銅及銅合金的分類講解

銅及銅合金的分類第二章銅及銅合金的分類銅是人類最早使用的金屬，自然界有自然銅存在，與其它金屬不同，銅在自然界中既以礦石的形式存在，也同時以純金屬的形式存在，其應用以純銅為主，同時其合合金也在工業(yè)等多個領域中廣泛應用，工業(yè)上常將銅和銅合金分為四類，分別是：純銅、黃銅、青銅和白銅。1.銅與銅合金的分類1.1按生產(chǎn)應用的方式（可分為二大類）形變銅與銅合金、鍛造銅與銅合金對于壓力加工專業(yè)來說，重要是和形變銅與銅合金打交道，因此，重點學習形變銅與銅合金。1.2銅與銅合金的名稱：根據(jù)歷史上形成的習慣，起的是某一種顏色的名稱，它們是：紫銅——純銅Cu黃銅——Cu-Zn合金青銅——錫青銅：Cu-Sn合金鋁青銅：Cu-Al合金鈹青銅：Cu-Be合金鈦青銅：Cu-Ti合金白銅——Cu-Ni合金(有的銅合金叫做青銅，但合金的顏色并不真就是青色的。)2.純銅純銅的新鮮表面是玫瑰紅色的，當表面氧化形成氧化亞銅Cu2O膜后就呈紫色，因此純銅就常被稱為紫銅。紫銅含有好的導電、導熱、耐蝕和可焊等性能，并可冷、熱壓力加工成多個半成品，工業(yè)上廣泛用于制作導電、導熱和耐蝕等器材。2.1純銅的成分、組織與性能2.2.1．其構(gòu)造、組織：在金屬學中學過，純Cu的晶體[構(gòu)造]是面心立方晶格（f、c、c），滑移系多，易塑性變形，塑性好。其組織由單一的銅晶粒構(gòu)成。2.2.2．在成分方面：100%純的金屬是沒有的，非100%純。Cu的最高純度可達99.999%（三個9）工業(yè)純Cu的純度約為99.90～99.96%雜質(zhì)的存在相稱于使純銅的成分變化，這自然會引發(fā)某些性能的變化。雖純Cu有某些性能幾乎不受雜質(zhì)的影響但導電率、機械性能卻受雜質(zhì)或晶4體缺點的影響較大現(xiàn)在先綜合看看工業(yè)純Cu的性能——2.2工業(yè)純銅的性能2.2.1純銅的性能優(yōu)點：從純銅的多個性能中我們能夠總結(jié)出幾條性能優(yōu)點，從而能夠明白為什么銅會以純金屬的形式得到這樣廣泛的應用。①優(yōu)良的導電、導熱性；∴Cu廣泛用于：導電器（如：電線、電纜、電器開關）導熱器（如：冷凝管、散熱管、熱交換器）②良好的耐蝕性；Cu含有極好的耐蝕性，且反映后表面有保護膜（銅綠）在普通的溫度下，銅不太會與干燥空氣中的氧氣O2反映，但Cu能與CO2、SO2、醋發(fā)生作用，生成銅綠――堿式碳酸銅、堿式硫酸銅CuSO4·3(OH)2（深綠色）、堿式醋酸銅，這樣銅的表面上就慢慢生成了一層保護膜。③有良好的塑性退火工業(yè)純銅的拉伸延伸率δ≈50%，純Cu易加工成材例：加工出來的細銅絲可細于頭發(fā)絲（8絲）達4～5絲2.2.2純銅的機械性能與工藝性能我們通過結(jié)合純銅的生產(chǎn)、加工過程來理解、認識(1)純Cu的加工過程（幾乎全部純銅都是通過加工成材供應顧客的，我們在工廠中能夠觀察到，其生產(chǎn)過程普通為：(2)純銅的機械性能——①鑄態(tài)銅的性能很低；②經(jīng)加工后，軟態(tài)銅、硬態(tài)銅的性能，見上面數(shù)據(jù)；③銅通過強烈冷加工（形變率ε≥80%）后，強度δb將急劇升高，但塑5性強烈變壞，加工硬化很厲害，對純銅來說，其機械性能是由其晶粒度和位借密度所決定的。(3)純銅的熱加工工藝性能我們懂得，熱加工應選擇在塑性高的溫度范疇內(nèi)進行，那么純銅在什么溫度時塑性高呢？——人們通過實驗，得到了純銅的機械性能與溫度的關系曲線：由此可看出：①ζb隨T↑而↓②在500—600℃，δ、最小存在著“低塑性區(qū)”——若在這個溫度范疇進行熱加工，工件會產(chǎn)生熱裂、熱脆?！啵冦~的熱加工應選擇在高于低塑性區(qū)的溫度進行。）即：T熱加工＞700℃2.3雜質(zhì)及微量元素對銅的影響紫銅中雜質(zhì)重要來自原料，同時與熔煉等工藝也有關。諸多個雜質(zhì)既使含量極少（甚至十萬分之幾）也有激烈減少銅的導電、導熱和壓力加工等性能。為改善銅的性能，有時須添加某些其它微量元素，或允許某些脫氧劑元素在銅中保持一定的殘留量。2.3.1紫銅可按其所含雜質(zhì)及微量元素的不同，分為三類：(1)加工紫銅有T1、T2、T3、T4等，特點是氧含量較高；(2)無氧銅及脫氧銅有TU1、TU2、TUP、TUMn等，特點是氧含量極少，在脫氧銅中還殘留少量脫氧劑元素；(3)特種銅有砷銅、銀銅、銻銅等；特點是分別加入了不同的微量元素。2.3.2雜質(zhì)與微量元素對純銅的影響雜質(zhì)與微量元素的來源：雜質(zhì)：工業(yè)純銅中普通含有0.05-0.3%的雜質(zhì)6微量元素：為了改善銅性能，人們故意加入某些微量元素。（例如，為了提高Cu的高溫塑性、細化晶粒加入Ce、Zr；Ti等元素。為了提高銅的切削性、耐磨性加入微量的Pb等）。影響：對性能的影響含有兩重性：有利、有害應根據(jù)具體的加工、使用條件加以控制和解決。下面，根據(jù)它們在銅中的溶解度及存在狀態(tài)，分成三類來分析：2.3.2.1雜質(zhì)及微量元素對銅的導電、導熱性的影響全部雜質(zhì)及微量元素均不同程度地減少銅的導電性和導熱性。固溶于銅的元素（除銀、鎘以外）對于銅的導電性和導熱性減少地多，而呈第二相析出的元素則對于銅的導電、導熱性減少較少。7金屬的導電性可用導電系數(shù)（單位：米/歐姆·毫米2）表達，也可用1913年制訂的國標軟銅（Cu+Ag≥99.90%,退火后，20℃時的電阻系數(shù)為0.017241歐姆·毫米2/米或1.7241微歐姆·厘米，導電系數(shù)為58.0米/歐姆·毫米2）導電率原則（IACS）作為100%加以比較和擬定?，F(xiàn)在銅的純度大大提高，其導電率已增到102%IACS以上。加工因素對銅的導電率也有一定的影響，很大的冷加工率可使銅的導電率下降約2%IACS。銅及銅合金的導熱系數(shù)和導電率之間存在內(nèi)在的聯(lián)系，在某一溫度下的導熱系數(shù)可根據(jù)在該溫度下的導電率(%)IACS按估算，導電率g＞25～30%IACS的導電、導熱、低合金化銅帶合金，其導系數(shù)還可用下式估算：式中：λ—實驗測知的合金導電系數(shù)，米/歐姆·毫米2X－含銅量，%(重)2.3.2.2雜質(zhì)及微量元素對銅的軟化溫度和晶粒大小的影響銅的軟化溫度和晶粒大小，影響到銅的加工和使用性能。而雜質(zhì)及微量元素對銅的軟化溫度和晶粒大小影響又很大。固溶和生成彌散析出相得雜質(zhì)和微量元素，均提高銅的軟化溫度。在一定范疇內(nèi)隨這些元素含量的增加，銅的軟化溫度的增高；但生成氧化物的雜質(zhì)，大都對銅的軟化溫度沒有明顯影響。另外，銅的軟化溫度與諸多工藝因素有關，例如，冷加工率大冷加工前的退火溫度減少、冷卻慢（此時固溶體的過飽和程度?。?，冷加工后的退火時間等，則銅的軟化溫度低。8在含氧的導電用銅中，銻、鎘、鐵、磷、錫等可與氧化亞銅中的氧作用，生成它們自己的氧化物，減少了它們在銅中的固溶度，從而削弱甚至完全消除了它們對銅的軟化溫度的影響。砷含量0.05%下列時，與銅中正常含量的氧無明顯作用；硒、銻也與砷相似，因此，它們均提高導電用含氧銅的軟化溫度。鎳雖與氧化亞銅作用生成氧化鎳，但對銅的軟化溫度影響很小。在無氧銅中，雜質(zhì)所提高的軟化溫度，普通比在含氧銅中要大；由于在無氧銅中，雜質(zhì)不形成氧化物。銀、磷、銻、鎘、錫、鉻等提高無氧銅的軟化溫度最多，砷、錫、銻等次之，硫、鐵、鎳、鈷、鋅等最少。銅的軟化溫度增加，不是單個元素影響的算術和，而只是比含有最大影響的元素所提高的軟化溫度略高一點而已。雜質(zhì)對銅在退火時的晶粒長大有很大的影響。高純銅的經(jīng)理隨退火溫度的升高而快速長大，并且晶粒尺寸也很不均勻。導電用銅則由于氧化亞銅存在，在普通的退火溫度范疇內(nèi)，可有效地克制晶粒長大。脫氧銅和無氧銅即使與高純銅有類似之處，但也由于有微量雜質(zhì)析出物的存在，仍可有效控制晶粒長大，并獲得均勻的晶粒尺寸。不管雜質(zhì)含量如何，在生產(chǎn)中控制加工率、退火溫度和時間，是控制再結(jié)晶晶粒長大的基本條件。2.3.2.3雜質(zhì)及微量元素對銅的加工性能的影響固溶的雜質(zhì)及微量元素，實際不影響銅的冷、熱加工性能。極少固溶或幾乎不固溶于銅的雜質(zhì)及微量元素，則視其所生過剩相得狀況不同，對銅的壓力加工性能將有著不同的影響。例如，氧、硫、硒、碲在銅中分別形成Cu2O、Cu2S、Cu2Se、Cu2Te9等脆性化合物，減少銅的塑性；鉛、鉍與銅生成易熔共晶，熱軋時易裂；脆性的鉍呈薄層分布在銅的晶界上，還使銅產(chǎn)生冷脆性。為提高銅的高溫塑性，避免熱脆性，可根據(jù)相圖選擇那些與有害物質(zhì)形成難熔化合物（熔點高于銅的熔點或熱軋溫度）的元素加入銅內(nèi)，其加入量可根據(jù)該難熔化合物的分子式和已知有害物質(zhì)含量大致算出。鋰、鈣、鈰或混合稀土金屬、鋯、鈾等均可消除鉛等雜質(zhì)的有害作用。提高銅的高溫塑性的另一種辦法是細化銅錠晶粒，相對減少有害雜質(zhì)在晶界上的濃度，銅中加入微量的鈦、鋯、鉻、硼等元素，都能細化晶粒，克制柱狀晶的發(fā)展，并減小銅的高溫脆性。銅的熔鑄、壓力加工和實驗條件也將引發(fā)銅的成分或組織變化，對銅的高溫塑性也有影響。銅在低溫含有良好的塑性，但隨溫度的升高，往往出現(xiàn)一脆性區(qū)，熱加工常需要在高于此脆性區(qū)的溫度下進行。脆性區(qū)與質(zhì)的性質(zhì)、含量、分布、固溶度變化有關。如鉛呈易熔共晶，中溫變成液態(tài)消弱晶間聯(lián)接，使銅熱脆高溫時，鉛、鉍又固溶于銅，使塑性又有升高。10有些研究工作表明，銅在300~600℃呈脆性區(qū)是雜質(zhì)引發(fā)的。含氧少的銅常含一定的氫，在上述溫度范疇內(nèi)，試樣在拉伸應力作用下，氫從固溶體中析出，并在銅的致密處（首先是在晶界上）聚集起來，處在高壓氣體狀態(tài)，使銅開裂。隨溫度的升高，氫又部分或全部固溶于銅，又使銅的屬性增高。實踐證明：采用銅豆少（含氫也少）的電解銅，可提高銅錠和銅材的高溫塑性，脫氧的銅錠在400～600℃有明顯脆性區(qū)，而用0.03%硅加0.01%鎂脫氧的，則沒有脆性區(qū)。由于磷與氫相似，為表面活性元素，易吸附在銅的晶界上，引發(fā)高溫脆性。半連鍛造的紫銅錠，在橫向熱軋開坯時，裂的較多，而在縱向熱軋開坯時，幾乎不裂。闡明銅錠的塑性，很明顯與柱狀晶的方向有關。經(jīng)多次壓力加工的銅材，其高溫塑性比銅錠要好得多，并且隨著變形量的增加，脆性區(qū)向低溫方向移動，同時，塑性下降的程度也減少，甚至變得完全看不出脆性區(qū)，這可能是由于：多次變形增加了晶粒數(shù)目和晶界總的面積，更重要的時破壞了鍛造組織，壓合了晶界的顯微疏松等缺點造成的。2.4紫銅的熱解決及熱解決規(guī)范2.5紫銅的力學性能113.黃銅黃銅涉及銅-鋅二元合金（稱普通黃銅或簡樸黃銅）和銅鋅中加有其它組元的多元合金（稱特殊黃銅或復雜黃銅）。黃銅有良好的工藝性能、機械性能和耐腐蝕性，有的尚有較高的導電性和導熱性。是重金屬加應用最廣的金屬材料之一。黃銅是工業(yè)上應用最廣的一種銅合金，Zn在Cu中的最大固溶度可達39%（456℃）。名稱的由來：Cu—Zn合金隨（鋅含量）Zn%的增加，合金的顏色也在變化。當Zn含量達成一定值（15%）后逐步顯現(xiàn)出美麗的金黃色。（Zn<20%時）或淡黃色（Zn=30—45%時）故稱為黃銅。黃銅定義——以Zn為重要加入元素的銅合金。（光說是Cu—Zn合金不完全）黃銅可分為：Cu—Zn：二元黃銅（簡樸黃銅、普通黃銅）Cu—Zn+1種或數(shù)種其它合金元素：多元黃銅（復雜黃銅、特殊黃銅）黃銅表達法：(加鋁提高耐腐蝕性)123.1一、二元黃銅3.1.1成分與組織要徹底理解Cu-Zn合金的狀況，就要先分析清晰Cu-Zn二元相圖，從相圖中能夠看出：Zn大量固溶于Cu中在不同的成分，溫度變化中有五個包晶轉(zhuǎn)變、一種共析轉(zhuǎn)變、一種有序轉(zhuǎn)變在固態(tài)下有六個相：α、β、γ、δ、ε、。載454-468°C有β（無序固溶體）β′(有序固熔體)轉(zhuǎn)變。各個相的構(gòu)造特性見表1-2-1。13性能：無序的β相：塑性極高，適于熱加工；有序的β’相：比較硬脆，冷變形較困難。含有β’的合金不適宜冷加工變形，適合采用熱加工。在454°C時，鋅在α中的極限含量39%，當溫度升高或減少時，鋅在α中的極限含量均減少；載454°C下列經(jīng)長久退火、處在平衡或靠近平衡時，鋅在α中的極限含量見表1-2-2。α-黃銅的晶格常數(shù)與含鋅量的關系見圖1-2-2。若將黃銅式樣分別再200-430°C溫度范疇內(nèi)保持六個月以上，則發(fā)現(xiàn)約在250°C或255°C有β’→α+γ的共析分解（圖1-2-3實線），另外，采用X-射線、電阻、熱容等測辦法，發(fā)現(xiàn)在α固溶體區(qū)內(nèi)存在Cu3Zn化合物的兩種有序構(gòu)造（低溫α1及高溫的α2）（圖1-2-3虛線），但該兩種有序構(gòu)造的區(qū)別尚難以擬定。有的文獻指出，含25%Zn（原子）的黃銅在高于350°C、含30%Zn（原子）的黃銅在高于450°C變?yōu)闊o序。在普通的生產(chǎn)條件下，仍可用圖1-2-1來分析簡樸黃銅的組織及組織所帶來的性14能變化。工業(yè)用黃銅的含鋅量普通在50%（重量）下列。在生產(chǎn)條件下簡樸黃銅可按含鋅范疇及室溫組織特性進行分類（見表1-2-3）。3.1.2簡樸黃銅的性能黃銅的性能與鋅含量及工藝因素有關，鋅含量對簡樸黃銅在不同狀態(tài)的性能影響分別見圖1-2-63.1.2.1常溫機械性能常溫下①在α相區(qū)：隨Zn%↑、ζb↑、δ↑當Zn=30～32%、δ%達成最大值max（H70、H68）②在α+β’相區(qū)：Zn%↑、δ↓、而ζb↑（繼續(xù)增加）當Zn=46.5%、ζb達max.③在β’相區(qū)：Zn%↑、ζb↑、δ↑常溫黃銅材料的選擇（選材）：要ζb↑高、選α+β’黃銅；要δ高、選α黃銅如H70、H68用于深沖件，稱為“彈殼黃銅”。153.1.2.2高溫機械性能黃銅含有T↑、ζb↓的普通規(guī)律。特殊性：但由于黃銅分：α黃銅和α+β’黃銅，（組織不同，性能的變化也不同，在這里，涉及兩件事要注意）a）加熱時β’相有一種有序轉(zhuǎn)變：ββ’塑性低塑性極高、柔軟b）黃銅中雜質(zhì)的影響（與紫銅相類似）①α黃銅與α+β’黃銅高溫性能比較：α黃銅：加熱時α還是αα+β’黃銅：熱軋普通加熱到β相區(qū)的溫度T有α+β’>500℃β塑性極高3.3簡樸黃銅中雜質(zhì)的影響簡樸黃銅中常見的雜質(zhì)有鐵、鉛、鉍、銻、磷和砷等，他們的影響是:鐵:在簡樸黃銅中,鐵作為雜質(zhì)存在,對機械性能沒有明顯的影響。鐵在黃銅中的溶解度及小，它常以富鐵相質(zhì)點分布在基體中,含有細化晶粒的作用(見圖1-2-29)。當黃銅中有硅存在時,鐵與硅會形成高硬度(HV950)的硅化鐵質(zhì)點，使切削性能變環(huán)。有的工廠在H60中加入0.3%-0.6%鐵,以提高板材深沖性能,用做深沖零件,但做抗磁用黃銅零件時，含鐵量規(guī)定<0.03%。鉛和鉍:鉛和鉍對黃銅的高溫加工性能的影響見16圖1-2-30。鉛在簡樸黃銅中是有害雜質(zhì)，它常成顆粒狀分布在晶界上的易溶共晶中，但α黃銅的含鉛量>0.03%時，使黃銅在熱加工時出現(xiàn)熱脆性,但對冷加工性能無明顯影響。(α+β)兩相黃銅中,鉛的允許含量能夠提高某些,由于這種合金在加熱和冷卻過程中,回發(fā)生固態(tài)變相(α+β)β)時可使鉛大部分轉(zhuǎn)入晶內(nèi)，減輕其危害性。鉍常呈持續(xù)的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，對黃銅的危害性遠比鉛大(約為鉛地5-10倍)，其允許含量比鉛更小(見表1-2-5)減輕鉛和鉍的有害影響的有效途徑是加入能與這些雜質(zhì)形成彌散的高熔點金屬化合物的元素，使雜質(zhì)質(zhì)點均勻分布在晶粒內(nèi)部。如鋯可分為鉛與鉍形成高熔點穩(wěn)定化合物ZrxPby(°C)和ZrxBiy(2200°C)，因此，黃銅中加入少量鋯能夠抵消鉛鉍的有害影響，明顯改善熱加工性能，實驗指出：在含有0.14%鉛的H70中加入0.22%鋯，可獲得良好的效果，此時，鋯與鉛的當量比約為1.5。鈾也有類似于鋯的作用。含有鉛鉍等易熔雜質(zhì)的黃銅，于冷加工后，如果快速加熱到再結(jié)晶溫度以上進行退火，可能忽然暴烈，這種現(xiàn)象稱為“火裂”。黃銅的純度愈高、晶粒愈細、鉛的分布愈彌散，就愈不易出現(xiàn)“火裂”現(xiàn)象。避免“火裂”的有效辦法是退火時緩慢加熱。銻：隨著溫度的減少，銻在α黃銅中的溶解度急劇減少（見圖1-2-31），甚至銻含量不大于0.1%時就會析出脆性化合物Cu2Sb,它呈現(xiàn)網(wǎng)狀分布在晶界上，嚴重損害黃銅的冷加工性能。銻還促使黃銅產(chǎn)生熱脆性，因此銻是黃銅中有害雜質(zhì)。加入微量鋰能夠減少銻對黃銅塑性的有害影響，因鋰與銻能形成高熔點（1145°C）的Li3Sb質(zhì)點，比較均勻的分布在晶粒內(nèi)部，從而減輕了危害性。淬火液能夠提高含銻黃銅的冷加工塑性。磷：極少固熔于銅-鋅合金，在α黃銅中超出0.05%-0.06%磷，就出現(xiàn)脆性相Cu3P，減少黃銅塑性。磷明顯提高冷加工黃銅的再結(jié)晶溫度，在退火時容易產(chǎn)生晶粒大小不均現(xiàn)象，但是少量的磷能夠使黃銅晶粒細化，提高黃銅的機械性能。砷：室溫時，砷在黃銅中的溶解度<0.1%，過量則產(chǎn)生脆性化合物Cu3As，分布在17晶界上，減少黃銅塑性，在黃銅中加入0.02%-0.05%砷，可避免黃銅脫鋅，提高黃銅的耐腐蝕性。雜質(zhì)在簡樸黃銅中的允許含量見表1-2-5，不同牌號的簡樸黃銅，有不同的雜質(zhì)允許含量，可參考YB-71。3.4簡樸哈的成分、性能和用途簡樸黃銅的成分、特性及用途見表1-2-6；18簡樸黃銅的物理、機械性能及某些工藝實驗見表1-2-7；4.青銅在我國，除銅-鋅系(黃銅)、銅鎳系(白銅)合金以外的銅合金統(tǒng)稱為青銅。青銅范疇比較廣，重要涉及錫青銅、錫磷青銅、鋁青銅、鈹青銅、鉻青銅、鋯青銅、鐵青銅、鎘青銅、鎂青銅、鈦青銅、硅青銅等，另外，尚有鎳硅青銅、鈷青銅、銀鋯青銅等。國外將高銅合金單列一類，或并入紫銅系列，我國剛列入青銅。青銅有高的強度、硬度、耐熱性和良好的導電性，它們廣泛應有于汽車、機機械、電子行業(yè)。其中，錫青銅重要用于制造汽車及其它工業(yè)部門中承受摩擦的零件，如汽缸活塞銷襯套、軸承和襯套的內(nèi)襯、副連桿襯套、圓盤和墊圈等，錫磷青銅廣泛用于制造彈性元件、精密儀器儀表中的耐磨零件和抗磁零件，鋁青銅重要用于用齒輪、搖臂、襯套、圓盤接管嘴、軸承、固定螺母等高強度的和耐磨的構(gòu)造零件、鈹青銅用于19制造電機中的彈簧片、接觸電橋、螺栓、緊固件以及儀器儀表中的彈簧、開關部件、電接插件和電阻點焊電極頭、縫焊電極盤、模鑄塞棒頭、塑料模具等，鉻青銅帶廣泛用作電氣設備的高溫導電耐磨零件、鋯青銅用于規(guī)定導電規(guī)定高、強度適中、彎曲成形性的抗應力松弛性能好的場合，鉻青銅、鐵青銅、和鎳硅青銅是大規(guī)模集成電路引線框架關健材料，鎘青銅廣泛用于制造電工裝置的導電、耐熱、耐磨零件，鎂青銅重要用作制造電纜、飛機天線等導電元件，硅青銅可用作彈性元件以及航空上工作溫度高、單位壓力不大的摩擦零件，鈷鉻硅青銅可用于加工電阻焊電極、滾輪、電極塊和水平持續(xù)澆鑄的結(jié)晶器等。鈦青銅可用于制造高強度、高彈性、高耐磨性的零件等。Cu-Ag-Zr合金是航天飛行的液體火箭發(fā)動機燃燒室內(nèi)壁抱負的高強度導熱材料，本章重要敘述青銅的成分、制備工藝和不同解決狀態(tài)合金的組織和性能。4.1類別及牌號4.1.1類別：原來：青銅是指Cu—Sn合金因久遠青銅器的表面顏色而得名為青銅（其組織中的δ相呈青白色）。后來：青銅的范疇有了擴展、現(xiàn)把除Cu—Zn黃銅和Cu—Zn白銅之外的銅合金都叫青銅。重要有：Cu—Sn錫青銅Cu—Al鋁青銅Cu—Be鈹青銅Cu—Ti鈦青銅4.1.2牌號按第一重要添加元素（Sn、Al、Be??）來命名并以“Q+主添元素符號+除Cu外的成分數(shù)字組”表達。（與黃銅不同）例如：QSn6.5~0.4表達含6.5%Sn和0.4%P的錫青銅。（又叫錫磷青銅）下面對三種重要的青銅：錫青銅、鋁青銅、鈹青銅分別介紹：4.2錫青銅錫青銅是含錫、鋅、鉛或磷的銅合金。其中，元素鋅除強化銅-錫固溶體(α)外，還改善合金的流動性，減少結(jié)晶溫度范疇，減輕反偏析的程度，提高合金的充型能力和補縮能力，鉛以單質(zhì)相存在，分布于枝晶間，減少晶間顯微縮孔，有助于提高鑄件的致密度，改善合金的耐磨性的切削性能，元素磷在銅中的溶解度很小，重要以(α+Cu3P)共晶的形式存在，以Cu3P化合物有很高的硬度，明顯地提高合金的力學性能，同時，元素磷還能明顯地減少銅合金熔體的表面張力，提高熔體的流動性和充型能力。錫青銅含有較高的強度，良好的抗滑動摩擦性，優(yōu)良的切削性能和良好的焊接性能，在大氣、淡水中有良好的耐腐蝕性能。4.2.1牌號、品種、規(guī)格與供應狀態(tài)20(1)材料牌號：QSN4-4-2.5相近牌號：C54400(美國)、C5541(日本)品種、規(guī)格與供應狀態(tài)見下表(2)化學成分QSN4-4-2.5的化學成分見下表4.2.2組織、成分及相圖分析(1)成分：工業(yè)上錫青銅3～14％Sn其中形變用的錫青銅由于對塑性規(guī)定較高，形變合金＜7～8％Sn。(2)Cu—Sn相圖分析豎虛線補充闡明。從相圖可看出兩點：①相圖上的轉(zhuǎn)變與各相：轉(zhuǎn)變有包晶反映、共析反映：21工業(yè)青銅Sn含量3~14%時，只有α、β、γ、δ幾個相重要相：α——Sn在Cu中的置換固溶體S.S.fcc構(gòu)造β——電子化合物Cu5Sn為基的ss.bcc構(gòu)造γ——電子化學Cu31Sn8為基的SS.復雜立方構(gòu)造γ只在高溫下穩(wěn)定T↓，共析分解δ——電子化合物Cu31Sn8為基的固溶體，復雜立方構(gòu)造，低溫下穩(wěn)定，性能硬脆（不能塑性變形）②相圖特點：結(jié)晶區(qū)間大，△T達100—160℃。從金屬學、鍛造角度來看，這會帶來什么后果呢：a)易造成疏松，分散性縮孔b)易產(chǎn)生偏析，如易形成反常偏析這樣就造成成分不均勻，組織不均勻。c)Sn在Cu擴散系數(shù)D很?。?0-12—10–13cm2/秒∴又易造成成分不均勻。b)、c)使結(jié)晶過程難以達成平衡狀態(tài)，枝晶偏析嚴重，（生產(chǎn)條件下錫青銅鑄態(tài)組織與平衡狀態(tài)相比差別很大），見Cu—Sn相圖的虛線可知?！喈擲n=5～6%時，就出現(xiàn)了（α+δ）共析組織。③成分與組織的關系：（成分——組織）生產(chǎn)條件下：當Sn≤5~6%時，組織為樹枝狀α相當Sn＞5~6%時，組織為樹枝狀α+（α+δ）共析體而Sn≥10%時，組織為樹枝狀α+（α+δ）共析體（α+δ）共析體↑δ相硬而脆，不能進行塑性加工，（α+δ）↑多是不利的。形變合金選7～8%Sn的因素就在這里。另外，對形變用錫青銅，為了提高其加工性，根據(jù)金屬學消除晶內(nèi)偏析知識——均勻化退火：對鑄錠在600~700℃，長時間（如7~12hr）退火，則鑄態(tài)錫青銅可獲得單相的α組織（等軸晶）。4.2.3錫青銅的性能及與成分組織的關系錫青銅的許多優(yōu)良性能與其成分組織有親密的關系。4.2.3.1鍛造性能：鍛造性能好——重要是講其成型性好。結(jié)晶區(qū)間△T大：100—160℃?！鱐結(jié)晶大帶來的第一種后果就是：易形成疏松，分散縮孔，鍛造收縮率22是有色合金中最小的。結(jié)晶時體積收縮率小，充滿鑄模的能力大，這樣在鍛造時就無需設冒口了——成形性好，可鍛造出形狀復雜，花紋清晰、細致的青銅工藝品來。4.2.3.2耐磨性：好△T結(jié)晶大第二個后果：易產(chǎn)生偏析，對青銅來說是反偏析。Sn在鑄件表面的含量↑↑（2～3倍），產(chǎn)生大量的（α+δ）共析。而耐磨性涉及抗磨、減磨兩方面①δ相硬脆／α相是軟基底，抗磨性增加。②疏松，分散縮孔多，可大量貯藏潤滑油，使f↓↓，減磨性↑。這樣，由于同時其備了耐磨性的兩個方面，錫青銅耐磨性好。4.2.3.3耐蝕性：錫青銅表面有①含Sn的細密保護膜②由Cu2O及2CuCO3`Cu(OH)2構(gòu)成的保護膜比黃銅的耐蝕性好。并且隨Sn%↑（至10%Sn）耐蝕性↑。青銅器幾千年地下/風雨日曬不壞的因素也就在這里。4.2.4機械性能：（錫青銅含有較好的機械性能）見曲線。①在α相區(qū)：Sn%↑，ζb↑，δ%↑鑄態(tài)Z態(tài)：Sn=5～6%，δmax、而M態(tài)：Sn=10%δmax②在α+δ相區(qū)：（由于出現(xiàn)硬脆的δ相）Sn%↑，ζb↑，δ%↓當Sn%=21~23%ζbmax（當）Sn＞23%由于δ相增多，使ζb↓）4.2.5壓力加工工藝性能：普通來講，二元錫青銅是很難熱加工的因素：熱加工塑性差——①α相塑性δ，隨T↑而↓；②由于△T大造成的疏松、縮孔多、偏析嚴重使塑性↓↓不容易加工；③雜質(zhì)的影響：由于Bi、Pb等形成易熔共晶，使熱塑性↓↓。工業(yè)上錫青銅極少用二元的，而是用加了其它合金元素的多元錫青銅。加入合金元素改善鑄錠質(zhì)量。23重要添加元素有P、Zn、Pb、Ni等4.2.5.1P的作用與錫磷青銅：如QSn6.5—0.1或（0.4）P的作用，概括起來為：脫氧、增加鍛造時的流動性，固溶強化、提高耐磨性、耐蝕性下面略加闡明：①脫氧：P本身就是強烈的脫氧劑，能去掉含O氧夾雜物②增加流動性：P既然使金屬液體中的雜質(zhì)減少，自然使（鍛造時的）流動性↑。③固溶強化：當P加入適量時，可對α基體起固溶強化作用從而提高ζb、ζ-1和疲勞強度④但∵P在（錫青銅）Cu—Sn中的極限溶解度Cmax≈0.2%工業(yè)中P的加入量普通為；P≯0.4~0.5%若超出，會出現(xiàn)（α+δ+Cu3P）共晶，T熔=628℃這是易熔共晶，熱軋時出現(xiàn)熱脆∴≯0.5%P。錫磷青銅在工業(yè)廣泛用來作彈性材料，就其壓力加工來說，普通認為錫磷青銅也是難以進行熱加工的，只能冷軋成材。但國內(nèi)某些工廠：701廠、上海銅廠、常州銅材廠成功地進行了熱軋。這大大提高了生產(chǎn)效率，減少了成本。4.3物理及化學性能4.3.1物理性能密度：9000kg/m3熱性能：熔化溫度范疇：927～999℃熱導率：λ=87.12W/(m.℃)比熱容：C=376J/(kg.℃)線膨脹系數(shù)：α=18.0×10-6℃-1(20℃),α=19.0×10-6℃-1(20℃～500℃)電性能：導電率：g=19.8%IACS電阻率：0.087μΩ.m4.3.2化學性能合金在大氣、淡水和海水中有良好的化學穩(wěn)定性，在不同介質(zhì)中的腐蝕速度見下表244.3.3熱解決QSN4-4-2.5合金不能熱解決強化。退火溫度：480～650℃。消除應力退火溫度：200～290℃。4.3.4力學性能(1)技術原則規(guī)定的性能見下表(2)硬度QSN4-4-2.5合金的硬度見下表室溫硬度高溫硬度(3)拉伸性能供應狀態(tài)QSN4-4-2.5合金的拉伸性能見下表不同加工變形率和不同溫度退火后材料的拉伸性能見下圖25拉伸性能與變形率的關系拉伸性能和退火溫度的關系原材料：δ=4mm軟板材原材料：δ=4mm硬板材QSN4-4-2.5合金拉伸性能見下表4.4鋁青銅力加工材料。它含有以下的多個優(yōu)點——性能優(yōu)點：①含有比錫青銅更高的機械性能，能夠與鋼相比美：強度、沖擊韌性、疲勞強度②耐蝕、耐磨；耐寒、耐熱；沖擊不生火花；耐蝕性比錫青銅更加好，（因Cu－Al合金表面生成Al和Cu的氧化物混合體，是牢固的氧化膜。）Al2O3③流動性比錫青銅好，可獲得致密的鑄錠或鑄件，鋁青銅的△T結(jié)晶只有10—30℃與黃銅類似；流動性好，易于獲得致密的鑄件。4.5鈹青銅4.5.1鈹青銅是典型的時效強化合金。性能優(yōu)點：26①強度是銅合金中最高的，它可時效強化，且強化效果大合金經(jīng)“淬火—冷加工成形—時效”解決后高的強度：ζb可達150kg/mm2含有高的硬度：HV≥370高的彈性極限：ζe可達80kg/mm2并且彈性滯后小，彈性穩(wěn)