銅的相組成及各相的特性

1、黃銅的相組成及各相的特性Cu-Zn二元系相圖中的相有a、B、丫、0、n。普通黃銅37.532.536.8a相:以銅為基的固溶體。a晶格常數(shù)隨鋅含量增加而增大，鋅在銅中的溶軍度與一般合金相反，隨溫度降低而增加，在456C時(shí)固溶度達(dá)最大值（39%Zn）；之后，鋅在銅中的溶解度隨溫度的降低而減少。含鋅25%左右合金，存在Cu3Zn化合物的兩種有序化轉(zhuǎn)變：450C左右，a無序固溶體al有序固溶體；217C左右，al有序固溶體a2有序固溶體。a相塑性良好，可進(jìn)行冷熱加工，并具有良好焊接性能。B相：以電子化合物CuZn為基的體心立方晶格固溶體。冷卻時(shí)：468456C,無序相B成有序相B?。B?塑性低，硬而

2、脆，冷加工困難，所以含有B?相的合金不適宜冷加工。但加熱到有序化溫度以上，B?B后，又具有良好塑性。B相高溫塑性好，可進(jìn)行熱加工。Y相：以電子化合物Cu5Zn8為基的復(fù)雜立方晶格固溶體。硬而脆，難以壓力加工，無法應(yīng)用。工業(yè)用黃銅的鋅含量均小于46%，避免出現(xiàn)Y相。H70黃銅的鑄態(tài)組織及變形后退火組織按退火組織，工業(yè)用黃銅分為a黃銅和a+B兩相黃銅。W39%，合金中出現(xiàn)ZnZnB，電導(dǎo)率又上升，W7為50%時(shí)達(dá)峰值。力學(xué)性能：W745%,a相全部消失，組織為硬脆的B?相，導(dǎo)致Rm急劇下降。變形和退火后的性能：a相隨WZn增加，其強(qiáng)度、塑性均增加；當(dāng)WZn為30%時(shí)，塑性最好，適于深沖壓和冷拉，大

3、量用于制造炮彈殼，H70黃銅又稱為“炮彈黃銅”。B相強(qiáng)度更高，但室溫下呈有序狀態(tài)，塑性很低。Y相在室溫下則更硬而脆。a黃銅在200600C溫度范圍內(nèi)均存在中溫低塑性區(qū)。這是微量雜質(zhì)（鉛、銻、鉍等）所致，這些雜質(zhì)與銅生成低熔點(diǎn)共晶并凝聚在晶界上，形成低熔點(diǎn)共晶薄膜，從而造成熱加工過程的“熱脆”。黃銅的塑性會(huì)隨溫度升高而重新顯著增加，因這些雜質(zhì)在高溫時(shí)的溶解度明顯增加。脆性區(qū)溫度范圍與鋅含量有關(guān)。加入微量混合稀土或鋰、鈣、鋯、鈰等可與雜質(zhì)形成高熔點(diǎn)化合物的元素，均有效減輕或消除雜質(zhì)的有害影響，從而消除熱脆性。如鈰與鉛、鉍形成Pb2Ce及Bi2Ce等高熔點(diǎn)化合物。黃銅的熱加工應(yīng)在高于脆性區(qū)的溫度下進(jìn)

4、行；a+B黃銅室溫塑性較低，只能熱變形、要加熱到B相區(qū)熱軋，但溫度不能太高，因B相長大得快，以保留少量a相為宜，利用殘留a相限制B晶粒長大。所以，熱變形溫度通常選擇在(a+B)/B相變溫度附近。黃銅在大氣、淡水或蒸汽中耐蝕性好，腐蝕速度約為0.00250.025mm/a；在海水中的腐蝕速度為0.00750.1mm/a。脫鋅和應(yīng)力腐蝕破壞(季裂)是黃銅最常見的兩種腐蝕形式。脫鋅：出現(xiàn)在含鋅較高的a黃銅、特別是a+B黃銅中。鋅電極電位遠(yuǎn)低于銅，在中性鹽水溶液中鋅首先被溶解，銅呈多孔薄膜殘留在表面，并與表面下的黃銅組成微電池，使黃銅成為陽極而被加速腐蝕。加入0.02-0.06%As可防止脫鋅。應(yīng)力腐

5、蝕：即“季裂”或“自裂”，指黃銅產(chǎn)品存放期間產(chǎn)生自動(dòng)破裂的現(xiàn)象。它是產(chǎn)品內(nèi)殘余應(yīng)力與腐蝕介質(zhì)氨、SO2及潮濕空氣的聯(lián)合作用產(chǎn)生的。黃銅含Zn量越高，越易自裂。為避免黃銅自裂，所有黃銅冷加工制品或半制品，均需進(jìn)行低溫(260300C)退火來消除制品在冷加工時(shí)產(chǎn)生的殘留內(nèi)應(yīng)力。此外，在黃銅中加入0.020.06%As或1.01.5%Si也能明顯降低其自裂傾向。普通黃銅中雜質(zhì)：鉛、鉍、銻、磷、砷和鐵等。鉛：在a單相黃銅中是有害雜質(zhì)，由于它熔點(diǎn)低，幾乎不溶于黃銅中，所以它主要分布在晶界上。鉛含量大于0.03%時(shí)，黃銅在熱加工時(shí)出現(xiàn)熱脆；但對(duì)冷加工性能無明顯影響。在a+B兩相黃銅中，鉛的允許含量可比a黃

6、銅高一些，因?yàn)閮上帱S銅在加熱和冷卻過程中，會(huì)發(fā)生固態(tài)相變，使鉛大部分轉(zhuǎn)入晶內(nèi)，減輕有害影響。少量鉛可提高兩相黃銅的切屑性能，使加工件表面獲得高的光潔度。鉍：呈連續(xù)脆性薄膜分布在黃銅晶界上，既產(chǎn)生熱脆性，又產(chǎn)生冷脆性，對(duì)黃銅的危害性遠(yuǎn)比鉛為大，在a及a+B黃銅中要求0.002%Bio減輕Pb和Bi有害影響的有效途徑是加入能與這些雜質(zhì)形成彌散的高熔點(diǎn)金屬化合物的元素，如Zr可分別與Pb、Bi形成高熔點(diǎn)穩(wěn)定化合物ZrxPby(2000C)和ZrxBiy。(熔點(diǎn)2200C)。銻：隨溫度下降，銻在a黃銅中溶解度急劇減?。辉阡R含量小于0.1%時(shí)，就會(huì)析出脆性化合物Cu2Sb，呈網(wǎng)狀分布在晶界上，嚴(yán)重?fù)p害黃

7、銅的冷加工性能。銻還促使黃銅產(chǎn)生熱脆性，因銻在固態(tài)銅中的共晶溫度為645C，所以，銻是黃銅中的有害雜質(zhì)。加入微量鋰可與銻形成高熔點(diǎn)的Li3Sb(熔點(diǎn)1145C)，從而減輕銻對(duì)黃銅塑性的有害影響。砷：室溫時(shí)砷在黃銅中的溶解度0.1%，過量的砷則產(chǎn)生脆性化合物Cu3As，分布在晶界上，降低黃銅塑性。黃銅中加入0.020.05%As，可防止黃銅脫鋅。砷使黃銅制品表面形成堅(jiān)固的保護(hù)膜，提高黃銅對(duì)海水的耐蝕性。普通黃銅性能變化規(guī)律其導(dǎo)電、導(dǎo)熱性隨Zn含量的增加而下降，而機(jī)械性能（抗拉強(qiáng)度、硬度）則隨Zn含量的增加而上升；二元黃銅在工業(yè)上的應(yīng)用，主要根據(jù)其性能來選擇。H96、H90和H85：良好的電導(dǎo)率、

8、熱導(dǎo)率和耐蝕性，有足夠的強(qiáng)度和良好的冷、熱加工性能，被大量采用來制作冷凝管、散熱管、散熱片、冷卻設(shè)備及導(dǎo)電零件等。H70、H68：高的塑性和較高的強(qiáng)度，冷成型性能特別好，適于用冷沖壓或深拉法制造各種形狀復(fù)雜的零件。H62：a+B黃銅，高的強(qiáng)度，在熱態(tài)下塑性良好；冷態(tài)下塑性也比較好，切削加工性好，耐蝕，易焊接，以板材，棒材、管材、線材等供工業(yè)大量使用，應(yīng)用廣，有“商業(yè)黃銅”之稱。H59：強(qiáng)度咼；含鋅量咼，能承受熱態(tài)壓力加工，有一般的耐蝕性，多以棒材和型材應(yīng)用于機(jī)械制造業(yè)。代號(hào)化學(xué)成分,%機(jī)械性能CuZn加工狀態(tài)RmMPaA%HBH969597余量退火25035H807981余量退火27050H6

9、86770余量退火30040H595760余量退火變形300420255103銅鋅合金中加入少量錫、鋁、錳、鐵、硅、鎳、鉛等元素，構(gòu)成多元合金，即為復(fù)雜黃銅。加入的合金元素使銅鋅系中的a/（a+B）相界向左移動(dòng)（縮小a區(qū)）或向右移動(dòng)（擴(kuò)大a區(qū)）。即：“復(fù)雜黃銅組織=增加或減少鋅含量的簡單黃銅組織”。銅鋅合金中加入1%硅后的組織，即相當(dāng)于銅鋅合金中增加10%鋅的組織，即稱硅的“鋅當(dāng)量系數(shù)”為10。硅的鋅當(dāng)量系數(shù)為正值，急劇縮小a區(qū)。若在銅鋅合金中加入1%鎳，則合金的組織相當(dāng)于合金中減少1.5%鋅的合金組織，故鎳的“鋅當(dāng)量系數(shù)”為-1.5,鎳的鋅當(dāng)量系數(shù)是負(fù)值，使a區(qū)擴(kuò)大。銅鋅合金加入其它元素后產(chǎn)

10、生的相區(qū)變化，可根據(jù)“虛擬鋅含量”來推算。女如HAI66-6-3-2（66Cu-6AI-3Fe2Mn，余為鋅）的“虛擬鋅含量”為48.6%，48.6%Zn的合金具有單相B組織。復(fù)雜黃銅：復(fù)雜黃銅中的a相及B相是多元復(fù)雜固溶體，其強(qiáng)化效果較大，而普通黃銅中的a及B相是簡單的Cu-Zn固溶體，其強(qiáng)化效果較低。鋅當(dāng)量相同，多元固溶體與簡單二元固溶體的性質(zhì)不同。鉛的作用及鉛黃銅：鉛提高黃銅的切削性能，使零件獲得高的光潔度，同時(shí)提高合金的耐磨性。單相a鉛黃銅可冷軋或熱擠，而（a+B）兩相鉛黃銅只能熱軋、熱擠。為了改善熱脆性，HPb59-1中加入0.005%稀土，可細(xì)化晶粒，使Pb分布均勻，或加入0.1%

11、AI,可顯著改善熱脆性，提高熱軋溫度上限，使鉛黃銅可在720750C進(jìn)行熱軋。鉛黃銅有極好的切削性能，耐磨、高強(qiáng)、耐蝕、導(dǎo)電性好，它以棒材，扁材、帶材等廣泛供應(yīng)汽車、拖拉機(jī)、鐘表、電器等工業(yè)，用以制作各種螺絲、螺母、電器插座、鐘表零件等。復(fù)雜黃銅的性能錫的作用及錫黃銅：錫抑制黃銅脫鋅，提高黃銅耐蝕性。錫黃銅在淡水及海水中均耐蝕，故稱“海軍黃銅”。加入0.020.05%As可進(jìn)一步提咼耐蝕性。錫還能提咼合金的強(qiáng)度和硬度，常用錫黃銅含1%Sn，含錫量過多會(huì)降低塑性。錫黃銅熱、冷壓力加工性能好。但HSn70-1在熱壓力加工時(shí)易裂，需要嚴(yán)格控制雜質(zhì)含量（如Pb為0.03%）,銅取上限（71%）,錫取下

12、限（1.01.2%）,這樣，在700720C熱軋或670720C熱擠，可獲得良好效果。錫黃銅主要用于海輪、熱電廠制作高強(qiáng)，耐蝕冷凝管、熱交換器，船舶零件等。鋁的作用及鋁黃銅黃銅中加入少量鋁能在合金表面形成堅(jiān)固的氧化膜，提高合金對(duì)氣體、溶液、高速海水的耐蝕性；鋁的鋅當(dāng)量系數(shù)高，形成B相的趨勢(shì)大，強(qiáng)化效果高，能顯著提高合金的強(qiáng)度和硬度。鋁含量增高時(shí)，將出現(xiàn)Y相，劇烈降低塑性，使晶粒粗化。為了使合金能進(jìn)行冷變形，鋁含量應(yīng)低于4%。含2%Al、20%Zn的鋁黃銅，其熱塑性最高。加入0.05%As及0.01%Be或0.4%Sb及0.01%Be可進(jìn)一步提高鋁黃銅的抗脫鋅腐蝕能力。HAI77-2用量最大，主

13、要是制成高強(qiáng)、耐蝕的管材，廣泛用做海船和發(fā)電站的冷凝器等。鋁黃銅的顏色隨成分而變化，通過調(diào)整成分，可獲得金黃色的鋁黃銅，作為金粉涂料的代用品。錳的作用及錳黃銅：錳起固溶強(qiáng)化作用，少量的錳可提高黃銅的強(qiáng)度、硬度。錳黃銅能較好地承受熱、冷壓力加工。錳能顯著升高黃銅在海水、氯化物和過熱蒸汽中的耐蝕性。錳黃銅、特別是同時(shí)加有鋁、錫或鐵的錳黃銅廣泛用于造船及軍工等部門。Cu-Zn-Mn系合金的顏色與含錳量有關(guān)，隨Mn量的增加，其顏色逐靳由紅變黃，由黃變白，含63.5%Cu,24.5%Zn，12%Mn的黃銅，具有良好的機(jī)械性能、工藝性能和耐蝕性，已部分地代含鎳白銅應(yīng)用于工業(yè)上。組別代號(hào)主要化學(xué)成分，%機(jī)械

14、性能（變形）Cu其它RmMPaA%HBPb黃銅HPb63-3HPb60-162.065.059.061.0Pb2.43.0Pb0.61.060061054Sn黃銅HSn90-1HSn62-188.091.061.063.0Sn0.250.75Sn0.71.152070054148Al黃銅HAI77-276.079.0Al1.82.665012170Si黃銅HSi65-1.5-363.566.5Si1.02.0Pb2.53.56008160M黃銅Fe黃銅HMn58-2HFe59-1-157.060.057.060.0Mn1.01.2Fe0.61.27007001010175160Ni黃銅HNi6

15、5-564.067.0Ni5.06.57004除黃銅、白銅之外的銅合金統(tǒng)稱青銅，是由Sn、Al、Be、Si、Mn、Cr、Cd、Zr、Ti等與銅組成的銅合金。錫青銅：其主要合金成分是錫。特殊青銅（無錫青銅）：其主要成分為除錫外的其它合金元素。青銅按主添加元素（如Sn、Al、Be等）分別命名為錫青銅、鋁青銅、鈹青銅等。以“Q+主加元素符號(hào)+除銅外的成分?jǐn)?shù)字組”表示。QSn6.5-0.l：6.5%Sn、0.1%P，余為銅的錫青銅QAI10-3-1.5：10%A1、3%Fe、1.5%Mn，余為銅的鋁青銅。青銅是最古老的銅合金。用于鼎、鐘、武器、銅鏡等。耐蝕、耐磨、彈性都好和鑄件體積收縮率小等。錫青銅有

16、三大用途：高強(qiáng)、彈性材料：如彈簧、彈片、彈性元件。耐磨材料：如滑動(dòng)軸承的軸套、齒輪等耐磨零件。鑄件體積收縮小、耐蝕，用來制作藝術(shù)鑄件，如銅像等。二元錫青銅的組織銅錫相圖中有兩個(gè)包晶反應(yīng)和三個(gè)共析反應(yīng)。6相：Y相在520C時(shí)的共析分解產(chǎn)物。6在350C分解成a+相。B、丫為高溫相，隨溫度降低而分解，因此，在一般條件下它們實(shí)際上不可能出現(xiàn)。6相分解速度慢，即使在20%錫以下的合金中，不存在相。錫青銅實(shí)際存在的組織為：低錫合金(QSn4-0.3和QSn4-3),變形和退火后為a固溶體組織。高錫合金，由a固溶體和共析體a+6組成。錫青銅ZQSn-10鑄態(tài)a+(a+6)共析富錫a相富銅a相二元錫青銅的性

17、能鑄造性能:銅錫合金結(jié)晶溫度間隔可達(dá)150160C，流動(dòng)性差；錫在銅中擴(kuò)散慢，熔點(diǎn)相差大，枝晶偏析嚴(yán)重，枝晶軸富銅，呈黑色；基底富錫，呈亮色。鑄錠在進(jìn)行壓力加工前要進(jìn)行均勻化退火，并經(jīng)多次壓力加工和退火后，才基本上消除枝晶偏析。錫青銅凝固時(shí)不形成集中縮孔，只形成沿鑄件斷面均勻分布在枝晶間的分散縮孔，所以，鑄件致密性差，在高壓下容易滲漏，不適于鑄造密度和氣密性要求高的零件。錫青銅線收縮率為1.451.5%,熱裂傾向小，利于獲得斷面厚薄不均、尺寸要求精確的復(fù)雜鑄件和花紋清晰的工藝美術(shù)品。錫青銅存在“反偏析”：凝固時(shí)鑄件富錫的易熔組分在體積收縮和析出氣體的作用下，由中心向表面移動(dòng)，使鑄件心部錫含量低

18、于表面的現(xiàn)象。“反偏析”明顯時(shí)，鑄件表面出現(xiàn)灰白色斑點(diǎn)或析出物形狀的所謂錫汗”。這些脆性析出物含錫1518%，由6相組成。機(jī)械性能：錫青銅的性能與含錫量及組織有關(guān)。在a相區(qū)，Sn含量增加，Rm及塑性均增大，在大約10%Sn附近，塑性最好，在2123%Sn附近Rm最大。6相(Cu3lSn8硬而脆，隨著6相增多，Rm升高，其后急劇下降。工業(yè)用合金中，錫的含量為314%；變形合金含錫wFe時(shí)，K相呈層狀析出；當(dāng)wNiVwFe時(shí)，K相呈塊狀；當(dāng)wNi=wFe時(shí)，K相為均勻分散細(xì)粒狀，有利于得到很好的機(jī)械性能。工業(yè)鋁青銅QAI10-4-4中Fe、Ni含量相等，在500C的抗拉強(qiáng)度比錫青銅在室溫的強(qiáng)度還高

19、。改變時(shí)效溫度可以調(diào)整其強(qiáng)度和塑性之間的配合。含鎳和鐵的鋁青銅作為高強(qiáng)度合金在航空工業(yè)中廣泛用來制造閥座和導(dǎo)向套筒，也在其它機(jī)器制造部門中用來制造齒輪和其它重要用途的零件。鍍青銅即含1.52.5%Be的銅合金。淬火時(shí)效強(qiáng)度高，Rm達(dá)12501500MPa,硬度350400HB。彈性極限高(700780MPa),彈性穩(wěn)定性好，彈性滯后小，耐蝕、耐磨、耐寒、耐疲勞，無磁性，沖擊不發(fā)生火花，導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能好，所以，鈹青銅的綜合性能優(yōu)良。鈹青銅用作高級(jí)彈性元件(如彈簧、膜片，手表的游絲)，特殊要求的耐磨元件，高速,高壓下工作的軸承、襯套、齒輪等。CuBe為基的有序固溶體，低溫穩(wěn)定相，室溫硬而脆。鈹青銅

20、相組成及其特性a、丫I、Y2三個(gè)單相區(qū)a：以銅為基的臵換固溶體，面心立方晶格，有良好的塑性，可冷熱變形。鈹原子半徑(111.3pm)比銅(127.8pm)小，造成嚴(yán)重晶格歪扭。a相有明顯溶解度變化，866CC2.7%)，605C(1.55%)，室溫(0.16%)。有強(qiáng)烈的時(shí)效強(qiáng)化效應(yīng)。Y1:以電子化合物Cu2Be為基的無序固溶體，體心立方結(jié)構(gòu)，高溫塑性好，淬火到室溫，塑性好，可冷變形。丫1相在緩冷時(shí)發(fā)生共析分解。Y2:電子化合物。鈹青銅的淬火和時(shí)效在760790C固溶處理，保溫時(shí)間為815min。為防止固溶體冷卻時(shí)分解，常用水淬。淬火后冷變形3040%再進(jìn)行時(shí)效。1100HHWiaIMSBM啊_M（工藝UD血你I分銅的；Hi|去應(yīng)丿jHIJ孿晶是指兩個(gè)晶體（或一個(gè)晶體的兩部分）沿一個(gè)公共晶面（即特定取向關(guān)系）構(gòu)成鏡面對(duì)稱的位向關(guān)系，這兩個(gè)晶體就稱為孿晶，此公共晶面就稱孿晶面。.般卜圖