第10章 铜及其合金--20090316.ppt

第十章铜合金 紫铜工业纯铜黄铜 Cu Zn M 青铜 除Zn Ni外 Cu M 锡青铜 Cu Sn M 特殊青铜 Cu Al Cu Be 白铜 Cu Ni 铜及铜合金的主要性能 1 高导电率和导热率 2 具有良好塑性 易于成型 3 高强度与良好耐磨性 4 某些条件下有良好的耐蚀性 至今仍然被广泛应用 是发展电力 电机 电工仪器和航海 造船工业的材料 但铜资源少 价格贵 当前全世界已查明的储量为6 4万t 10 1工业纯铜 紫铜 一 特性密度8 94 熔点1083 面心立方 无同素异型转变 导电导热性好 金属材料导电性排序 Ag Cu Au Al Mg Zn Ni 高的的稳定性 大气 淡水 但在海水中稍差 在氧化性酸及各种盐类极易被腐蚀 一定的机械性能 b200 240MPa 冷加工状态下 b 450MPa 优良的加工成形性 铜有极高的塑性 优良的可焊性 铜的另一个特性是无磁性 常用来制造不受磁场干扰的磁学仪器 二 杂质1 O S与Cu形成 Cu Cu2S 和 Cu Cu2O 共晶 熔点为1067 均高于Cu的热加工温度 冷加工时易产生破裂 冷脆 2 H与Cu O形成Cu与H2O气泡 降低塑性 氢脆 3 Pb Bi与Cu形成低熔点共晶 熔点低 其共晶温度相应为270 和326 分布在晶界上 热加工时会引起热脆 4 其它 如Al Fe Ni Sn Zn Sb等 虽在铜的溶解度较大 但对铜性能的影响较小 三 分类 牌号及用途根据O 和生产方法的不同 可分为三类 韧铜 0 02 0 10 O T1 T2 T3 T4 T1 T2 导电及高纯度铜合金用 T3 T4 一般用铜材及铜合金 无氧铜 0 003 TU1 TU2 主要用于电子真空仪器仪表中导体脱氧铜 0 01 TUP TUMn TUP主要用于焊接用铜材 制作热交换器 排水管 冷凝管等 TUMn用于电子管用铜材 10 2铜中的合金元素 在铜中无限固溶 Ni Au Mn 大多数合金元素为有限溶解 Ni Al Sn Zn Mn是有效的固溶强化元素 但不同程度地降低导电性和导热性 铜合金中能形成许多强化相 2 CuBe Cr2Zr Ni2Si NiAl或NiAl2 Cu3Ti 10 3黄铜 分为 Cu Zn二元黄铜或Cu Zn M特殊黄铜 Zn 50 一 二元黄铜 Cu Zn二元相图 相组成 1 固溶体 2 电子化合物 以CuZn为基的固溶体 在456 468 以下为 有序相 高温 塑性好 低温 难以冷变形 含 相的黄铜只能采用热加工成型 3 电子化合物Cu5Zn8为基的固溶体 电子浓度21 13 硬且脆 无实用价值 Cu Zn合金随Zn 的组织与性能变化 组织和性能1 组织Zn 36 的合金为 黄铜 Zn 36 46 的合金为 黄铜2 性能 1 力学性能见图 2 良好的铸造性能 3 耐蚀性在大气 淡水 海水中耐蚀性良好 黄铜的腐蚀表现为脱锌和应力腐蚀 脱锌 在中性盐水溶液中锌发生选择性溶解 可加入微量As0 02 0 06 来防止 应力腐蚀 在张应力下由腐蚀介质氨 二氧化硫和湿空气的联合作用 发生应力腐蚀 锌含量高于25 的黄铜H70 H68 H62对此敏感 加入少量Si1 0 1 5 或微量砷As0 02 0 06 牌号与性能1 低锌黄铜H96 H90 H85 黄铜用于冷凝器和散热器 2 三七黄铜H70 H68 黄铜用于深冲或深拉制造复杂形状的零件 3 四六黄铜H62 H59 黄铜用于制造销钉 螺帽 导管及散热器零件 二 特殊黄铜 Cu Zn M Si Al Sn Pb Mn Fe Ni等不同程度地影响Cu Zn相图的相区 锌当量系数黄铜中加入M后并不形成新相 只是影响 相的相对含量 其效果象增加了锌一样 可以用加入1 的其它合金元素对组织的影响上相当于百分之几的Zn的换算系数来预估加入的合金元素对多元黄铜组织的影响 这种换算关系称为锌当量系数 表10 1合金元素锌当量系数 号表示增锌作用 号表示减锌作用 举例 HAl59 3 2 其中含锌36 应为 黄铜 但加入3 Al 2 Ni后 名义含锌量为46 4 其组织应为 组织 名义含锌量 合金元素的作用Al 提高强度 但塑性降低 提高耐蚀性 如HAl77 2 组织 HAl60 1 1 Mn 组织 Ni 提高强度 提高在海水中的耐蚀性 HNi65 5 可制作压力计管 Fe 提高强度 HFe59 1 1 Mn Sn 提高在海洋大气 海水中抗蚀性 海洋黄铜 用于舰船 如HSn70 1 HSn62 1 Pb 提高耐磨性 改善切削性能 可用作轴瓦与衬套 如HPb74 1 HPb59 1 10 4青铜 青铜是Cu和Sn Al Be Si Mn Cr Cd Zr和Co等元素组成的合金的统称 青铜根据成分可分为锡青铜 Cu Sn 和特殊青铜 在特殊青铜中 根据主加元素又分别命名为铝青铜 Cu Al 铍青铜 Cu Be 等 二元青铜 Cu Sn Cu Al Cu Be 多元青铜 Cu Sn M Cu Al M Cu Be M 一 锡青铜 一 二元锡青铜1 相 相 含锡的铜基固溶体 相 Cu5Sn电子化合物为基的固溶体 共析分解 586 相 CuSn为基的固溶体 520 相 Cu31Sn8电子化合物 Cu3Sn 350 Cu Sn合金 2 组织 铸态 由于其结晶间隔宽 偏析严重 且锡扩散慢 合金难以得到平衡组织 Sn6 固溶体和 3 性能1 锡青铜铸造的优点是铸件收缩率小 适于铸造形状复杂 壁厚变化大的零件 2 锡青铜在大气 海水和碱性溶液中有良好耐蚀性 用于海上船舶 矿山机械零件 3 力学性能工业锡青铜中锡含量不超过14 其中Sn10 铸造合金 用于铸件 Cu Sn合金随Sn 的组织与性能变化 二 多元锡青铜二元锡青铜的工艺性能和力学性能需要进一步改进 一般工业用锡青铜部分别加入合金元素Zn P Pb Ni等 得到多元锡青铜 1 P 能显著提高合金的弹性极限和疲劳极限 并能承受压力加工 广泛用于制造各种弹性元件 如QSn6 5 0 1 可制造导电性好的弹簧 接触片 精密仪器中的齿轮等耐磨和抗磁元件 ZQSn10 1 Cu3P与 相可作为青铜轴承材料的耐磨相 可做耐磨轴承合金 2 Zn 可提高力学性能和耐蚀性 QSn4 3 常用作制造弹簧 等弹性零件和抗磁零件 二 铝青铜 铝青铜有良好的力学性能 耐蚀性和耐磨性 是青铜中应用最广的一种 相为Cu3A1电子化合物为基的固溶体在565 发生共析分解 2若从 相淬火 可发生马氏体转变 5 6 min 1 2相是以Cu9Al电子化合物为基的固溶体 2相硬而且脆 能提高合金的耐磨性 Cu Al合金 成分与冷却速度对组织的影响 A15 8 单相 合金 有高的塑性 一般做变形合金Al 8 在高温下为 双相合金 可经受热加工 一般用热挤压法成型 铝青铜有良好耐蚀性 在大气 海水 碳酸和有机酸中 耐蚀性优于黄铜和锡青铜 工业中二元铝青铜有QAl5 QAl7和QAl10添加铁 镍 锰等元素 获得多元铝青铜 QAl10 4 4 Al Fe Ni Fe细化 提高强度 Ni显著提高强度 热稳定性和耐蚀性 三 铍青铜 铍青铜有强的沉淀强化效应 经固溶淬火和时效 得到高的强度和弹性极限 具有良好的导电和导热性能 耐蚀和耐磨 无磁 冲击时无火花 可制造高级弹性元件和特殊耐磨元件 还用于电气转向开关 电接触器等 铍为强毒性金属 生产时需严格操作 QBe2 QBe1 9 强度可达成1200 1400MPa 四 其它青铜 硅青铜弹性好 耐蚀性极高 有良好的耐磨性 并且抗磁 耐寒 撞击无火花 工艺性能好 加入Mn QSi3 1 Ni QSi1 3 可提高硅青铜的性能 耐热 高导电合金铬和锆 提高蠕变强度 提高再结晶温度 并且导电率降低小 铬和锆同时加入可形成Cr2Zr是良好的沉淀强化相 可得到耐热性更好的高导电合金 高架线 10 5白铜 白铜按成分分为二元白铜 Cu Ni 和多元白铜 Cu Ni M 按用途分为结构白铜和电工白铜 铜与镍由于在电负性 尺寸因素和点阵类型上均满足无限固溶条件 因而可形成无限固溶体 其硬度 强度 电阻率随溶质浓度升高而增加 塑性 电阻温度系数随之降低 结构白铜1 常用的牌号有B10 B20 B30 2 在大气 海水 过热蒸气和高温下有优良的耐蚀性 而且冷热加工性能都很好 可制造高温高压下的冷凝器 热交换器 广泛用于船舶 电站 石油化工 医疗器械等部门 B20也是常用的镍币材料 可制造高面额的硬币 3 加入Fe Zn Al 可提高其性能 多元白铜 电工白铜1 康铜含Ni40 Mn1 5 的锰白铜具有高电阻 低电阻温度系数 与铜 铁 银配成热电偶对