第五章铜及铜合金

1、第五章第五章 铜及铜合金铜及铜合金一、工业纯铜一、工业纯铜二、铜合金二、铜合金三、铜合金的应用三、铜合金的应用一、工业纯铜一、工业纯铜铜是人类最早使用的金属铜是人类最早使用的金属. .早在史前时代，铜制造武早在史前时代，铜制造武器、工具和其他器皿器、工具和其他器皿. .铜存在于铜存在于地壳和海洋地壳和海洋中，铜在中，铜在地壳含量约为地壳含量约为0.010.01，在个别铜矿床中，铜的含量可以达到在个别铜矿床中，铜的含量可以达到3 35 5. . 纯铜：又称为紫铜纯铜：又称为紫铜，密度为，密度为8.94103kg/m3，属于重金属，属于重金属，晶体结构为面心立方晶格；，晶体结构为面心立方晶格； 原

2、子量原子量 63.54，熔点，熔点1083； 线性膨胀数线性膨胀数17.610-6/，导热率，导热率0-100 399W/mk。软。软态态 280MPA，延伸率，延伸率40% 。 自然界中的铜，多数以自然界中的铜，多数以化合物即铜矿物化合物即铜矿物存在。铜矿物与其存在。铜矿物与其他矿物聚合成铜矿石，开采出来的铜矿石，经过选矿而成他矿物聚合成铜矿石，开采出来的铜矿石，经过选矿而成为含铜品位较高的铜精矿。为含铜品位较高的铜精矿。 铜已在航空、造船、化工、电气、机械、等工业部门以及铜已在航空、造船、化工、电气、机械、等工业部门以及在生活用品的制造中得到广泛的应用。在生活用品的制造中得到广泛的应用。一

3、、工业纯铜一、工业纯铜1 1、纯铜的性能特点、纯铜的性能特点（1 1）导电导热性导电导热性：高的导电、导热性，仅次于银而居：高的导电、导热性，仅次于银而居第二位。第二位。 工业纯金属的导电、导热性由高到低顺序：工业纯金属的导电、导热性由高到低顺序：银、铜、银、铜、铝、镁、锌、镉、钴、铁、铂，锡、铅、锑铝、镁、锌、镉、钴、铁、铂，锡、铅、锑. . 用途用途：各种导线、电缆、导电牌、电器开关等导电器：各种导线、电缆、导电牌、电器开关等导电器材和各种冷凝管、散热管、热交换器、材和各种冷凝管、散热管、热交换器、真空电弧炉的结真空电弧炉的结晶器晶器等等. . 所有杂质和加入元素，所有杂质和加入元素，降低

4、铜的导电、导热性能降低铜的导电、导热性能. 冷变形冷变形对铜的导电性能影响不大对铜的导电性能影响不大.1 1、纯铜的性能特点、纯铜的性能特点导电性导电性导热性导热性（2 2）耐蚀性耐蚀性：铜的标准电极电位为：铜的标准电极电位为+0.345V+0.345V，比氢高，铜在许多，比氢高，铜在许多介质中化学稳定性好。介质中化学稳定性好。l铜在大气中耐蚀性良好铜在大气中耐蚀性良好，暴露在大气中的铜能在表面生成难溶于，暴露在大气中的铜能在表面生成难溶于水、并与基底紧密结合的碱性硫酸铜水、并与基底紧密结合的碱性硫酸铜( (即铜绿，即铜绿，CuS0CuS04 43Cu(OH)3Cu(OH)2 2) )或碱性碳

5、酸铜或碱性碳酸铜(CuCO(CuCO3 3Cu(OH)Cu(OH)2 2) )薄膜，对薄膜，对铜有保护作用，可防止铜继续腐蚀。铜有保护作用，可防止铜继续腐蚀。l铜在淡水及蒸汽中抗蚀性能也很好。铜在淡水及蒸汽中抗蚀性能也很好。l铜在海水中的腐蚀速度不大，铜在海水中的腐蚀速度不大，约为约为0.05mm0.05mma a；加入；加入0.150.150.30.3AsAs能显著提高铜对海水的抗蚀性。能显著提高铜对海水的抗蚀性。l铜在氧化剂和氧化性的酸铜在氧化剂和氧化性的酸( (如硝酸如硝酸) )中不耐蚀。中不耐蚀。氨、氯化铵，氰化氨、氯化铵，氰化物，汞盐的水溶液和湿润的卤素族元素等，均引起铜强烈的腐蚀。

6、物，汞盐的水溶液和湿润的卤素族元素等，均引起铜强烈的腐蚀。1 1、纯铜的性能特点、纯铜的性能特点（3 3）磁性磁性：为逆磁性物质，磁化率为：为逆磁性物质，磁化率为-0.085-0.0851010-6-6，常用来制造不受磁场干扰的磁学仪器，如罗盘、航空常用来制造不受磁场干扰的磁学仪器，如罗盘、航空仪器。仪器。（4 4）铜的机械性能铜的机械性能 软态铜：软态铜： b b=200=200240MPa240MPa， 3535 45HB45HB， 5050。硬态铜：硬态铜： b b350350400MPa400MPa， 110 110 130 HB130 HB，延，延伸率伸率=6 =6 。 铜为铜为面心

7、立方晶格，滑移系多，变形易，面心立方晶格，滑移系多，变形易，退火态铜退火态铜不经中间退火可压缩不经中间退火可压缩85859595而不产生裂纹。而不产生裂纹。1 1、纯铜的性能特点、纯铜的性能特点（4 4）铜的机械性能铜的机械性能 纯铜在纯铜在500500600600呈现呈现“中温脆性中温脆性” ” ，热加工需在，热加工需在高于脆性区温度下进行高于脆性区温度下进行. .中温脆性中温脆性: :低熔点金属低熔点金属PbPb、BiBi与与CuCu生成低熔点共晶、分生成低熔点共晶、分布在晶界上造成，中温区以液体状态存在于晶界，造成布在晶界上造成，中温区以液体状态存在于晶界，造成热脆；而在较高温度时，由于

8、热脆；而在较高温度时，由于PbPb、BiBi在在CuCu中的固溶度中的固溶度增大，微量增大，微量PbPb、BiBi又固溶于铜的晶粒内，不造成危害，又固溶于铜的晶粒内，不造成危害，从而使塑性又升高。从而使塑性又升高。 1 1、纯铜的性能特点、纯铜的性能特点纯铜中的杂质分为三类：纯铜中的杂质分为三类：l 固溶于铜的杂质及微量元素，固溶于铜的杂质及微量元素，对铜塑性影响不大对铜塑性影响不大.l 很少固溶于铜，并与铜形成易熔共晶的杂质及微量很少固溶于铜，并与铜形成易熔共晶的杂质及微量元素（元素（热脆热脆）. 几乎不固溶于铜，并与铜形成熔点较高的脆性化合几乎不固溶于铜，并与铜形成熔点较高的脆性化合物的杂

9、质及微量元素（物的杂质及微量元素（分布于晶界时产生分布于晶界时产生“冷脆冷脆”） .2 2、杂质元素对纯铜塑性变形性能的影响、杂质元素对纯铜塑性变形性能的影响 （1）铋和铅：）铋和铅：对铜的热塑性变形能力有严重影响，对铜的热塑性变形能力有严重影响，与铜均形成共晶系相图，共晶温度很低，分别为与铜均形成共晶系相图，共晶温度很低，分别为270和和326。 铸锭冷凝过程中，此低熔点共晶体最后结晶，在晶铸锭冷凝过程中，此低熔点共晶体最后结晶，在晶界上形成极薄的膜。热加工时，界上形成极薄的膜。热加工时，薄膜熔化薄膜熔化，使金属晶，使金属晶粒与晶粒之间的结合力降低，粒与晶粒之间的结合力降低，发生晶间断裂发生

10、晶间断裂. 铜材中，铜材中，铋铋0.002-0.003%,铅铅0.2%，可固溶强化，可固溶强化. 常用常用：Zn、Al、Sn、Mn、Ni等等. 固溶度均固溶度均9.4%. 通过通过固溶强化，铜的强度固溶强化，铜的强度240MPa 650MPa. Cu-Be合金，含合金，含2%Be的铜合金热处理后强度可达的铜合金热处理后强度可达1400MPa.1 1、铜的合金化铜的合金化二、铜合金二、铜合金 铜合金：黄铜、白铜，青铜。铜合金：黄铜、白铜，青铜。（1）黄铜黄铜：简单黄铜和复杂黄铜。：简单黄铜和复杂黄铜。 简单黄铜简单黄铜：为：为Cu-Zn二元合金，二元合金，以以“H”表示，表示，H后面的数字表后面

11、的数字表示合金的平均含铜量，示合金的平均含铜量，如如H70表示含铜量为表示含铜量为70，其余为锌，其余为锌. 复杂黄铜复杂黄铜：在：在Cu-Zn会金中加入少量会金中加入少量铅、锡、铝、锰铅、锡、铝、锰等，组成等，组成多元合金。如多元合金。如HSn70-1表示含表示含70Cu、1Sn、余为锌的锡黄铜、余为锌的锡黄铜. 多元合金则以第三种含量最多的元素相称，如：多元合金则以第三种含量最多的元素相称，如：HMn57-3-1：57Cu、3Mn、1Al、余为锌的锰黄铜。、余为锌的锰黄铜。2 2、铜合金的分类及牌号铜合金的分类及牌号（2）青铜青铜：除黄铜、白铜之外的铜合金。除黄铜、白铜之外的铜合金。l 按

12、主加元素按主加元素(如如Sn、Al，Be等等)命名为命名为锡青铜、铝青铜、铍青铜，锡青铜、铝青铜、铍青铜，并以并以Q主添元素化学符号及百分含量表示，主添元素化学符号及百分含量表示，如如QSn6.5-0.1为为6.5Sn、0.1P、余为铜的锡磷青铜。、余为铜的锡磷青铜。QAl5为为5Al、余为铜的铝青铜。、余为铜的铝青铜。QBe2为为2%Be、余下为铜的铍青铜、余下为铜的铍青铜.（3）白铜白铜：铜为基、镍为主要合金元素的铜合金铜为基、镍为主要合金元素的铜合金.l以以B表示表示。如：。如：B10为为10Ni、余为铜；、余为铜；B30为为30%Ni、余、余Cu的的铜镍合金铜镍合金. 2、铜合金的分类

13、及牌号、铜合金的分类及牌号3 3、黄铜、黄铜黄铜具有良好的黄铜具有良好的力学性能、耐蚀性能、导电性能、导热性能和力学性能、耐蚀性能、导电性能、导热性能和热加工工艺性能。热加工工艺性能。与紫铜和许多铜合金相比，与紫铜和许多铜合金相比，黄铜价格较低、色泽美丽，是有色黄铜价格较低、色泽美丽，是有色金属中应用最广泛的合金材料。金属中应用最广泛的合金材料。最简单的黄铜是最简单的黄铜是铜锌二元合金铜锌二元合金，称为，称为普通黄铜或二元黄铜普通黄铜或二元黄铜。工。工业上使用的黄铜其含锌量均在业上使用的黄铜其含锌量均在50%以下以下。在二元铜锌合金的基础上加入一种或多种其他合金元素的黄铜在二元铜锌合金的基础上

14、加入一种或多种其他合金元素的黄铜称为称为复杂黄铜或特殊黄铜复杂黄铜或特殊黄铜。黄铜按其生产工艺可分为黄铜按其生产工艺可分为压力加工黄铜和铸造黄铜压力加工黄铜和铸造黄铜（牌号为（牌号为Z）。如）。如ZCuZn38,38为锌的平均质量含量（为锌的平均质量含量（%）。）。3 3、黄铜、黄铜（1）普通黄铜）普通黄铜l普通黄铜的相组成及各相的特性普通黄铜的相组成及各相的特性 Cu-Zn二元系相图中，二元系相图中，固态固态下有下有、六个相六个相。l相是以铜为基的固溶体，其晶格常数随锌含量的增加而增大，相是以铜为基的固溶体，其晶格常数随锌含量的增加而增大，锌在铜中的溶解度与一般合金相反，随温度降低而增加，锌

15、在铜中的溶解度与一般合金相反，随温度降低而增加，在在456时固溶度达最大值时固溶度达最大值(39Zn)；之后，锌在铜中的溶解度随；之后，锌在铜中的溶解度随温度的降低而减少。温度的降低而减少。l固溶体具有良好的塑性，可进行冷热加工，并有良好的焊接固溶体具有良好的塑性，可进行冷热加工，并有良好的焊接性能。性能。 H70黄铜的铸态组织及变形后退火组织 （1）普通黄铜）普通黄铜3 3、黄铜、黄铜l相相：以电子化合物：以电子化合物CuZn为基的体心立方晶格固溶体。冷却过为基的体心立方晶格固溶体。冷却过程中，在程中，在468456温度范围，无序相温度范围，无序相转变成有序相转变成有序相 。 相相塑性低，硬

16、而脆，冷加工困难，所以含有塑性低，硬而脆，冷加工困难，所以含有 相的合金不适宜冷加相的合金不适宜冷加工。工。但加热到有序化温度以上，但加热到有序化温度以上， 后，又具有良好塑性。后，又具有良好塑性。相相高温塑性好，可进行热加工。高温塑性好，可进行热加工。l相：相：是以电子化合物是以电子化合物Cu5Zn8为基的复杂立方晶格固溶体，硬为基的复杂立方晶格固溶体，硬而脆，难以压力加工，工业上不采用。而脆，难以压力加工，工业上不采用。l工业用黄铜的工业用黄铜的锌含量均小于锌含量均小于46，不含不含相。相。l工业用黄铜，按其退火组织可分为工业用黄铜，按其退火组织可分为黄铜和黄铜和+两相黄铜两相黄铜。黄黄铜

17、只用作焊料。铜只用作焊料。（1）普通黄铜）普通黄铜 +两相黄铜含两相黄铜含3646Zn，H62至至H59均属于此。凝均属于此。凝固时发生包晶反应形成固时发生包晶反应形成相，凝固完毕，合金为单相相，凝固完毕，合金为单相组组织，当冷至织，当冷至+两相区时，两相区时，相自相自相析出，残留的相析出，残留的相冷相冷至有序转变温度时至有序转变温度时(456)，无序相转变为无序相转变为 有序相，有序相，室室温下合金为温下合金为+ 两相组织两相组织. （1）普通黄铜）普通黄铜l二元黄铜性能变化规律二元黄铜性能变化规律：其导电、导热性随其导电、导热性随Zn含量的增加而下含量的增加而下降，而机械性能降，而机械性能

18、(抗拉强度、硬度抗拉强度、硬度)则随则随Zn含量的增加而上升。含量的增加而上升。lH96、H90和和H85：良好的电导率、热导率和耐蚀性，有足够的：良好的电导率、热导率和耐蚀性，有足够的强度和良好的冷、热加工性能，被大量采用来制作冷凝管、散热强度和良好的冷、热加工性能，被大量采用来制作冷凝管、散热管、散热片、冷却设备及导电零件等。管、散热片、冷却设备及导电零件等。lH70、H68：高的塑性和较高的强度，：高的塑性和较高的强度，冷成型性能特别好冷成型性能特别好，适于，适于用冷冲压或深拉法制造各种形状复杂的零件，有用冷冲压或深拉法制造各种形状复杂的零件，有“弹壳黄铜弹壳黄铜”之之称。称。lH62：

19、+黄铜，高的强度，塑性也较好，有黄铜，高的强度，塑性也较好，有“商业黄铜商业黄铜”之称。之称。lH59：强度高；含锌量高，能承受热态压力加工，有一定的耐蚀：强度高；含锌量高，能承受热态压力加工，有一定的耐蚀性，多以棒材和型材应用于机械制造业。性，多以棒材和型材应用于机械制造业。（1 1）普通黄铜）普通黄铜性能及用途性能及用途代号代号化学成分化学成分, %机械性能机械性能CuZn加工加工状态状态bMPa%HBH969597余量余量退火退火25052H807981余量余量退火退火27044H686770余量余量退火退火30052H595760余量余量退火退火变形变形300420255103（2）复

20、杂黄铜）复杂黄铜 为提高二元黄铜的耐蚀性能、机械性能或切削加工性能，在为提高二元黄铜的耐蚀性能、机械性能或切削加工性能，在二元黄铜中二元黄铜中加入少量加入少量Sn、Pb、Mn、Fe、Si、Ni、Al等元素等元素，即得，即得复杂黄铜。复杂黄铜。 铅的作用及铅黄铜铅的作用及铅黄铜l铅提高黄铜的切削性能，使零件获得高的光洁度，同时提高合金铅提高黄铜的切削性能，使零件获得高的光洁度，同时提高合金的耐磨性。的耐磨性。(+)两相铅黄铜可热轧、热挤，而单相两相铅黄铜可热轧、热挤，而单相铅黄铜通常铅黄铜通常只能冷轧或热挤。只能冷轧或热挤。l铅黄铜有极好的切削性能，耐磨、高强、耐蚀、导电性好铅黄铜有极好的切削性

21、能，耐磨、高强、耐蚀、导电性好，它以，它以棒材，扁材、带材等广泛供应汽车、拖拉机、钟表、电器等工业，棒材，扁材、带材等广泛供应汽车、拖拉机、钟表、电器等工业，用以制作各种螺丝、螺母、电器插座、钟表零件等。用以制作各种螺丝、螺母、电器插座、钟表零件等。 锡的作用及锡黄铜锡的作用及锡黄铜l锡锡抑制黄铜脱锌，提高黄铜的耐蚀性。抑制黄铜脱锌，提高黄铜的耐蚀性。锡黄铜在淡水及海水锡黄铜在淡水及海水中均耐蚀，故称中均耐蚀，故称“海军黄铜海军黄铜”。l锡锡提高合金的强度和硬度，提高合金的强度和硬度，常用锡黄铜含常用锡黄铜含1 1SnSn，含锡量过，含锡量过多会降低合金的塑性。多会降低合金的塑性。l锡黄铜能较

22、好地承受热、冷压力加工。锡黄铜能较好地承受热、冷压力加工。l锡黄铜主要用于海轮，热电厂作高强，耐蚀冷凝管、热交换锡黄铜主要用于海轮，热电厂作高强，耐蚀冷凝管、热交换器，船舶零件等。器，船舶零件等。（2 2）复杂黄铜）复杂黄铜铝的作用及铝黄铜铝的作用及铝黄铜l黄铜中加入少量铝能在合金表面黄铜中加入少量铝能在合金表面形成坚固的氧化膜，提高合形成坚固的氧化膜，提高合金对气体、溶液、高速海水的耐蚀性，并能提高合金的强度和金对气体、溶液、高速海水的耐蚀性，并能提高合金的强度和硬度。硬度。l铝含量增高时，将铝含量增高时，将出现出现相，剧烈降低塑性，使合金的晶粒粗相，剧烈降低塑性，使合金的晶粒粗化化。为了使

23、合金能进行冷变形，铝含量应低于。为了使合金能进行冷变形，铝含量应低于4。l铝黄铜以铝黄铜以HAl70-2用量最大，主要是制成高强、耐蚀的管材，用量最大，主要是制成高强、耐蚀的管材，广泛用做海船和发电站的冷凝器等。广泛用做海船和发电站的冷凝器等。l铝黄铜的颜色随成分而变化，通过调整成分，可获得金黄色铝黄铜的颜色随成分而变化，通过调整成分，可获得金黄色的铝黄铜，作为金粉涂料的代用品。的铝黄铜，作为金粉涂料的代用品。（2 2）复杂黄铜）复杂黄铜锰的作用及锰黄铜锰的作用及锰黄铜l锰起锰起固溶强化作用固溶强化作用，少量的锰可提高黄铜的强度、硬度。，少量的锰可提高黄铜的强度、硬度。l锰黄铜能锰黄铜能较好地

24、承受热、冷压力加工较好地承受热、冷压力加工。l锰能显著升高黄铜在海水、氯化物和过热蒸汽中的耐蚀性。锰能显著升高黄铜在海水、氯化物和过热蒸汽中的耐蚀性。l锰黄铜、特别是同时加有铝、锡或铁的锰黄铜广泛用于造船锰黄铜、特别是同时加有铝、锡或铁的锰黄铜广泛用于造船及军工等部门。及军工等部门。（2 2）复杂黄铜）复杂黄铜组组 别别代代 号号主要化学成分主要化学成分, %机械性能机械性能(变形变形)Cu其它其它 bMPa %HBPb黄铜黄铜HPb 63-3HPb 60-162.065.059.061.0Pb 2.43.0Pb 0.61.060061054Sn黄铜黄铜HSn 90-1HSn 62-188.0

25、91.061.063.0Sn 0.250.75Sn 0.71.152070054148Al黄铜黄铜HAl 77-276.079.0Al 1.82.665012170Si黄铜黄铜HSi 65-1.5-363.566.5Si 1.02.0Pb 2.53.56008160Mn黄铜黄铜Fe黄铜黄铜HMn 58-2HFe 59-1-157.060.057.060.0Mn 1.01.2Fe 0.61.27007001010175160Ni黄铜黄铜HNi 65-564.067.0Ni 5.06.57004（3）黄铜的热处理）黄铜的热处理 黄铜主要热处理方式为黄铜主要热处理方式为退火退火，包括，包括再结晶退火

26、和去应力退火再结晶退火和去应力退火. 再结晶退火包括有加工工序之间的中间退火和产品的最终退火再结晶退火包括有加工工序之间的中间退火和产品的最终退火，其目的是，其目的是消除加工硬化，恢复塑性及获得细晶粒组织。消除加工硬化，恢复塑性及获得细晶粒组织。再结再结晶退火多在晶退火多在600700进行。进行。 含锌量较高的黄铜，应力腐蚀破裂倾向很严重，其冷变形产品含锌量较高的黄铜，应力腐蚀破裂倾向很严重，其冷变形产品必须进行去应力退火，必须进行去应力退火，以消除变形过程中产生的残余应力，防以消除变形过程中产生的残余应力，防止自裂。止自裂。 去应力退火温度一般比再结晶温度低去应力退火温度一般比再结晶温度低3

27、0100，约为，约为230300。保温时间约为。保温时间约为30min至至1h。（1 1）锡青铜）锡青铜 最古老的铜合金最古老的铜合金。用于鼎、钟、武器、铜镜等。用于鼎、钟、武器、铜镜等。耐耐蚀、耐磨、弹性好和铸件体积收缩率小等蚀、耐磨、弹性好和铸件体积收缩率小等。锡青铜有三。锡青铜有三大用途：大用途： 用作高强、弹性材料，如作弹簧、弹片、弹性元件用作高强、弹性材料，如作弹簧、弹片、弹性元件. . 用作耐磨材料。如作滑动轴承的轴套、齿轮等耐磨零用作耐磨材料。如作滑动轴承的轴套、齿轮等耐磨零件件. . 铸件体积收缩小、耐蚀，用来制作艺术铸件，如铜像铸件体积收缩小、耐蚀，用来制作艺术铸件，如铜像等

28、等. .3 3、青铜、青铜（1）锡青铜）锡青铜二元锡青铜的组织二元锡青铜的组织l铜锡相图中有铜锡相图中有两个包晶反应和三个共析反应两个包晶反应和三个共析反应.l相是相是相在相在520时的共析分解产物，这个相在时的共析分解产物，这个相在350时分解时分解成成+相，一般生产条件下不会出现该组织相，一般生产条件下不会出现该组织.l相的分解进行得极慢，以致在含锡相的分解进行得极慢，以致在含锡20以下的合金中，以下的合金中，相相实际上不存在。实际上不存在。l 锡青铜实际上只能存在以下的组织：锡青铜实际上只能存在以下的组织：铸造合金中的枝晶组织，合金凝固间隔很宽铸造合金中的枝晶组织，合金凝固间隔很宽.低锡

29、合金，变形和退火后组织为低锡合金，变形和退火后组织为固溶体固溶体.高锡合金，由高锡合金，由固溶体和共析体固溶体和共析体+组成组成.4 4、青铜、青铜 （1 1）锡青铜）锡青铜二元锡青铜的性能二元锡青铜的性能铸造性能铸造性能l 铜锡合金结晶温度间隔可达铜锡合金结晶温度间隔可达150150160160，流动性差，流动性差. .l 锡在铜中扩散慢，熔点相差大，锡在铜中扩散慢，熔点相差大，枝晶偏析严重，枝晶偏析严重，枝晶枝晶轴富铜，呈黑色；基底富锡，呈亮色轴富铜，呈黑色；基底富锡，呈亮色. .l 铸锭在进行压力加工前要进行均匀化退火，并经多次铸锭在进行压力加工前要进行均匀化退火，并经多次压力加工和退火

30、后，才基本上消除枝晶偏析压力加工和退火后，才基本上消除枝晶偏析. .（1 1）锡青铜）锡青铜二元锡青铜的性能二元锡青铜的性能铸造性能铸造性能l 锡青铜凝固时不形成集中缩孔，只形成沿铸件断面均锡青铜凝固时不形成集中缩孔，只形成沿铸件断面均匀分布在枝晶间的分散缩孔，匀分布在枝晶间的分散缩孔，铸件致密性差，在高压下铸件致密性差，在高压下容易渗漏容易渗漏，不适于铸造密度和气密性要求高的零件，不适于铸造密度和气密性要求高的零件. .l 锡青铜锡青铜线收缩率小，热裂倾向小，线收缩率小，热裂倾向小，利于获得断面厚薄利于获得断面厚薄不等、尺寸要求精确的复杂铸件和花纹清晰的工艺美术不等、尺寸要求精确的复杂铸件和

31、花纹清晰的工艺美术品品. .（1 1）锡青铜）锡青铜机械性能机械性能l锡青铜的性能与含锡量及组织有关。锡青铜的性能与含锡量及组织有关。相相(Cu3lSn8)硬而脆，随着硬而脆，随着相的增多，相的增多，b起初升高，其后也急剧下降。起初升高，其后也急剧下降。工业用合金中，锡的工业用合金中，锡的含量从含量从3到到14，变形合金的含锡量在，变形合金的含锡量在8以下，且含磷、锌或铅以下，且含磷、锌或铅等。等。抗蚀性能抗蚀性能l 锡青铜锡青铜在大气、水蒸气和海水中具有很高的化学稳定性在大气、水蒸气和海水中具有很高的化学稳定性，在海，在海水中的耐蚀性比紫铜、黄铜优良。但盐酸和硝酸强烈腐蚀锡青铜。水中的耐蚀性

32、比紫铜、黄铜优良。但盐酸和硝酸强烈腐蚀锡青铜。l二元锡青铜二元锡青铜易偏析，不致密，机械性能得不到保证，易偏析，不致密，机械性能得不到保证，故很少应故很少应用。为了改善二元锡青铜的工艺和使用性能，几乎全部工业用锡用。为了改善二元锡青铜的工艺和使用性能，几乎全部工业用锡青铜都分别加有青铜都分别加有锌、磷、铅、镍等锌、磷、铅、镍等元素，组成多元锡青铜。元素，组成多元锡青铜。二元锡青铜的性能二元锡青铜的性能 1 1、磷的作用及锡磷青铜、磷的作用及锡磷青铜 锡青铜熔炼时用磷脱氧，微量磷（锡青铜熔炼时用磷脱氧，微量磷（0.3）能有效）能有效地提高合金的机械性能地提高合金的机械性能. 锡磷青铜，含磷量不超

33、过锡磷青铜，含磷量不超过0.4，此时锡青铜力学，此时锡青铜力学和工艺性能最好，有和工艺性能最好，有高的弹性极限、弹性模量和疲高的弹性极限、弹性模量和疲劳极限劳极限(100106次循环时达次循环时达250280MPa). 用于制作弹簧、弹片及弹性元件用于制作弹簧、弹片及弹性元件.1 1、磷的作用及锡磷青铜、磷的作用及锡磷青铜 磷在锡青铜中溶解度小，室温时磷在锡青铜中的磷在锡青铜中溶解度小，室温时磷在锡青铜中的极限溶解度为极限溶解度为0.2左右左右. 磷化物硬度高，耐磨磷化物硬度高，耐磨. 磷化物磷化物+相作硬相，为轴承合金创造了所必需的相作硬相，为轴承合金创造了所必需的条件，在条件，在铸造耐磨锡

34、青铜中，磷含量可达铸造耐磨锡青铜中，磷含量可达1.2.2 2、锌的作用及锡锌青铜、锌的作用及锡锌青铜 锌锌锡青铜的结晶温度间隔，减少偏析，提高流动性，锡青铜的结晶温度间隔，减少偏析，提高流动性，促进脱氧除气，提高铸件密度促进脱氧除气，提高铸件密度. 锡锌青铜的含锌量在锡锌青铜的含锌量在24时，具有良好的机械性能和抗蚀性能时，具有良好的机械性能和抗蚀性能. 锌能大量溶入锌能大量溶入固溶体中，改善合金的机械性能。固溶体中，改善合金的机械性能。含含锌加工锡青铜均具有单相锌加工锡青铜均具有单相固溶体组织（如固溶体组织（如QSn4-3）. 典型的锡锌青铜如典型的锡锌青铜如QSn4-3，常用于制造弹簧、弹

35、片，常用于制造弹簧、弹片等弹性元件、化工器械、耐磨零件和抗磁零件等。等弹性元件、化工器械、耐磨零件和抗磁零件等。3 3、铅的作用及锡铅青铜、铅的作用及锡铅青铜 铅不固溶于青铜，以纯组元状态存在，呈黑色夹杂铅不固溶于青铜，以纯组元状态存在，呈黑色夹杂物分布在枝晶之间，可物分布在枝晶之间，可改善切削和耐磨性改善切削和耐磨性. 含铅低时含铅低时(如如12)主要改善切削性主要改善切削性. 含铅高时含铅高时(45)用作轴承材料，降低摩擦系数用作轴承材料，降低摩擦系数。锡铅青铜用以制造耐蚀、耐磨、易切削零件或轴套、锡铅青铜用以制造耐蚀、耐磨、易切削零件或轴套、轴承内衬等零件。轴承内衬等零件。 微量微量Zr

36、、B、Ti可细化晶粒，改善锡青铜的机械性可细化晶粒，改善锡青铜的机械性能和冷热加工性能能和冷热加工性能.二元铝青铜的组织二元铝青铜的组织l含含Al小于小于7的合金的合金在所有温度下均具有在所有温度下均具有单相单相固溶体固溶体组织组织。相塑性好，易加工相塑性好，易加工.l实际生产条件下，实际生产条件下，78Al的合金组织中便有的合金组织中便有+2共共析体析体。2是硬脆相是硬脆相(520HV)，它使硬度、强度升高，塑性，它使硬度、强度升高，塑性下降下降.l含含9.415.6Al的合金缓慢冷却到的合金缓慢冷却到586时，发生时，发生+2转变，形成共析体组织。转变，形成共析体组织。(+2)共析体组织与

37、退共析体组织与退火钢中的珠光体相似，具有明显的片层状特征火钢中的珠光体相似，具有明显的片层状特征.（2 2）铝青铜）铝青铜 （2 2）铝青铜）铝青铜二元铝青铜的组织二元铝青铜的组织单相区快速淬火时，单相区快速淬火时，共析转变受阻，此时共析转变受阻，此时的相变过程为：的相变过程为： 无无序序有序有序11 或或1 ，此时形成的马氏，此时形成的马氏体体1 (或或1 )因因Al的浓的浓度而异度而异).二元铝青铜的性能二元铝青铜的性能机械性能机械性能l 其强度和塑性随铝含量的增加而升高，其强度和塑性随铝含量的增加而升高，塑性在铝含塑性在铝含量量4左右达最大值左右达最大值，其后下降，而，其后下降，而强度在

38、强度在10Al左右左右达最大值达最大值。工业铝青铜含铝量在。工业铝青铜含铝量在511范围内。范围内。l铝青铜具有机械性能高、耐蚀、耐磨、冲击时不发铝青铜具有机械性能高、耐蚀、耐磨、冲击时不发生火花等优点。生火花等优点。l (+)合金合金能承受热压力加工能承受热压力加工，但主要用挤压法获得，但主要用挤压法获得制品，不能进行冷变形制品，不能进行冷变形.（2 2）铝青铜）铝青铜二元铝青铜的性能二元铝青铜的性能铸造性能铸造性能l铝青铜铝青铜结晶温度间隔仅结晶温度间隔仅1080，流动性很好，几乎不生成分，流动性很好，几乎不生成分散缩孔，易得致密铸件，成分偏析也不严重，但易生成集中缩孔，散缩孔，易得致密铸

39、件，成分偏析也不严重，但易生成集中缩孔，易形成粗大柱状晶，使压力加工变得困难。易形成粗大柱状晶，使压力加工变得困难。l为防止铝青铜晶粒粗大，除严格控制铝含量外，还用复合变质为防止铝青铜晶粒粗大，除严格控制铝含量外，还用复合变质剂剂(如如Ti+V+B等等)细化晶粒。细化晶粒。耐蚀性耐蚀性l铝青铜的耐蚀性比黄铜、锡青铜好铝青铜的耐蚀性比黄铜、锡青铜好，在大气、海水和大多数有，在大气、海水和大多数有机酸机酸(柠檬酸、醋酸、乳酸等柠檬酸、醋酸、乳酸等)溶液中均有很高的耐蚀性，在某些溶液中均有很高的耐蚀性，在某些硫酸盐，苛性碱、酒石酸等溶液中的耐蚀性也较好。硫酸盐，苛性碱、酒石酸等溶液中的耐蚀性也较好。

40、 （2）铝青铜）铝青铜合金元素对铝青铜的影响合金元素对铝青铜的影响 锰锰: 显著降低铝青铜显著降低铝青铜相的共析转变温度和速度，稳定相的共析转变温度和速度，稳定相，推迟相，推迟(+2)，避免，避免“自发回火自发回火”脆性。溶解于脆性。溶解于铝青铜中的锰，可提高合金的机械性能和耐蚀性铝青铜中的锰，可提高合金的机械性能和耐蚀性. 0.30.5Mn能减少热轧开裂，提高成品率，改善合能减少热轧开裂，提高成品率，改善合金的冷、热变形能力金的冷、热变形能力. 铁铁: 少量铁能溶于铝青铜少量铁能溶于铝青铜固溶体中，固溶体中，机械性能机械性能. 含量高时以含量高时以Fe3Al化合物析出，使合金机械性能变坏，化

41、合物析出，使合金机械性能变坏，抗蚀性恶化，铝青铜中抗蚀性恶化，铝青铜中Fe加入量不超过加入量不超过5.镍：镍：显著提高铝青铜的强度、硬度、热稳定性、耐显著提高铝青铜的强度、硬度、热稳定性、耐蚀性和再结晶温度。蚀性和再结晶温度。 加加Ni的铝青铜可热处理强化，的铝青铜可热处理强化，Cu-14Al-4Ni(重量重量)为为具有具有形状记忆效应的合金形状记忆效应的合金。 铝青铜中同时添加镍和铁，能获得更佳的性能。铝青铜中同时添加镍和铁，能获得更佳的性能。 工业铝青铜中工业铝青铜中Fe、Ni含量相等。含量相等。QAl10-4-4在在500的的抗拉强度比锡青铜在室温的强度还高。改变时效温度抗拉强度比锡青铜

42、在室温的强度还高。改变时效温度可以调整其强度和塑性之间的配合。可以调整其强度和塑性之间的配合。l铍青铜即铍青铜即含含1.52.5Be的铜合金的铜合金l淬火时效强度高，淬火时效强度高，b达达12501500MPa，硬度，硬度350400 HB。弹性极限高。弹性极限高(700780MPa)，弹性稳定性好，弹性稳定性好，弹性滞后小，耐蚀、耐磨、耐寒、耐疲劳，无磁性，弹性滞后小，耐蚀、耐磨、耐寒、耐疲劳，无磁性，冲击不发生火花，导电、导热性能好，铍青铜的冲击不发生火花，导电、导热性能好，铍青铜的综合综合性能优良性能优良。l铍青铜用作高级弹性元件铍青铜用作高级弹性元件(如弹簧、膜片，手表的游如弹簧、膜片

43、，手表的游丝丝)，特殊要求的耐磨元件，高速，高压下工作的轴承、，特殊要求的耐磨元件，高速，高压下工作的轴承、衬套、齿轮等。衬套、齿轮等。 （3 3）铍青铜）铍青铜相组成及其特性相组成及其特性 、 、 三个单相区三个单相区l ：以铜为基的置换固溶体，面心立方晶格，有：以铜为基的置换固溶体，面心立方晶格，有良好良好的塑性，可冷热变形的塑性，可冷热变形。铍原子半径比铜小，造成严重。铍原子半径比铜小，造成严重晶格歪扭。晶格歪扭。 相有明显溶解度变化，有相有明显溶解度变化，有强烈的时效强化强烈的时效强化效应效应。l ：以电子化合物：以电子化合物CuBeCuBe为基的无序固溶体，体心立为基的无序固溶体，体

44、心立方结构，高温塑性好，淬火过冷到室温，极柔软，可方结构，高温塑性好，淬火过冷到室温，极柔软，可冷变形。冷变形。相在缓冷时发生共析分解相在缓冷时发生共析分解. . l ：电子化合物：电子化合物CuBeCuBe为基的有序固溶体，体心立方为基的有序固溶体，体心立方结构，低温稳定相，室温硬而脆。结构，低温稳定相，室温硬而脆。（3 3）铍青铜）铍青铜（3）铍青铜）铍青铜 +605共析体共析体铍青铜的热处理铍青铜的热处理淬火淬火：在：在760790固溶处理，保温时间为固溶处理，保温时间为815min。为防止固溶体冷却时分解，常用水淬。为防止固溶体冷却时分解，常用水淬. 时效时效：Cu-Be合金的性能随时

45、效温度和时效时间而变合金的性能随时效温度和时效时间而变化化。获得最高机械性能的时效温度约等于。获得最高机械性能的时效温度约等于0.5-0.6T熔熔. 含铍高于含铍高于1.7%的合金，最佳时效温度是的合金，最佳时效温度是300-330，保温保温1-3h. 含铍低于含铍低于0.5%的高导电性电极合金，熔点升高，最的高导电性电极合金，熔点升高，最佳时效温度是佳时效温度是450-480，保温，保温1-3h.（3 3）铍青铜）铍青铜QBe2时时效曲效曲线线铍青铜的热处理铍青铜的热处理（3 3）铍青铜）铍青铜铍青铜的热处理铍青铜的热处理l铍青铜过饱和固溶体的分解以铍青铜过饱和固溶体的分解以连续脱溶及不连续

46、脱连续脱溶及不连续脱溶溶两种方式同时进行。其脱溶过程为：两种方式同时进行。其脱溶过程为： 过饱和固溶体过饱和固溶体 .l铍青铜的铍青铜的最高机械性能是在最高机械性能是在 将开始向中间相将开始向中间相 转转变的阶段获得变的阶段获得。退火退火：铍青铜的退火最好在：铍青铜的退火最好在共析转变温度以下进行，共析转变温度以下进行，一般为一般为550-570，保温，保温2-3h。温度过高，导致。温度过高，导致相的相的聚集粗化，低于聚集粗化，低于550 则不能有效软化合金。则不能有效软化合金。（3 3）铍青铜）铍青铜连续脱溶：连续脱溶： 连续脱溶：连续脱溶：在脱溶过程中，随着新相的形成，母相在脱溶过程中，随

47、着新相的形成，母相的的成分连续地、平缓地由过饱和状态逐渐达到饱和成分连续地、平缓地由过饱和状态逐渐达到饱和状态状态。 也就是说，在脱溶过程中，除了新旧相间产生相界也就是说，在脱溶过程中，除了新旧相间产生相界面外，在面外，在母相内部并不产生新界面母相内部并不产生新界面，仍保持着连贯，仍保持着连贯性，但性，但脱溶相附近母相的浓度较低，并由相界面向脱溶相附近母相的浓度较低，并由相界面向内，母相的浓度逐步升高，而呈现连续的浓度梯度内，母相的浓度逐步升高，而呈现连续的浓度梯度，新相依靠长程扩散而成长。，新相依靠长程扩散而成长。 不连续脱溶：不连续脱溶： 与连续脱溶正好相反，脱溶相与连续脱溶正好相反，脱溶

48、相一旦在一旦在相中的特相中的特定地区（如晶界）析出，仅仅定地区（如晶界）析出，仅仅引起母相局部地区引起母相局部地区成分的改变，并且在此脱溶微区内达到两相成分成分的改变，并且在此脱溶微区内达到两相成分和数量的平衡或介稳平衡，形成区别于母相其他和数量的平衡或介稳平衡，形成区别于母相其他地区的胞状脱溶区。地区的胞状脱溶区。 这种脱溶过程的继续是这种这种脱溶过程的继续是这种两相向未发生成分变两相向未发生成分变化的母相中生长。化的母相中生长。这种现象称为非连续脱溶。所这种现象称为非连续脱溶。所得组织与共析组织（或珠光体组织）很相似。得组织与共析组织（或珠光体组织）很相似。合金元素的影响：合金元素的影响：

49、为了减缓时效过程，抑制晶界反应，适当加入其它合为了减缓时效过程，抑制晶界反应，适当加入其它合金元素金元素.微量元素微量元素Co、Ni、Fe和和Ti能缓和过饱和固溶体的分解，能缓和过饱和固溶体的分解，抑制铍青铜的晶界反应和过时效软化。抑制铍青铜的晶界反应和过时效软化。Co和和Ni的作用的作用最明显但最明显但Co的价格比的价格比Ni贵贵.镍镍：稳定：稳定固溶体和抑制固溶体和抑制相在淬火过程中发生分解的相在淬火过程中发生分解的作用，抑制再结晶过程，阻止加热时晶粒长大作用，抑制再结晶过程，阻止加热时晶粒长大.镍镍能抑制时效中的晶界反应，因为镍吸附于晶界，减能抑制时效中的晶界反应，因为镍吸附于晶界，减少

50、铍在晶界的过饱和度少铍在晶界的过饱和度. 镍镍降低铍在铜中的溶解度，缩小降低铍在铜中的溶解度，缩小区，常使铍青铜出区，常使铍青铜出现一定数量的硬脆现一定数量的硬脆2相，对合金的疲劳强度、弹性滞相，对合金的疲劳强度、弹性滞后和弹性稳定性都产生不良影响。后和弹性稳定性都产生不良影响。 严格控制严格控制Ni含量，使合金不出现或少出现含量，使合金不出现或少出现2相。相。Ni的的合适加入量为合适加入量为0.2O.4。 微量微量Fe的作用与的作用与Co、Ni相，并有细化晶粒的作用相，并有细化晶粒的作用，但加入量不能超过但加入量不能超过0.15.合金元素的影响：合金元素的影响： 微量微量Ti(0.10.25

51、)对过饱和固溶体分解的抑制作用对过饱和固溶体分解的抑制作用比比Fe、Ni、Co还强还强. 微微量量Ti细化晶粒和降低晶界上铍的浓度，减弱晶界细化晶粒和降低晶界上铍的浓度，减弱晶界反应，同时使合金中的硬脆反应，同时使合金中的硬脆2相减至极少，相减至极少，疲劳强疲劳强度提高度提高. 磷磷促进铍青铜的晶界反应，加速固溶体分解，使铍促进铍青铜的晶界反应，加速固溶体分解，使铍青铜加热耐晶粒长大青铜加热耐晶粒长大. 铅铅能使铍青铜的晶界反应迅速发展，加速合金软化，能使铍青铜的晶界反应迅速发展，加速合金软化，损害热加工性能，但少量铅可损害热加工性能，但少量铅可铍青铜的切削性铍青铜的切削性.合金元素的影响合金

52、元素的影响4 4、白铜：、白铜：耐蚀性、耐热性、耐寒性好，中等强度，高耐蚀性、耐热性、耐寒性好，中等强度，高塑性，能冷、热压加工，好的电学性能，用作结构材料塑性，能冷、热压加工，好的电学性能，用作结构材料外、高电阻和热电偶合金外、高电阻和热电偶合金. 工业白铜按用途分为结构白铜和电工白铜。工业白铜按用途分为结构白铜和电工白铜。（1）结构白铜：）结构白铜：具有很好的耐蚀性，优良的机械性能具有很好的耐蚀性，优良的机械性能和压力加工性能，焊接性好和压力加工性能，焊接性好. 普通白铜：普通白铜：即即Cu-Ni二元合金。二元合金。铜与镍形成无限固溶铜与镍形成无限固溶体体，为，为单相固溶体单相固溶体. 普

53、通白铜在各种腐蚀介质中有极高的化学稳定性，可普通白铜在各种腐蚀介质中有极高的化学稳定性，可生产各种尺寸的板、带、管、棒等半成品，广泛应用于生产各种尺寸的板、带、管、棒等半成品，广泛应用于海船、医疗器械、化工等。海船、医疗器械、化工等。 （1）结构白铜：）结构白铜： 铁白铜：铁白铜：普通白铜中加入少量铁，称为铁白铜普通白铜中加入少量铁，称为铁白铜. 铁能显著铁能显著细化晶粒，提高强度和耐蚀性，尤其是提高细化晶粒，提高强度和耐蚀性，尤其是提高海水冲击腐蚀时的耐蚀性海水冲击腐蚀时的耐蚀性. 10Ni的铜合金中加入的铜合金中加入l2Fe，对提高耐流动海水，对提高耐流动海水的冲刷腐蚀有显著效果的冲刷腐蚀

54、有显著效果. 30Ni的合金中加入的合金中加入0.5Fe，有相同作用，有相同作用. 白铜中白铜中Fe的加入量不超过的加入量不超过2，否则，反而引起腐蚀，否则，反而引起腐蚀开裂开裂.4 4、白铜、白铜 （1）结构白铜：）结构白铜： 锌白铜：锌白铜：锌白铜亦称锌白铜亦称“镍银镍银”或或“德国银德国银”。锌能大。锌能大量溶于量溶于Cu-Ni合金中，形成单相合金中，形成单相固溶体。固溶体。 锌起固溶强化作用，提高强度及抗大气腐蚀能力。锌起固溶强化作用，提高强度及抗大气腐蚀能力。 BZnl5-20耐蚀性高，银白色光泽、力学性能好，能承耐蚀性高，银白色光泽、力学性能好，能承受热冷压力加工。用于精密仪器、电

55、工器材、医疗器材、受热冷压力加工。用于精密仪器、电工器材、医疗器材、卫生工程用零件及艺术制品。卫生工程用零件及艺术制品。4 4、白铜、白铜 （1）结构白铜：）结构白铜： 铝白铜：铝能显著提高白铜的强度和耐蚀性，但使合铝白铜：铝能显著提高白铜的强度和耐蚀性，但使合金的冷加工性能变差。金的冷加工性能变差。 高的机械性能和耐蚀性，抗寒，有很好的弹性并能承高的机械性能和耐蚀性，抗寒，有很好的弹性并能承受冷热加工受冷热加工. 铝白铜的机械性能和导热性比铝白铜的机械性能和导热性比B30还好，耐蚀性接近还好，耐蚀性接近B30，焊接性好，可代替，焊接性好，可代替B30.4 4、白铜、白铜工业用白铜的牌号、主要

56、成分、性质和用途工业用白铜的牌号、主要成分、性质和用途（2）电工白铜：）电工白铜：应用最广泛的电工白铜是应用最广泛的电工白铜是康铜、锰铜康铜、锰铜和考铜和考铜. 锰铜：锰铜：BMn3-12锰白铜又称锰铜锰白铜又称锰铜. 高的电阻和低的电阻温度系数，电阻值很稳定，与高的电阻和低的电阻温度系数，电阻值很稳定，与铜接触时的热电势不大铜接触时的热电势不大. 用来制作工作温度在用来制作工作温度在100以下的标准电阻、电桥、以下的标准电阻、电桥、电位差计以及其它精密电气测量仪器仪表中的电阻电位差计以及其它精密电气测量仪器仪表中的电阻元件。元件。（2）电工白铜）电工白铜康铜：康铜：BMn40-1.5锰白铜又

57、称康铜。锰白铜又称康铜。 热电动势高、电阻温度系数低和稳定的电阻；耐腐热电动势高、电阻温度系数低和稳定的电阻；耐腐蚀、耐热；高的力学性能，可压力加工蚀、耐热；高的力学性能，可压力加工. 康铜与康铜与Cu、Fe、Ag配对时有高的热电势，铜与康配对时有高的热电势，铜与康铜配用于铜配用于-100+300温区测温；也用来制作滑温区测温；也用来制作滑动变阻器，工作温度在动变阻器，工作温度在500以下的加热器。以下的加热器。（2）电工白铜）电工白铜考铜：考铜：BMn43-0.5锰白铜又称考铜。锰白铜又称考铜。 电阻系数高，与铜、镍铬、铁配对时产生的热电势大电阻系数高，与铜、镍铬、铁配对时产生的热电势大，同时温度系数很小，同时温度系数很小(实际上等于零实际上等于零). 广泛用在测温计中做补偿导线