛以游離的質(zhì)點(diǎn)分布在固溶體內(nèi)。 游離的鉛質(zhì)點(diǎn)具有潤滑和減摩的特性，鉛黃銅都具有極高的切削性能，切屑易碎，工件表面光潔，適宜于自動高速車床加工零件。 鉛含量超過3，不但不改善合金的切削性能，反而由于鉛質(zhì)點(diǎn)性軟、熔點(diǎn)低，會大大降低合金的綜合性能。 在單相a黃銅中有不溶鉛質(zhì)點(diǎn)而不宜熱軋，但雙相黃銅依靠相變重結(jié)晶(-)，可使鉛分布于晶粒內(nèi)部而不是在邊界上。因而在熱變形時(shí)的重熔已不再那么危險(xiǎn)。 鉛對人體有害。鉛黃銅在熔鑄和切削加工中，鉛蒸氣和粉

20、塵對環(huán)境和人身的危害越來越引起人們的重視。 含碲無鉛易切削黃銅已經(jīng)投入商業(yè)應(yīng)用。3. 錫黃銅 錫在飽和的固溶體中的溶解度很小，但當(dāng)鋅含量增加出現(xiàn)相時(shí)，錫的溶解度會增加。 少量錫能提高黃銅的強(qiáng)度和硬度，但超過1.5后反而會降低黃銅的性能。 錫的另一個(gè)重要作用是抑制黃銅脫鋅，提高黃銅的耐蝕性能。錫黃銅在海水中的耐蝕性很好，故有“海軍黃銅”之稱。 向HSn70-1添加0.020.05的砷和或0.01的硼可進(jìn)一步提高錫黃銅的耐蝕性。4. 鐵黃銅 鐵在黃銅中的固溶度極低，超過其溶解度的鐵以富鐵相(-Fe)粒子存在，常作為“人工晶核”，既能細(xì)化鑄造組織，又能抑制黃銅再結(jié)晶時(shí)的晶粒長大，獲得細(xì)晶組織，從而大

21、大提高黃銅的力學(xué)性能和工藝性能。 鐵與錳、錫、鋁、鎳等元素配合使用，可以使黃銅具有更高的強(qiáng)度和硬度，并可改善其在大氣和海水中的耐蝕性。 黃銅中的鐵和硅會形成高硬度(950Hv)的硅化鐵粒子，惡化切削性能。 黃銅的鐵含量一般不超過1.5，否則會造成富鐵相偏析，破壞黃銅的耐蝕性，而且會影響電鍍層表面質(zhì)量。5. 鋁黃銅 和其他合金元素相比，鋁能最顯著地提高黃銅的強(qiáng)度和耐蝕性能。 在黃銅中加入鋁，會使相區(qū)明顯地移向銅角。 當(dāng)鋁含量高時(shí)會出現(xiàn)硬而脆的相，提高合金的強(qiáng)度和硬度。同時(shí)大幅度降低其塑性。 在鋁黃銅中，鋁的表面離子化傾向比鋅的大，優(yōu)先形成致密而堅(jiān)硬的氧化鋁膜，可以防止合金的進(jìn)一步氧化。 向鋁黃銅

22、中加入Sn、Sb、Bi、Te、Si、Ni等元素都可以進(jìn)一步提高其耐蝕性。 工業(yè)上變形鋁黃銅的鋁含量一般不超過4.6. 錳黃銅 對黃銅而言，錳的加入對其相區(qū)的影響極其微弱。因此，錳基本上不改變黃銅的組織， Mn通過固溶強(qiáng)化使黃銅的強(qiáng)度和硬度提高，并大幅度提升其對海水、氯化物和過熱蒸汽的耐蝕性。 錳黃銅有相當(dāng)好的冷、熱加工性能，被廣泛使用于艦船和海洋工程。也作為耐磨材料用于高壓泵摩擦副和汽車同步齒環(huán)。7. 硅黃銅 硅的鋅當(dāng)量系數(shù)高達(dá)10。在黃銅中加入硅會顯著地縮小a相區(qū)。 增加硅含量到4會出現(xiàn)新的具有密排六方結(jié)構(gòu)的k相，它在高溫下有足夠的塑性，在545時(shí)通過共析分解轉(zhuǎn)變?yōu)?。 硅黃銅的硅含量通常在

23、4以內(nèi)。 常用的牌號為HSi80-3，其組織為+ 。 硅黃銅的高低溫力學(xué)性能令人滿意，在大氣和海水條件下耐蝕性強(qiáng)，可以焊接。因此，硅黃銅被用做船舶零件、蒸汽管和水道管件。 硅黃銅的鑄造和壓力加工性能良好，但Al、As、Sb、P、Pb等都是硅黃銅中有害雜質(zhì)，應(yīng)當(dāng)加以控制。8. 鎳黃銅 鎳和許多合金元素(如鋁、錳、錫和硅等)不同，能明顯地?cái)U(kuò)大相區(qū)域的范圍，因而能用加鎳的辦法使某些兩相黃銅轉(zhuǎn)變?yōu)榫Я＜?xì)小的單相黃銅，從而改善黃銅的工藝性能和力學(xué)性能。 典型的鎳黃銅是HNi65-5，它具有很高的力學(xué)性能、耐蝕性和工藝性能，能極好地在冷、熱狀態(tài)下進(jìn)行壓力加工。 某些雜質(zhì)如鉛、銻、鉍等會嚴(yán)重影響其熱加工性，

24、應(yīng)嚴(yán)格控制，鉛應(yīng)小于0.01，銻和鉍應(yīng)小于0.005。 鎳黃銅HNi65-5可以加工成板、帶、管、棒、線材，用于制造低壓壓力計(jì)管、紙漿銅網(wǎng)、船用冷凝器管和其他工業(yè)部門的零件。(四) 高彈性銅合金1. 鈹青銅加工材2. 鑄造鈹青銅3. 錫磷青銅4. 硅青銅5. 銅鎳錫與銅鎳鋁合金6. 鈦青銅1. 鈹青銅加工材 QBe0.6-2.5, QBe0.3-1.5等， Be在銅中的固溶度隨溫度變化大，有強(qiáng)烈的時(shí)效強(qiáng)化效果 強(qiáng)度可達(dá)1250-1500MPa，在銅合金中最高 彈性模量高、耐疲勞、耐磨，但有毒 高回彈性-接插件觸點(diǎn)彈簧等 晶間腐蝕傾向小，但在潮濕氨和空氣作用下易應(yīng)力腐蝕 合金元素：Ni, Co

25、固溶處理：高強(qiáng)的760-800 , 高電導(dǎo)的900-955 時(shí)效過程：SSGP 時(shí)效溫度：高強(qiáng)的260-400，高電導(dǎo)的425-565 2. 鑄造鈹青銅鑄造鈹青銅按鈹含量可分為高鈹青銅和低鈹青銅兩類: 低鈹青銅亦稱低合金化的高銅合金，僅有0.30.8的Be和26Co或Ni，為了提高熱強(qiáng)性，有的合金中還添加少量的Cr。 鑄造高鈹青銅中含有1.72.8的Be和少量的Co或Ni、Si； 鈹在熔煉、鑄造及熱加工熱處理工藝過程中會產(chǎn)生有害人體健康的不利因素，要做好防護(hù)工作，預(yù)防不利因素。2. 鑄造鈹青銅 用于要求強(qiáng)度高、耐腐蝕、耐磨損、高導(dǎo)電和高導(dǎo)熱的零部件。如繼電器開關(guān)、連鑄機(jī)的結(jié)晶器、水冷模、壓鑄機(jī)

26、的活塞頭、船舶和化工結(jié)構(gòu)件，如螺旋漿、葉片、泵零件等。 用于高強(qiáng)度耐磨零件，如塑料成形模具、壓鑄機(jī)零件、凸輪、襯套軸承、閥、安全工具。3. 錫磷青銅(簡稱磷青銅) 磷能提高錫青銅的工藝性能與力學(xué)性能，錫磷青銅廣泛用作彈性材料。 加工錫磷青銅的磷含量不超過0.45，因?yàn)榱缀看笥?.5時(shí)在637左右會發(fā)生共晶一包晶反應(yīng)L+Cu3P，引起熱脆。 合金的磷含量大于0.3時(shí)，組織中會出現(xiàn)銅與銅的磷化物(Cu3P)組成的共晶體。 磷是銅合金的有效脫氧劑，元素磷的加入，能提高合金的強(qiáng)度、硬度、彈性極限、彈性模量和疲勞強(qiáng)度，改善耐蝕性能和鑄造時(shí)的流動性。3. 錫磷青銅(簡稱磷青銅) 缺點(diǎn)是加大鑄錠的反偏析。

27、 材料冷加工前的晶粒尺寸和加工后的低溫退火(180-300)對錫磷青銅的力學(xué)性能有較大的影響。晶粒細(xì)小時(shí)，材料的強(qiáng)度、硬度、彈性模量、疲勞強(qiáng)度都比粗晶粒材料的高，但塑性卻稍低一些。 冷加工錫磷青銅在200260退火12 h后，其強(qiáng)度、塑性、彈性極限與彈性模量均有所提高，彈性穩(wěn)定性也能得到改善。4. 硅青銅 硅青銅是一類含有Si、Mn、Ni等合金元素的銅合金，Si量量一般不超過3.5。 雜質(zhì)元素有As、sb、Sn、A1、Pb和P等。Fe和Zn是雜質(zhì)元素，但有時(shí)作合金元素加入。適量Mn對硅青銅的力學(xué)性能、耐蝕性能與工藝性能有益。 Cu-Si合金于555發(fā)生共析轉(zhuǎn)變+，但在生產(chǎn)的非平衡結(jié)晶條件下，共

28、析轉(zhuǎn)變實(shí)際上很難發(fā)生，因而 相可保留到室溫。 硅青銅幾乎沒有沉淀硬化效果，但力學(xué)性能比錫青銅的高成本也稍低一些，可作為后者的代用材料， 其中作為高彈性用途的主要是QSi3-1合金。 1%Mn5. 銅鎳錫與銅鎳鋁合金 銅鎳錫與銅鎳鋁是以銅-鎳合金為基礎(chǔ)分別加入第三元素錫、鋁的白銅，具有優(yōu)良的耐蝕性和中等以上的強(qiáng)度，彈性好，易于熱、冷壓力加工，易于焊接，被廣泛用于制造耐蝕的結(jié)構(gòu)件和彈簧、插接件等。 銅與鎳能形成無限互溶的連續(xù)固溶體(面心立方晶格)，固態(tài)合金在322以下的溫度范圍內(nèi)，存在一個(gè)產(chǎn)生亞穩(wěn)分解的較寬成分一溫度區(qū)域，添加錫、鋁到銅鎳合金之后，將改變亞穩(wěn)分解的成分一溫度區(qū)域的大小和位置，并可借

29、亞穩(wěn)分解來改善性能。5. 銅鎳錫與銅鎳鋁合金 錫在銅鎳合金固溶體中的溶解度不大，且隨著溫度的下降而減小。在含錫量超過固溶度的銅鎳錫合金中，會出現(xiàn)一種新的相，它是一種可溶解銅原子的Ni3Sn化合物，即(Cu、Ni)3Sn。銅鎳錫合金可因相的沉淀而產(chǎn)生明顯的強(qiáng)化效應(yīng)，這類合金經(jīng)冷加工后再時(shí)效，可獲得很高的強(qiáng)度、硬度及優(yōu)良的彈性性能，同時(shí)又有較好的抗氧化性和耐蝕性，易于焊接等優(yōu)點(diǎn)。 Cu-15Ni-8Sn合金是Spinodal調(diào)幅分解型高強(qiáng)度導(dǎo)電彈性合金，具有高溫抗松弛特性，且無污染，是替代經(jīng)典Cu-Be彈性合金的理想材料。6. 鈦青銅 工業(yè)鈦青銅還含有一定的Fe、Sn、Cr、Al等元素。這類材料具

30、有高的強(qiáng)度、硬度、彈性極限和優(yōu)良的耐磨性、耐疲勞性、耐熱性及耐蝕性，冷熱態(tài)加工性好，易釬焊和電鍍，無磁性，沖擊時(shí)不生火花，導(dǎo)電性僅次于鈹青銅，可用于制造高強(qiáng)度、高彈性、高耐磨性的零件。 銅-鈦合金中添加0.35Sn，在組織中形成第二相TiSn。該相的數(shù)量隨合金中含鈦量和含錫量的增加而增多。錫在Cu-1.6%Ti-2.5%Sn合金中的固溶度隨著溫度的降低而明顯減少，并可借TiSn相的析出而導(dǎo)致合金硬化。 Cu-1.6Ti-2.5Sn合金具有最佳沉淀硬化效果，加工性能好，900淬火后不經(jīng)中間退火也可冷加工90。冷加工后400時(shí)效具有最高的強(qiáng)度，其電導(dǎo)率在30以上，是一種良好的高強(qiáng)度、中等電導(dǎo)率的材

31、料。(五) 高強(qiáng)度熱穩(wěn)定銅合金1. 鋁青銅2. 硅青銅QSil-33. 錳黃銅HMn60-3-1-0.751. 鋁青銅 具有高強(qiáng)度熱穩(wěn)定性的鋁青銅通常為復(fù)雜鋁青銅，即除鋁外，還含有鐵、鎳、錳等其他元素的多元合金。這類鋁青銅有高的力學(xué)性能，強(qiáng)的熱穩(wěn)定性。 元素錳可提高合金的力學(xué)性能和耐蝕性，使其能很好地承受冷、熱壓力加工，如加入0.30.5的錳，就可以減少熱軋開裂，提高成品率。1. 鋁青銅 元素鐵能細(xì)化鋁青銅鑄造或再結(jié)晶后的晶粒，與鋁形成微粒狀的FeAl，化合物，顯著提高合金的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，但鐵含量過高時(shí)，組織中會析出針狀FeAl化合物，降低合金力學(xué)性能，鐵還能增加高溫相的穩(wěn)定性，抑制相共

32、析分解及形成連續(xù)鏈狀的粗大2顆粒而使合金變脆的“自行退火”現(xiàn)象。 元素鎳既提高鋁青銅共析轉(zhuǎn)變溫度，又使共析點(diǎn)成分向高鋁方向移動，并可改變相的形狀。含鎳量較低時(shí)，相呈針狀，含鎳量達(dá)3時(shí)則呈片狀。 在含鎳鋁青銅中加入錳，有使相的共析轉(zhuǎn)變形成粒狀組織的傾向。鎳顯著提高鋁青銅的強(qiáng)度、硬度、熱穩(wěn)定性和耐蝕性。2. 硅青銅和錳黃銅 具有高強(qiáng)度熱穩(wěn)定性的其他銅合金主要有硅青銅QSil-3和錳黃銅HMn60-3-0.75兩種。 QSil-3是Cu-Ni-Si-Mn系的可熱處理強(qiáng)化的熱強(qiáng)型合金。元素鎳與硅形成Ni2Si金屬間化合物，它在銅中的溶解度隨溫度下降而急劇減小，并析出彌散的質(zhì)點(diǎn)相使合金明顯強(qiáng)化。少量的錳

33、進(jìn)一步強(qiáng)化合金和提高耐蝕性。 HMn60-3-0.75錳黃銅是Cu-Zn-Mn-Si-Pb系銅基多元合金。錳和硅的加入提高了合金的強(qiáng)度和硬度，鉛的加入增強(qiáng)了其耐磨性。(六) 耐磨銅合金l. 耐磨錫青銅2. 鉛青銅3. 汽車同步器齒環(huán)用耐磨銅合金簡介l. 耐磨錫青銅 具有高耐磨性的錫青銅主要是含錫、鋅、鉛或磷的多元合金。 鋅除強(qiáng)化銅-錫固溶體外，還改善合金的流動性，減小結(jié)晶溫度范圍，減輕反偏析的程度，提高合金的充型能力和補(bǔ)縮能力，有助于減輕疏松，提高耐水壓性能。 鉛以單獨(dú)相存在，呈黑色夾雜物分布于枝晶間，減少晶間顯微縮孔的體積，有利于提高鑄件的致密度，改善合金的耐磨性和切削性能。 元素磷在銅中的

34、溶解度很小，主要以(+)共晶的形式存在。Cu3P化合物有很高的硬度，顯著地提高合金的力學(xué)性能，同時(shí)，元素磷還能顯著地降低銅液的表面張力，提高熔體的流動性和充型能力。 這類合金具有較高的強(qiáng)度，良好的抗滑動摩擦性、優(yōu)良的切削性和好的焊接性能，在大氣、淡水中有良好的耐腐蝕性能。錫青銅是最古老的銅合金，QSn+Sn含量+第三組元含量+通常為+（+）共析組織。SnO2,需脫氧結(jié)晶范圍寬，偏析嚴(yán)重鑄錠中分散縮孔、反偏析（錫汗）無低溫脆性、沖擊時(shí)無火花、 耐磨（硬而脆）、抗蝕2. 鉛青銅具有高鉛高錫含量的ZCuPb10Sn10和高鉛低錫含量的ZCuPb25Sn5均是三元系鑄造鉛青銅。元素Pb不溶于Cu-Sn

35、合金，以單獨(dú)質(zhì)點(diǎn)相分布于枝晶間，可顯著提高合金的耐磨性蓑和切削加工性，但使力學(xué)性能有所下降。添加元素錫能顯著提高合金的強(qiáng)度，并改善合金的鑄造工藝性能。合金兼有鉛青銅和錫青銅的耐磨、導(dǎo)熱、易切削加工、高的耐蝕性和強(qiáng)度特性。高鉛錫青銅雖然強(qiáng)度較低，但更適于在潤滑不良為條件下工作，在載荷為20 MPa，滑動速度為15m/s的工作條件下有極好的耐密性，合金的力學(xué)性能在300以下無大的變化。主要用于制造重載高速工作的耐磨零件。低鉛錫青銅適用于制造輕載、高速(50ms以下)和潤滑不良條件下工作的耐磨零件，合金的工作溫度不宜高于150200。汽車同步器齒環(huán)用耐磨銅合金簡介 同步器齒環(huán)是汽車變速系統(tǒng)的關(guān)鍵零部

36、件，用于制造同步器齒環(huán)的材料要求具有高的熱塑性、強(qiáng)度、耐磨性和切削性等綜合性能，其中耐磨性是衡量同步器齒環(huán)質(zhì)量的最重要性能指標(biāo)。 由于銅合金具有優(yōu)良的減摩和耐磨性能，目前國內(nèi)外普遍選用復(fù)雜錳黃銅和復(fù)雜鋁黃銅等生產(chǎn)汽車同步器齒環(huán)。 通過添加微量元素和采取相應(yīng)的工藝措施，控制材料中耐磨質(zhì)點(diǎn)的生成，使硬質(zhì)第二相主體由Mn5Si3構(gòu)成，并控制其數(shù)量、形態(tài)和分布，促使基體相增多，并造成較多的合金元素(如Al，Ni，Co等)在其中的溶解，強(qiáng)化和細(xì)化基體晶粒組織，提高材料的塑性和強(qiáng)度，使材料的裂紋擴(kuò)展減緩，使相呈方向性且均勻分布，在磨損過程中，有利于釋放裂紋擴(kuò)展的應(yīng)力，減緩了產(chǎn)品的磨損。 在使用過程中產(chǎn)品表

37、層會形成致密高硬氧化物或化合物，從而由嚴(yán)重的黏著磨損向氧化磨損轉(zhuǎn)化，大大降低了材料的磨損，提高了材料的耐磨性。(七) 耐蝕銅合金1. 白銅2. 普通白銅3. 鋅白銅4. 鐵白銅5. 錳白銅鎳為主要合金元素，Cu-Ni基。與黃銅牌號類似，B19、BZn15-20等，但第一個(gè)數(shù)值表示鎳含量抗蝕性好、彈性大，強(qiáng)度中等BMn3-12：精密標(biāo)準(zhǔn)電阻BMn40-1.5：康銅，電熱體，熱電偶BMn43-0.5：考銅，變阻器、熱電偶、補(bǔ)償導(dǎo)線1. 白銅 以鎳為主要合金元素的銅合金稱為白銅。 以Cu-Ni合金為基礎(chǔ)加入第三元素如Zn、Mn、Al等的白銅，相應(yīng)地稱為鋅白銅、錳白銅、鋁白銅等。 這類材料具有優(yōu)良的耐

38、蝕性和中等以上的強(qiáng)度，彈性好，易于熱、冷壓力加工，易于焊接。因而被廣泛用于制造耐蝕的結(jié)構(gòu)件和彈簧、插接件等。 白銅分為5組：普通白銅、鐵白銅、錳白銅、鋅白銅、鋁白銅。 錫、鈹、鈦、硅、碳、鉻、鋯、硼及硫、磷、砷、銻、鉍等都是白銅中的雜質(zhì)，含量應(yīng)控制在一定的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。2. 普通白銅 普通白銅是Cu與Ni形成的連續(xù)固溶體，具有面心立方晶格。溫度低于322時(shí)，存在一個(gè)亞穩(wěn)分解的相當(dāng)寬的成分一溫度區(qū)域。 向Cu-Ni合金添加第三元素諸如Fe、Cr、Sn、Ti、Co、Si、Al等，可改變亞穩(wěn)分解的成分一溫度區(qū)域范圍和位置，同時(shí)也可改善合金的某些性能。 白銅除做結(jié)構(gòu)材料外，另一類重要的應(yīng)用是高電阻合金和

39、熱電偶合金。 耐腐蝕導(dǎo)管、高壓網(wǎng)及其他高溫和腐蝕介質(zhì)的零件。3. 鋅白銅 若在銅鎳二元系合金中添加第三元素鋅，則得到一系列具有美觀銀白色的鋅白銅合金。 鋅在Cu-Ni合金固溶體中的溶解度相當(dāng)大，有較大的固溶強(qiáng)化作用。 當(dāng)Ni含量相同時(shí)，提高合金的鋅含量會增強(qiáng)合金抗大氣腐蝕的能力。 工業(yè)應(yīng)用范圍的鋅白銅，含518Ni和4372%Cu，其余為Zn，耐蝕性、彈性與強(qiáng)度均高。 Ni含量一般不超過20，符合使用工藝技術(shù)性能、經(jīng)濟(jì)成本綜合評定要求。3. 鋅白銅 鋅白銅以其優(yōu)良的研磨性、釬焊性和抗應(yīng)力松弛能力，較高的強(qiáng)度和彈性，良好的耐蝕性能，且易于電鍍、熱冷加工等技術(shù)工藝性能。 被廣泛應(yīng)用于制造耐蝕性結(jié)構(gòu)件，諸如各種精密儀器儀表、高級電子元器件的彈簧、插口、罩殼等多種零部件。而含少量鉛的鋅白銅的切削性及冷加工性好，大量用于鐘表、光學(xué)儀器等制作精密零件。 此外，鋅白銅在樂器、餐具、眼鏡框架及裝飾工程等方面亦有廣