铜及铜合金的分类

1、第二章 铜及铜合金的分类铜是人类最早使用的金属，自然界有自然铜存在，与其他金属不同，铜在自然界 中既以矿石的形式存在，也同时以纯金属的形式存在，其应用以纯铜为主，同时其合 合金也在工业等多个领域中广泛应用，工业上常将铜和铜合金分为四类，分别是：纯 铜、黄铜、青铜和白铜。1. 铜与铜合金的分类1.1 按生产应用的方式（可分为二大类）形变铜与铜合金、铸造铜与铜合 金对于压力加工专业来说，主要是和形变铜与铜合金打交道，因此，重点学习 形变铜与铜合金。1.2 铜与铜合金的名称： 根据历史上形成的习惯，起的是某一种颜色的名称，它们是： 紫铜纯铜 Cu 黄铜 Cu-Zn 合金青铜 锡青铜： Cu-Sn 合

2、金铝青铜： Cu-Al 合金铍青铜： Cu-Be 合金钛青铜： Cu-Ti 合金白铜 Cu-Ni 合金（ 有的铜合金叫做青铜，但合金的颜色并不真就是青色的。 ）2. 纯铜纯铜的新鲜表面是玫瑰红色的，当表面氧化形成氧化亚铜 Cu2O 膜后就呈紫 色，所以纯铜就常被称为紫铜。紫铜具有好的导电、导热、耐蚀和可焊等性能，并可冷、热压力加工成各种半成 品，工业上广泛用于制作导电、导热和耐蚀等器材。2.1 纯铜的成份、组织与性能2.2.1 其结构、组织：在金属学中学过，纯 Cu 的晶体 结构 是面心立方晶 格（f、c、c）,滑移系多，易塑性变形，塑性好。其组织由单一的铜晶粒组成。2.2.2 在成分方面：

3、100%纯的金属是没有的，非 100%纯。 Cu 的最高纯度 可达99.999% （三个9）工业纯 Cu的纯度约为 99.9099.96%杂质的存在相当于 使纯铜的成份改变，这自然会引起一些性能的变化。虽纯Cu有一些性能几乎不受杂质的影响但导电率、机械性能却受杂质或晶体缺陷的影响较大现在先综合看看工业纯Cu的性能一一2.2工业纯铜的性能221 纯铜的性能优点：从纯铜的各种性能中我们可以总结岀几条性能优点，从而可以明白为什么铜会以纯金属的形式得到这么广泛的应用。 优良的导电、导热性； Cu广泛用于：导电器（如：电线、电缆、电器 开关）导热器（如：冷凝管、散热管、热交换器） 良好的耐蚀性；Cu具有

4、极好的耐蚀性，且反应后表面有保护膜（铜绿）在普通的温度下， 铜不太会与干燥空气中的氧气02反应，但Cu能与C02、S02、醋发生作用， 生成铜绿一一碱式碳酸铜、碱式硫酸铜 CuSO43（OH）2 （深绿色）、碱式醋酸铜，这样铜的表面上就慢慢生成了一层保护膜。 有良好的塑性退火工业纯铜的拉伸延伸率50%,纯Cu易加工成材例：加工岀来的细铜丝可细于头发丝（8丝）达4 5丝2.2.2 纯铜的机械性能与工艺性能我们通过结合纯铜的生产、加工过程来了解、认识（1）纯Cu的加工过程（几乎全部纯铜都是经过加工成材供应用户的，我们在工厂中可以观察到，其生产过程一般为：轧制退火培铸*妁冷加工W热挤JE不遇火115

5、0-1I200*C 浇祷T3>850-95 O'C铸锭 c b=1?kg/mm2 T挤-600-650*0 mi "佃成晶（2）纯铜的机械性能 铸态铜的性能很低； 经加工后，软态铜、硬态铜的性能，见上面数据; 铜经过强烈冷加工(形变率80%)后，强度S b将急剧升高，但塑性 强烈变坏，加工硬化很厉害，对纯铜来说，其机械性能是由其晶粒度和位借密度 所决定的。(3) 纯铜的热加工工艺性能我们知道，热加工应选择在塑性高的温 度范围内进行，那么纯铜在什么温度时塑性 高呢？一一人们通过实验，得到了纯铜的机 械性能与温度的关系曲线：由此可看岀：b b随Tf而J在500 600 &#

6、176;C，S、最小存在着“低塑性区”若在这个温度范围进行热加工，工件会产生热裂、热脆。(纯铜的热加工应选择在高于低塑性区的温度进行。)即: T热加工700 C2.3杂质及微量元素对铜的影响紫铜中杂质主要来自原料，同时与熔炼等工艺也有关。很多种杂质既使含量极少 (甚至十万分之几)也有剧烈降低铜的导电、导热和压力加工等性能。为改善铜的性能，有时须添加某些其它微量元素，或容许某些脱氧剂元素在铜中 保持一定的残留量。2.3.1紫铜可按其所含杂质及微量元素的不同，分为三类：(1) 加工紫铜有T1、T2、T3、T4等，特点是氧含量较高;卵号打1AS/ K闻処-号打110.002d M3ncn二卿J2札狮

7、TJ0.00291a. j电耳榇，型5,呷14凹.99Q.QQSELKL5冋上(2) 无氧铜及脱氧铜 有TU1、TU2、TUP、TUMn等，特点是氧含量极少，在脱氧 铜中还残留少量脱氧剂元素；(3) 特种铜 有砷铜、银铜、锑铜等；特点是分别加入了不同的微量元素。2.3.2 杂质与微量元素对纯铜的影响杂质与微量元素的来源：杂质：工业纯铜中通常含有0.05-0.3%的杂质微量元素：为了改善铜性能，人们有意加入某些微量元素。（例如，为了提高 Cu的高温塑性、细化晶粒加入Ce、Zr ； Ti等元素。为了提高铜的切削性、耐磨性加入微量的Pb等）。影响：对性能的影响具有两重性：有利、有害应根据具体的加工、

8、使用条件加以控制和解决。下面，根据它们在铜中的溶 解度及存在状态，分成三类来分析：屈撫EX權置元蛍內口 时牛用黑井续包柠的元齋-魁舉斗軽时股柱*的* U皱*悽”牲、酣、S.圧.也沽畫，： 、鼻、押*逛、世.起 鸵.星*雪、氏* - 琢.耳,塔、曙.怕.<£4»eFRa»|ih （f斗刊觀厦眦矣曉列为出更的1/直' 创时，丈耳臨羽为肥工空性T-栏不乂怛廈理扯宝旳*屯三祐甘蚪 th捷审0吐+4.展，世H斗更昙苓，ti. B, », ft, ff * ftJfr ff.tt,«. ffv耳惟甘屯矗威Fb：耳昼施亲臣B.如U*笹幻獻忻;的

9、共出聖*轉軒兽煉養工舟审左樹为阪垃 阳茁巫冲圧尸畀f輕圧产Mil釣左勒勺 特+便稠*冷¥ . ftK住剤利旳中、 号斗住彩鞠赛大.慢可怎*厳舟如削性几警不面常干徇、齐占眼社、承.C1:S+j（Cl : JCUinT上酩16皆 北合期旳却杲flHfifMM.Rft” Ti*Wfj+.幕忤ifl.WE,琦均芒奁喲的现杆悴2.3.2.1 杂质及微量元素对铜的导电、导热性的影响所有杂质及微量元素均不同程度地降低铜的导电性和导热性。固溶于铜的元素（除银、镉以外）对于铜的导电性和导热性降低地多，而呈第二相析岀的元素则对于铜的导电、导热性降低较少V-wHnMH "Aft左虽.丛-|

10、9;1的忙洌精选资料，欢迎下载金属的导电性可用导电系数（单位：米 /欧姆毫米 2）表示，也可用 1913年制 定的国标软铜 （Cu+Ag> 99.90%,退火后，20C时的电阻系数为 0.017241欧姆毫米2 /米或1.7241微欧姆厘米，导电系数为 58.0米/欧姆毫米 2）导电率标准（IACS） 作为100%加以比较和确定。现在铜的纯度大大提高，其导电率已增到 102%IACS以上。 加工因素对铜的导电率也有一定的影响，很大的冷加工率可使铜的导电率下降约2%IACS铜及铜合金的导热系数和导电率之间存在内在的联系，在某一温度下的导热系数 可根据在该温度下的导电率 （%）IACS按峯一

11、点工 汽:：估算，导电率g>2530%IACS 的导电、导热、低合金化铜带合金，其导系数还可用下式估算：J = 0.01596? + 0力02（）0 巧式中：入一试验测知的合金导电系数，米/欧姆毫米2X 含铜量，%（重）2.3.2.2 杂质及微量元素对铜的软化温度和晶粒大小的影响铜的软化温度和晶粒大小，影响到铜的加工和使用性能。而杂质及微量元素对铜的软化温度和晶粒大小影响又很大。固溶和生成弥散析出相得杂质和微量元素，均提高铜的软化温度。在一定范围内 随这些元素含量的增加，铜的软化温度的增高；但生成氧化物的杂质，大都对铜的软 化温度没有明显影响。此外，铜的软化温度与很多工艺因素有关，例如，

12、冷加工率大 冷加工前的退火温度降低、冷却慢（此时固溶体的过饱和程度小），冷加工后的退火时间等，则铜的软化温度低。昂耐牺揪度代询欄« 114M04Q.Olt.种呂电雅1寓11(泄HQ怀a山141阖wKTm揪in彌颈*uiHiin血itB| U2242U（144114wHowUiHI应估14tecu川KJntHi1HIMrs?>1EU11111 IVUS10Ml精青选资料，欢迎下载22*5J3-iv?5&21littuIUio-(1HlJi曲?li-1521£1inDO260一 1皿：51-1621弱W-Ul2?iW8illfir h蛊申科跻対帥毆乩小二F孤再住不

13、昵虾盼判抽1-为 11血|爲 科:】:長洌竝帼嗓址迎此 璃寤打酰恥骑舷怡时琳昭黑业粟乩 牺鬲ifenockijtsT 固牟度匸*麦敕：】飄种化五宽恋粒廊氐诫罪帝侧匕园上说附隹辰了良1亭気在含氧的导电用铜中，锑、镉、铁、磷、锡等可与氧化亚铜中的氧作用，生成它 们自己的氧化物，降低了它们在铜中的固溶度，从而减弱甚至完全消除了它们对铜的 软化温度的影响。砷含量0.05%以下时，与铜中正常含量的氧无明显作用；硒、锑也与砷相似，因此，它们均提高导电用含氧铜的软化温度。镍虽与氧化亚铜作用生成氧 化镍，但对铜的软化温度影响很小。在无氧铜中，杂质所提高的软化温度，通常比在含氧铜中要大；因为在无氧铜中,杂质不形

14、成氧化物。银、磷、锑、镉、锡、铬等提高无氧铜的软化温度最多，砷、锡、 锑等次之，硫、铁、镍、钻、锌等最少。铜的软化温度增加，不是单个元素影响的算术和，而只是比具有最大影响的元素 所提高的软化温度略高一点而已。杂质对铜在退火时的晶粒长大有很大的影响。高纯铜的经理随退火温度的升高而 迅速长大，并且晶粒尺寸也很不均匀。导电用铜则由于氧化亚铜存在，在通常的退火 温度范围内，可有效地抑制晶粒长大。脱氧铜和无氧铜虽然与高纯铜有类似之处，但 也由于有微量杂质析岀物的存在，仍可有效控制晶粒长大，并获得均匀的晶粒尺寸。 不管杂质含量如何，在生产中控制加工率、退火温度和时间，是控制再结晶晶粒长大 的基本条件。2.

15、323 杂质及微量元素对铜的加工性能的影响固溶的杂质及微量元素，实际不影响铜的冷、热加工性能。很少固溶或几乎不固 溶于铜的杂质及微量元素，则视其所生过剩相得情况不同，对铜的压力加工性能将有着不同的影响。例如，氧、硫、硒、碲在铜中分别形成Cu2O Cu2S Cu2Se、Cu2Te等脆性化合物，降低铜的塑性；铅、铋与铜生成易熔共晶，热轧时易裂；脆性的铋呈 薄层分布在铜的晶界上，还使铜产生冷脆性。为提高铜的高温塑性，防止热脆性，可根据相图选择那些与有害物质形成难熔化 合物（熔点高于铜的熔点或热轧温度）的元素加入铜内，其加入量可根据该难熔化合 物的分子式和已知有害物质含量大体算出。锂、钙、铈或混合稀土

16、金属、锆、铀等均 可消除铅等杂质的有害作用。 董悭齋曲业*忌博点« 1-15a： e *m c1业盘搐w 点* itfl;鞫址乳rCiiFbCePb cPh.Lttiidirriil,Ej t；*Ph.iU%BrCeini.sigrji.r1527. zUi.CcBiCctribh1蚀1147.EBiaZryrtw,:提高铜的高温塑性的另一种方法是细化铜锭晶粒，相对降低有害杂质在晶界上的 浓度，铜中加入微量的钛、锆、铬、硼等元素，都能细化晶粒，抑制柱状晶的发展，并减小铜的咼温脆性。铜的熔铸、压力加工和试验条件也将引 起铜的成分或组织变化，对铜的高温塑性也 有影响。铜在低温具有良好的塑

17、性，但随温度的 升高，往往出现一脆性区，热加工常需要在 高于此脆性区的温度下进行。脆性区与质的 性质、含量、分布、固溶度变化有关。如铅iw 丿曲 aao hoQ2工/*此*粉«上农；口1-H5导电羽城的為趙性能精选资料，欢迎下载呈易熔共晶，中温变成液态消弱晶间联接，使铜热脆高温时，铅、铋又固溶于铜，使 塑性又有升高。号BO10«3£DEHFit升n虫花禅心1TSES刖料叮盟flWMWA*卜耳1W.MCu,札Si7Qn20S3<戈債下比话又机卄汨掰gaBl149B>f(b r.7 a a#®49531BnT D.MTi'i丁*94.晞I

18、BM与盧曲凳罹* 1 1 »有些研究工作表明，铜在300600 C呈脆性区是杂质引起的。含氧少的铜常含一定的氢，在上述温度范围内，试样在拉伸应力作用下，氢从固溶体中析岀，并在铜的 致密处（首先是在晶界上）聚集起来，处于高压气体状态，使铜开裂。随温度的升高， 氢又部分或全部固溶于铜，又使铜的属性增高。实践证明：采用铜豆少（含氢也少）的电解铜，可提高铜锭和铜材的高温塑性，脱氧的铜锭在 400600 C有明显脆性区，而用0.03%硅加0.01%镁脱氧的，则没有脆性区。因为磷与氢相似，为表面活性元素，易吸附在铜的晶界上，弓I起高温脆性。半连铸造的紫铜锭，在横向热轧开坯时，裂的较多，而在纵向热

19、轧开坯时，几乎 不裂。说明铜锭的塑性，很明显与柱状晶的方向有关。经多次压力加工的铜材，其高温塑性比铜锭要好得多，并且随着变形量的增加，脆性区向低温方向移动，同时，塑性下降的程度也减少，甚至变得完全看不岀脆性区，这可能是因为：多次变形增加了晶粒数目和晶界总的面积，更重要的时破坏了铸造组 织，压合了晶界的显微疏松等缺陷造成的。2.4紫铜的热处理及热处理规范衰灵34不間纯輛的擁加工与篦处理規范材料/V轉加丄醮攬 e典乜软优C11000C12JOOTKT2.T3475750400-650J80-650750875 7M-9OO 800-90()3602.5紫铜的力学性能It像門加舉jj性*'t

20、i AM工龟H丈# ft W帚社|服an- yoa30-50340550 stKflir 九/mes炭-43a220I7D惮"沁HO- IM40"切握叫vft.tn诧阳命功柿町116-放JL聲直r亦IS?1M*5-41 Hit* 不同肚奇下的力雅桂桂KhM 时w K*n宁小'刊/MF.环状nW13 ” tb挣曲工刿uJlUs J91IM* M*-ii.2.Wiw * inr/ 阳r iB 出” VI n*mMl40jo” ur227料74J®V9.Vfe闿S772TOSMX L 沪Tl217«Qth100* io*W.9In|Z2j>0 H

21、J*如-站*.叶6*5An*2*11IAUL eIMSO Ifl*3. 黄铜黄铜包括铜-锌二元合金（称普通黄铜或简单黄铜）和铜锌中加有其他组元的多 元合金（称特殊黄铜或复杂黄铜）。d刊視mit?砸冃師黄铜有良好的工艺性能、机械性能和耐腐蚀性，有的还有较高的导电性和导热性。是重金属加应用最广的金属材料之一。黄铜是工业上应用最广的一种铜合金，Zn在Cu中的最大固溶度可达39% （ 456 °C）O名称的由来：Cu Zn合金随（锌含量）Zn%的增加，合金的颜色也在变化。当Zn含量达到一定值（15%）后逐渐显现岀美丽的金黄色。（Znv20%时）或淡黄色（Zn=30 45%时）故称为黄铜。黄铜

22、定义 以 Zn为主要加入元素的铜合金。（光说是Cu Zn合金不完全）黄铜可分为：Cu Zn :二元黄铜（简单黄铜、普通黄铜）Cu Zn + 1种或数种其它合金元素：多元黄铜（复杂黄铜、特殊黄铜）黄铜表示法：（加铝提高耐腐蚀性 ）JUCu二也萸询表示淞"坦勺可争.ElftK t 走 tbl、HOC11Ph5QI精选资料，欢迎下载HAI77 + HAI7OU5AlAl3.1 一、二元黄铜3.1.1 成份与组织要彻底了解 Cu-Zn合金的情况，就要先分析清楚Cu-Zn二元相图，从相图中可以看岀：Zn大量固溶于 Cu中在不同的成份，温度变化中有五个包晶转变、一个共析转变、一个有序转变在固态下

23、有六个相：a、B、丫、S、£、n。载 454-468 ° C<3（无序固溶体）B'（有序固熔体）转变。各个相的结构特征见表Cu Zr.育金相罔精选资料，欢迎下载转变:解释：包晶转变即一个个固相.共析转变个固相转变戒两个同相< 有序转变3456468QP无宇 有序性能： 无序的B相：塑性极高，适于热加工；有序的B'相：比较硬脆，冷变形较困难。含有B'的合金不适宜冷加工变形，适合采用热加工。在454° C时，锌在a中的极限含量39%当温度升高或降低时，锌在a中的极限含量均减少；载 454 ° C以下经长期退火、处于平衡或接

24、近平衡时，锌在a中的极限 含量见表1-2-2。a -黄铜的晶格常数与含锌量的关系见图1-2-2。H V2-11* ft A警恸P Q 占匡竹 子 式C于 BZ TIt9百心立方SLQM-苑斛!i甘Ca2a七呻翊亶方I 可序Ft心Q方旣驾2-W卫¥ MF 曲AT “却岸配右辽序£一-lf為中鶴在Q中啟衍含» 1-11» £Im序仃*曲祓用賢議51t轩在“朮的掘卩吿亍怎3$. 2ZB.4若将黄铜式样分别再 200-430 ° C温度范围内保持六个月以上， 则发现约在250 ° C或255 ° C有B ' fa

25、+ 丫的共析分解（图1-2-3实线），此外，采用 X-射线、电阻、 热容等测方法，发现在a固溶体区内存在CLbZn化合物的两种有序结构（低温a 1及高温的a 2）（图1-2-3虚线），但该两种有序结构的区别尚难以确定。有的文献指岀，含25%Zn （原子）序。州-is相室矗4卫酗金曹片4*九 宙450° C变为无在一般的生产条件下，仍可用图1-2-1来分析简单黄铜的组织及组织所带来的性能变化工业用黄铜的含锌量通常在50% （重量）以下。在生产条件下简单黄铜可按含锌范围及室温组织特征进行分类（见表1-2-3）彌单鬣毘生产鼻悴下蚕肯舞范及更銀梢琵追吁甘養S 1'1-3*:FI3址吕

26、 T 的 奇 沖 窃 厠斡 空Id覘忡帀T<36皿少（I ff: I熄-,：、im t lb'H<r$語醺痺忆片昇n tdip i ? uh E*弋恥几诫一*审進7務审*"傅片*YBvfirh iw»f<丙扫齿闻b止昱F伏护土，在民爼片当d虽吧 esxfi os i*工和恿乂垃也.2 Li f岳世否订金1 E-小托拝«WG棒衣fii示出円3庚購可按下武近口地讣臬其含律虽讥36.? x F j =105式中 Z cP卜丹分别两"相、疔村所占沟血枳* %；和4）7近佩地1 HI应干山和戸的件胖萤，%a3.1.2简单黄铜的性能黄铜的性

27、能与锌含量及工艺因素有关，锌含量对简单黄铜在不同状态的性能影响分别见图1-2-63.1.2.1 常温机械性能常温下 在a相区：随 Zn%f、b bf、当Zn=3032%、S 泌到最大值max （ H70、 H68） 在a +B'相区：Zn %f、SJ、而b bf （继续增加）当Zn=46.5%、（T b 达 max. 在B'相区：Zn%f、b bf、Sf常温黄铜材料的选择（选材）：要b b f高、选a + B'黄铜；要S高、选a黄铜如H70、H68用于深冲件，称为“弹壳黄铜”。3.1.2.2 高温机械性能黄铜具有Tf、b b J的一般规律。特殊性：但由于黄铜分：a黄铜和

28、a+ B'黄铜，（组织不同，性能的变化也不同，在这里，涉及两件事要注意）a）加热时B'相有一个有序转变：B B'塑性低塑性极高、柔软b）黄铜中杂质的影响（与紫铜相类似）a黄铜与a + B'黄铜高温性能比较：a黄铜：加热时a还是aa + B'黄铜：热轧通常加热到B相区的温度T有Ln观tq2TMFt图"”毋的H刊在退火对的证带理勺i*堆壬怖植址3.3简单黄铜中杂质的影响简单黄铜中常见的杂质有铁、铅、铋、锑、磷和 砷等，他们的影响是：铁：在简单黄铜中，铁作为杂质存在，对机械性 能没有显著的影响。铁在黄铜中的溶解度及小，它常 以富铁相质点分布在基体中，

29、具有细化晶粒的作用（见图1-2-29）。当黄铜中有硅存在时，铁与硅会形成高硬 度（HV950）的硅化铁质点，使切削性能变环。有的工厂 在H60中加入0.3%-0.6%铁，以提高板材深冲性能，用做 深冲零件，但做抗磁用黄铜零件时，含铁量要求 <0.03%。的戟铜炼加匸性嵌恂影响 塾肥* 2 可滾如工铅和铋：铅和铋对黄铜的高温加工性能 的影响见图1-2-30。铅在简单黄铜中是有害杂 质，它常成颗粒状分布在晶界上的易溶共晶 中，但a黄铜的含铅量 >0.03%时，使黄铜在热 加工时岀现热脆性，但对冷加工性能无明显影 响。（a +3 ）两相黄铜中，铅的容许含量可以 提高一些，因为这种合金在加

30、热和冷却过程中 回发生固态变相（a +3 ）3 ）时可使铅大部分转入晶内，减轻其危害性。铋常呈连续的脆性薄膜分布在黄铜晶界 上，既产生热脆性，又产生冷脆性，对黄铜的 危害性远比铅大（约为铅地5-10倍），其允许 含量比铅更小（见表1-2-5）减轻铅和铋的有害影响的有效途径是加入能与这些杂质形成弥散的高熔点金属化合物的元素，使杂质质点均匀分布在晶粒内部。如锆可分为铅与铋形成高熔点稳定化合物 ZrxPb（2000 ° C）和ZrxBiy（2200 ° C），因此，黄铜中加入少量锆可以抵消铅铋的有害影响，显著改善热加工性能，实验指岀：在含有0.14%铅的H70中加入0.22%锆，

31、可获得良好的效果，此时，锆与铅的当量比约为1.5。铀也有类似于锆的作用。含有铅铋等易熔杂质的黄铜，于冷加工后，如果迅速加热到再结晶温度以上进行退火，可能突然暴烈，这种现象称为“火裂”。黄铜的纯度愈高、晶粒愈细、铅的分布愈弥散，就愈不易岀现“火裂”现象。避免“火裂”的有效方法是退火时缓慢加 热。锑：随着温度的降低，锑在a黄铜中的溶解度急剧减少（见图1-2-31 ），甚至锑含量小于0.1%时就会析岀脆性化合物 CLkSb,它呈现 网状分布在晶界上，严重损害黄铜的冷加工性能。 锑 还促使黄铜产生热脆性，所以锑是黄铜中有害杂质。加入微量锂可以减少锑对黄铜塑性的有害影响，因锂与锑能形成高熔点（1145&

32、#176; C）的Li 3Sb质点，比较均匀的分布在晶粒内部，从而减轻了危害性。 淬火液可以提高含锑黄铜的冷加工塑性。磷：很少固熔于铜-锌合金，在a黄铜中超过 0.05%-0.06%磷，就岀现脆性相CubP,降低黄铜塑 性。磷显著提高冷加工黄铜的再结晶温度，在退火时容易产生晶粒大小不均现象，但 是少量的磷可以使黄铜晶粒细化，提高黄铜的机械性能。砷：室温时，砷在黄铜中的溶解度<0.1%，过量则产生脆性化合物CuAs，分布在晶界上，降低黄铜塑性，在黄铜中加入0.02%-0.05%砷，可防止黄铜脱锌，提高黄铜的耐腐蚀性。杂质在简单黄铜中的允许含量见表1-2-5，不同牌号的简单黄铜，有不同的杂质

33、允许含量，可参照 YB-71。3.4简单哈的成分、性能和用途简单黄铜的成分、特性及用途见表1-2-6 ；工产星的比事M按¥B UfiH»&盘»号罠<teK主磕井a质rI:*干| R©1 «9A址H解K.iMhdrt«.is讥WnJ聊札畀*,Jft.着，曹、ft曲武脣也H斡就 p«»wgi.««s仏=thlft.积弧专1SMHHit0上】4 LfrflummtMlItt加黄列肿'怜2忙町«.<t!kM：. sft.卷臥IBTSWHrtm讨心%i.i叙»

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38、青铜、硅青铜等，此外，还有镍硅青铜、钻青铜、银锆青铜 等。国外将高铜合金单列一类，或并入紫铜系列，我国刚列入青铜。青铜有高的强度、硬度、耐热性和良好的导电性，它们广泛应有于汽车、机机械、 电子行业。其中，锡青铜主要用于制造汽车及其他工业部门中承受摩擦的零件，如汽 缸活塞销衬套、轴承和衬套的内衬、畐y连杆衬套、圆盘和垫圈等，锡磷青铜广泛用于 制造弹性元件、精密仪器仪表中的耐磨零件和抗磁零件，铝青铜主要用于用齿轮、摇 臂、衬套、圆盘接管嘴、轴承、固定螺母等高强度的和耐磨的结构零件、铍青铜用于制造电机中的弹簧片、接触电桥、螺栓、紧固件以及仪器仪表中的弹簧、开关部件、电接插件和电阻点焊电极头、缝焊电极

39、盘、模铸塞棒头、塑料模具等，铬青铜带广泛用作电气设备的高温导电耐磨零件、锆青铜用于要求导电要求高、强度适中、弯曲成形性的抗应力松弛性能好的场合，铬青铜、铁青铜、和镍硅青铜是大规模集成电路引线框架关健材料，镉青铜广泛用于制造电工装置的导电、耐热、耐磨零件，镁青铜主要用作制造电缆、飞机天线等导电元件，硅青铜可用作弹性元件以及航空上工作温度高、单位压力不大的摩擦零件，钴铬硅青铜可用于加工电阻焊电极、滚轮、电极块和 水平连续浇铸的结晶器等。钛青铜可用于制造高强度、高弹性、高耐磨性的零件等。Cu-Ag-Zr 合金是航天飞行的液体火箭发动机燃烧室内壁理想的高强度导热材料， 本章 主要论述青铜的成分、制备工

40、艺和不同处理状态合金的组织和性能。4.1 类别及牌号4.1.1 类别：原来：青铜是指 Cu Sn 合金因久远青铜器的表面颜色而得名为青铜（其组织中的S相呈青白色）。后来：青铜的范围有了扩展、现把除Cu Zn 黄铜和 Cu Zn 白铜之外的铜合金都叫青铜。主要有： CuSn 锡青铜 CuAl 铝青铜 Cu Be 铍青铜 Cu Ti 钛青铜 4.1.2 牌号按第一主要添加元素（Sn、Al、Be ）来命名并以“ Q +主添元素符号 +除Cu外的成份数字组”表示。（与黄铜不同）例如： QSn6.50.4 表示含 6.5%Sn 和 0.4%P 的锡青铜。（又叫锡磷青铜）下面对三种主要的青铜：锡青铜、铝青

41、铜、铍青铜分别介绍：4.2 锡青铜锡青铜是含锡、锌、铅或磷的铜合金。其中，元素锌除强化铜-锡固溶体（a）外,还改善合金的流动性，减少结晶温度范围，减轻反偏析的程度，提高合金的充型能力 和补缩能力，铅以单质相存在，分布于枝晶间，减少晶间显微缩孔，有利于提高铸件 的致密度，改善合金的耐磨性的切削性能，元素磷在铜中的溶解度很小，主要以（a+Cu3P）共晶的形式存在，以 Cu3P化合物有很高的硬度，显著地提高合金的力学性能， 同时， 元素磷还能显著地降低铜合金熔体的表面张力， 提高熔体的流动性和充型能力。锡青铜具有较高的强度，良好的抗滑动摩擦性，优良的切削性能和良好的焊接性能，在大气、淡水中有良好的耐

42、腐蚀性能。4.2.1 牌号、品种、规格与供应状态(1)材料牌号：QSN4-4-2.5相近牌号：C54400(美国)、C5541(日本)品种、规格与供应状态见下表耳 rf/rwi &-I.00.8-5,0MM “12USM-2WWM.YvYj.Y2049ISHO(2)化学成分QSN4-4-2.5的化学成分见下表PtCi一一 1FeSbPAl3.0-5.01.5-J.5( HaosJ0U2U002aw422 组织、成份及相图分析(1)成份：工业上锡青铜314% Sn其中形变用的锡青铜由于对塑性要求较高,形变合金v 78% Sn。Cu Sn相图分析Cu 56 I5S半迁翎斯加呪层竖虚线补充说

43、明。从相图可看岀两点： 相图上的转变与各相：转变有包晶反应、共析反应：包晶反M：丄l + u护做匸* aL-3 *7羽£ . ¥其析反应：斗 a+V v砒丄.a + 5 召严工* a + e (实际军发主)建个转空因转业T陡，扩吐慢，在实标坐严中屋不股生的*工业青铜Sn含量314%时，只有a、B、丫、S几个相主要相:a Sn在Cu中的置换固溶体 S.S. f cc 结构3电子化合物Cu5Sn为基的ss. bcc 结构Y 电子化学Cu31Sn8为基的SS.复杂立方结构丫只在高温下稳定 T J,共析分解5电子化合物Cu31S n8为基的固溶体，复杂立方结构，低温下稳定，性能硬脆

44、（不能塑性变形） 相图特点：结晶区间大， T达100 160 °Co从金属学、铸造角度来看，这会带来什么后果呢:a）易造成疏松，分散性缩孔b）易产生偏析，如易形成反常偏析 这样就造成成份不均匀，组织不均匀。c）Sn在Cu扩散系数 D很小：10-12 10 T3cm2/秒.又易造成成份不均匀。b） 、 c） 使结晶过程难以达到平衡状态，枝晶偏析严重，（生产条件下锡青铜铸态组织与平衡状态相比差别很大），见Cu Sn相图的虚线可知。当Sn=56%时，就岀现了（a +5）共析组织。 成份与组织的关系：（成份组织）生产条件下：当SnW 56%时，组织为树枝状a相当Sn> 56%时，组织为

45、树枝状a+ （a +5）共析体而Sn> 10%时，组织为树枝状a+ （a + 5）共析体（a + 5）共析体f5相硬而脆，不能进行塑性加工，（a+5）f多是不利的。形变合金选 78%Sn的原因就在这里。另外，对形变用锡青铜，为了提高其加工性，根据金属学消除晶内偏析知识均匀化退火：对铸锭在600700 C,长时间（如 712hr ）退火，则铸态锡青铜可获得单相的a组织（等轴晶）。4.2.3 锡青铜的性能及与成份组织的关系 锡青铜的许多优良性能与其成份组织有密切的关系。4.2.3.1 铸造性能：铸造性能好一一主要是讲其成型性好。结晶区间厶 T大：100 160 CoT 结晶大带来的第一个后果

46、就是：易形成疏松，分散缩孔，铸造收缩率 是有色合金中最小的结晶时体积收缩率小，充满铸模的能力大，这样在铸造时就无需设冒口了一成形性好，可铸造出形状复杂，花纹清晰、细致的青铜工艺品来。423.2 耐磨性：好Sn在铸件表 T结晶大第二个后果：易产生偏析，对青铜来说是反偏析。面的含量23倍），产生大量的（a +S）共析而耐磨性包括抗磨、减磨两方面 S相硬脆/a相是软基底，抗磨性增加。 疏松，分散缩孔多，可大量贮藏润滑油， 使f 减磨性f。这样，由于同时其备了耐磨性的两个方面，锡青铜耐磨性好。4.2.3.3 耐蚀性：锡青铜表面有 含Sn的细密保护膜 由Cu2O及 2CuCO3'Cu（OH）2

47、构成的保护 膜比黄铜的耐蚀性好。而且随Sn%f （至10%Sn） 耐蚀性f。青铜器几千年地下/风雨日晒不坏的原因也就在这里。4.2.4 机械性能：（锡青铜具有较好的机械性 能）见曲线。在 a 相区：Sn%f,b b t，S %f10-14铸杰傭青审的力学性能与锡含議的关系在a +S相区：（由于岀现硬脆的S相）Sn% f,b b f，S % ；铸态 Z 态：Sn=5 6% ， S max、 而 M 态：Sn=10% S max当 Sn%=2123%(T b max（当）Sn> 23%由于S相增多，使bbj）4.2.5 压力加工工艺性能：一般来讲，二元锡青铜是很难热加工的原因：热加工塑性差一

48、一 a相塑性S,随 Tf而 由于 T大导致的疏松、缩孔多、偏析严重使塑性不容易加工； 杂质的影响：由于 Bi、Pb等形成易熔共晶，使热塑性JJ。工业上锡青铜很少用二元的，而是用加了其它合金元素的多元锡青铜。加入合金元素改善铸锭质量。主要添加元素有P、Zn、Pb、Ni等425.1 P的作用与锡磷青铜:如 Q Sn 6.5 0.1 或（0.4 ）P的作用，概括起来为：脱氧、增加铸造时的流动性，固溶强化、提高耐磨性、耐蚀性下面略加说明： 脱氧：P本身就是强烈的脱氧剂，能去掉含O氧夹杂物 增加流动性：P既然使金属液体中的杂质减少，自然使(铸造时的)流动性仁 固溶强化：当 P加入适量时，可对a基体起固溶

49、强化作用从而提高bb(T -1和疲劳强度 但 P在(锡青铜)Cu Sn中的极限溶解度 Cmax 0.2%工业中P的加入量一般为；P> 0.40.5%若超过，会岀现(a+ S +CU3P)共晶，T熔 =628 °C这是易熔共晶，热轧时岀现热脆 锡磷青铜在工业广泛用来作弹性材料， 铜也是难以进行热加工的，只能冷轧成材。但国内一些工厂：701厂、上海铜厂、大大提高了生产效率，降低了成本。4.3物理及化学性能4.3.1 物理性能密度：9000kg/m3热性能：熔化温度范围：927999 C热导率：入=87.12W/(m. C )比热容：C=376J/(kg . C )线膨胀系数：a =

50、18.0 X 10-6 C -10.5%P。就其压力加工来说，一般认为锡磷青常州铜材厂成功地进行了热轧。这(20 C ), a =19.0 X 10-6 C -1 (20 C500 C )电性能：导电率：g=19.8% IACS电阻率：0.087卩Q .m4.3.2 化学性能合金在大气、淡水和海水中有良好的化学稳定性，在不同介质中的腐蚀速度见下弁威fl/Vvrtt建度Anms 10.02ft200.031400.07200却視尺乙離埸栽200,05207.39433 热处理480650 C。消除应力退火温度:QSN4-4-2.5合金不能热处理强化。退火温度:200 290 °C 。4

51、.3.4 力学性能(1) 技术标准规定的性能见下表品忡_ 可A 一一HRB« HMViVi»2 IMO«2-5lO35*¥M-R5TOTOG|VT MC- I盟J GB/TMWi 帧¥0,8- | .115址打i*斶一 i和扳»¥5105硬度QSN4-4-2.5合金的硬度见下表室温硬度状玄|刪高温硬度100200 '1 3W硬度HBS5S505045(3)拉伸性能供应状态QSN4-4-2.5合金的拉伸性能见下表横15j "Mil0隹rrunmunn«nfYMJCM295冋#163Yt42Q他w科V44H4SN)IS丫MJn不同加工变形率和不同温度退火后材料的拉伸性能见下图拉伸性能与变形率的关系拉伸性能和退火温度的关系原材料：S =4mn