铜及其合金PPT课件

1、10. 1 10. 1 工业纯铜（紫铜）工业纯铜（紫铜） 一一. . 特性特性l密度密度8 8.94.94，熔点，熔点10831083，面心立方，无同素异型转变，面心立方，无同素异型转变; ; l导电导热性好导电导热性好（金属材料导电性排序（金属材料导电性排序: : Ag, Cu, Au, Al, Ag, Cu, Au, Al, Mg, Zn, Ni,Mg, Zn, Ni,）；l高的的稳定性（大气、淡水）；但在海水中稍差，在氧高的的稳定性（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化性酸及各种盐类极易被腐蚀; ;l一定的机械性能（一定的机械性能（ b b 200240 MPa

2、200240 MPa），），冷加工状态冷加工状态下下 b b:450 MPa:450 MPa； l优良的加工成形性，铜有极高的塑性优良的加工成形性，铜有极高的塑性; ;l优良的可焊性优良的可焊性; ; l铜的另一个特性是无磁性，铜的另一个特性是无磁性，常用来制造不受磁场干扰的常用来制造不受磁场干扰的磁学仪器。磁学仪器。第2页/共28页第1页/共28页二杂质二杂质 1. 1. O O，S S与与CuCu形成（形成（Cu+CuCu+Cu2 2S S）和（和（Cu +CuCu +Cu2 2OO）共晶，共晶，熔点为熔点为10671067，均高于，均高于CuCu的热加工温度，冷加工时的热加工温度，冷加工

3、时易产生破裂（冷脆）；易产生破裂（冷脆）；2. 2. H H与与Cu, OCu, O形成形成CuCu与与HH2 2OO气泡，降低塑性气泡，降低塑性 “氢脆氢脆”；3. 3. Pb, BiPb, Bi与与CuCu形成低熔点共晶，熔点低，其共晶温度相形成低熔点共晶，熔点低，其共晶温度相应为应为270270和和326326，分布在晶界上，热加工时会引，分布在晶界上，热加工时会引起热脆起热脆; ;4. 4. 其它，其它，如如Al, Fe, Ni, Sn, Zn, SbAl, Fe, Ni, Sn, Zn, Sb等，虽在铜的溶解度等，虽在铜的溶解度较大，但对铜性能的影响较小。较大，但对铜性能的影响较小。

4、 第3页/共28页第2页/共28页三分类、牌号及用途三分类、牌号及用途 根据根据O%O%和生产方法的不同，可分为三类和生产方法的不同，可分为三类: :l韧铜韧铜：0.02%-0.10%0.02%-0.10%OO；T1T1，T2T2，T3T3，T4T4； T1T1、T2T2： 导电及高纯度铜合金用；导电及高纯度铜合金用； T3T3、T4T4： 一般用铜材及铜合金一般用铜材及铜合金. . l无氧铜无氧铜：0.003%0.003%； TU1 TU1，TU2: TU2: 主要用于电子真空仪器仪表中导体主要用于电子真空仪器仪表中导体 l脱氧铜脱氧铜：0.01%0.01%；TUPTUP，TUMnTUMn；

5、 TUP TUP 主要用于焊接用铜材，制作热交换器、排水主要用于焊接用铜材，制作热交换器、排水管、管、 冷凝管等；冷凝管等； TUMn TUMn 用于电子管用铜材用于电子管用铜材 第4页/共28页第3页/共28页10.2 10.2 铜中的合金元素铜中的合金元素 l在铜中无限固溶在铜中无限固溶: :NiNi、AuAu、（-Mn-Mn） ; ; 大多数合金元素为有限溶解。大多数合金元素为有限溶解。lNiNi、AlAl、SnSn、ZnZn、MnMn是有效的固溶强化元素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。但不同程度地降低导电性和导热性。l铜合金中能形成许多铜合金中能形成许多强化

6、相强化相： 2 2CuBe CuBe ；CrCr2 2Zr Zr ；NiNi2 2Si Si ；NiAlNiAl或或NiAlNiAl2 2 ；CuCu3 3TiTi第5页/共28页第4页/共28页10. 3 10. 3 黄铜黄铜 l分为：分为：Cu-ZnCu-Zn二元黄铜或二元黄铜或Cu-Zn-MCu-Zn-M特殊黄铜特殊黄铜（Zn50%Zn50%）一一. . 二元黄铜二元黄铜Cu-Zn二元相图二元相图第6页/共28页第5页/共28页相组成相组成 （1） ：固溶体固溶体; ; （2 2） ：电子化合物，以电子化合物，以CuZnCuZn为基的固溶体，在为基的固溶体，在456 456 468468

7、以下为以下为 有序相。有序相。 高温高温 塑性好，低温塑性好，低温 难以冷变形，含难以冷变形，含 相的黄铜只相的黄铜只能采用热加工成型。能采用热加工成型。（3 3） ：电子化合物电子化合物CuCu5 5ZnZn8 8为基的固溶体，电子浓度为基的固溶体，电子浓度21/1321/13，硬且脆，无实用价值。，硬且脆，无实用价值。第7页/共28页第6页/共28页Cu-Zn合金随合金随Zn%的组织与性能变化的组织与性能变化第8页/共28页第7页/共28页组织和性能组织和性能 1 1）组织）组织 ZnZn36%36%的合金为的合金为 黄铜黄铜; ; Zn Zn36-46%36-46%的合金为的合金为+黄铜

8、黄铜2 2）性能）性能 （1 1）力学性能）力学性能 见图见图 （2 2）良好的铸造性能。）良好的铸造性能。3 3）耐蚀性）耐蚀性 在大气、淡水、海水中耐蚀性良好。黄铜的腐蚀表现在大气、淡水、海水中耐蚀性良好。黄铜的腐蚀表现为为脱锌和应力腐蚀脱锌和应力腐蚀。脱锌脱锌: : 在中性盐水溶液中锌发生选择性溶解，可加入微在中性盐水溶液中锌发生选择性溶解，可加入微量量As 0.020.06%As 0.020.06%来防止来防止; ;应力腐蚀应力腐蚀: : 在张应力下由腐蚀介质氨、二氧化硫和湿空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。锌含量高于气的联合作用，发生应力腐蚀。锌含量

9、高于25%25%的黄铜的黄铜H70H70、H68H68、H62H62对此敏感对此敏感 ; ; 加入少量加入少量Si1.01.5% Si1.01.5% 或微量砷或微量砷 As 0.020.06%As 0.020.06%。 第9页/共28页第8页/共28页牌号与性能牌号与性能 1 1）低锌黄铜）低锌黄铜 H96H96、H90H90、H85 H85 黄铜黄铜 用于冷凝器和散热器。用于冷凝器和散热器。 2 2）三七黄铜）三七黄铜 H70H70、H68 H68 黄铜黄铜 用于深冲或深拉制造复杂形状的零件。用于深冲或深拉制造复杂形状的零件。 3 3）四六黄铜）四六黄铜 H62H62、H59H59 +黄铜黄

10、铜 用于制造销钉、螺帽、导管及散热器零件。用于制造销钉、螺帽、导管及散热器零件。第10页/共28页第9页/共28页二二. 特殊黄铜特殊黄铜lCu-Zn-M:Cu-Zn-M: +Si, Al, Sn, Pb, Mn, Fe, Ni +Si, Al, Sn, Pb, Mn, Fe, Ni等不同等不同程度地影响程度地影响Cu-ZnCu-Zn相图的相区。相图的相区。l锌当量系数锌当量系数 黄铜中加入黄铜中加入MM后并不形成新相，只是影响后并不形成新相，只是影响 ， 相的相的相对含量，其效果象增加了锌一样。可以用加入相对含量，其效果象增加了锌一样。可以用加入1%1%的其它合金元素对组织的影响上相当于百分

11、之几的的其它合金元素对组织的影响上相当于百分之几的ZnZn的换算系数来预估加入的合金元素对多元黄铜组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。织的影响，这种换算关系称为锌当量系数。 第11页/共28页第10页/共28页表表10-1 合金元素锌当量系数合金元素锌当量系数 + + 号表示增锌作用，号表示增锌作用，- - 号表示减锌作用号表示减锌作用 l 举例：举例：HAl59-3-2HAl59-3-2，其中含锌其中含锌36%36%，应为，应为 黄铜；但加入黄铜；但加入3%3%Al, Al, 2%Ni2%Ni后后, , 名义含锌量为名义含锌量为46.4%, 46

12、.4%, 其组织应为其组织应为+组织。组织。名义含锌量名义含锌量第12页/共28页第11页/共28页n合金元素的作用合金元素的作用AlAl：提高强度，但塑性降低，提高耐蚀性，提高强度，但塑性降低，提高耐蚀性， 如如 HAl77-2HAl77-2 （ 组织）组织）; ; HAl60-1-1HAl60-1-1（MnMn） （+组织组织) ) NiNi：提高强度，提高在海水中的耐蚀性；提高强度，提高在海水中的耐蚀性； HNi65-5HNi65-5， 可制作压力计管。可制作压力计管。FeFe：提高强度。提高强度。HFe59-1-1HFe59-1-1(Mn)(Mn)SnSn：提高在海洋大气、海水中抗蚀性

13、，提高在海洋大气、海水中抗蚀性，“海洋黄铜海洋黄铜” 用于舰船。如用于舰船。如HSn70-1HSn70-1（ ）; HSn62-1; HSn62-1（+）PbPb：提高耐磨性，改善切削性能。可用作轴瓦与衬提高耐磨性，改善切削性能。可用作轴瓦与衬 套，如套，如HPb74-1, HPb59-1HPb74-1, HPb59-1。第13页/共28页第12页/共28页10.4 10.4 青铜青铜 l青铜青铜是是CuCu和和SnSn、AlAl、BeBe、SiSi、MnMn、CrCr、CdCd、ZrZr和和CoCo等元素组成的合金的统称。等元素组成的合金的统称。l青铜根据成分可分为青铜根据成分可分为锡青铜（

14、锡青铜（Cu-SnCu-Sn）和特殊青铜。）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在特殊青铜中，根据主加元素又分别命名为铝青铜（Cu-AlCu-Al）、铍青铜（）、铍青铜（Cu-BeCu-Be）等。）等。l二元青铜二元青铜： Cu-SnCu-Sn， Cu-AlCu-Al， Cu-BeCu-Be，；l多元青铜多元青铜： Cu-Sn-MCu-Sn-M， Cu-Al-MCu-Al-M， Cu-Be-Cu-Be-MM，；第14页/共28页第13页/共28页一一. .锡青铜锡青铜 （一）二元锡青铜（一）二元锡青铜1. 1. 相相： 相：含锡的铜基固溶体；相：含锡的铜基固溶体； 相：相：

15、CuCu5 5Sn Sn 电子化合物为基的固溶体；电子化合物为基的固溶体； 共析分解共析分解 + + （586 586 ） 相：相： CuSn CuSn 为基的固溶体；为基的固溶体； + + （520 520 ） 相：相：CuCu3131SnSn8 8 电子化合物电子化合物 + + （CuCu3 3SnSn） （350 350 ） 第15页/共28页第14页/共28页Cu-Sn合金合金第16页/共28页第15页/共28页2. 2. 组织（铸态）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得到平衡组织 . . Sn

16、Sn6%: 6%: 6%: 固溶体和（固溶体和（+）。）。 3. 3. 性能性能 1 1）锡青铜铸造的优点是铸件收缩率小，适于铸造形状复）锡青铜铸造的优点是铸件收缩率小，适于铸造形状复杂、壁厚变化大的零件杂、壁厚变化大的零件; ; 2 2）锡青铜在大气、海水和碱性溶液中有良好耐蚀性，用）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；于海上船舶、矿山机械零件； 3 3）力学性能）力学性能 工业锡青铜中锡含量不超过工业锡青铜中锡含量不超过14%14%，其中，其中 Sn Sn7-8%: 10%: 10%: 铸造合金，用于铸件。铸造合金，用于铸件。 第17页/共28页第16页

17、/共28页Cu-Sn合金随合金随Sn%的组织与性能变化的组织与性能变化第18页/共28页第17页/共28页（二）多元锡青铜（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，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一般工业用锡青铜部分别加入合金元素ZnZn、P P、PbPb、NiNi等，得到多元锡青铜。等，得到多元锡青铜。 1 1）+ +P P：能显著提高合金的弹性极限和疲劳极限，并能能显著提高合金的弹性极限和疲劳极限，并能承受压承受压 力加工，广泛用于制造各种弹性元件。如力加工，广泛用于制造各种弹性元件。如 QSn6.5-0.1QSn6.5

18、-0.1：可制造导电性好的弹簧、接触片、精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。密仪器中的齿轮等耐磨和抗磁元件。 ZQSn10-1ZQSn10-1：CuCu3 3P P与与 相可作为青铜轴承材料的耐磨相可作为青铜轴承材料的耐磨相，可做耐磨轴承合金。相，可做耐磨轴承合金。2 2）+ +ZnZn: : 可提高力学性能和耐蚀性。可提高力学性能和耐蚀性。 QSn4-3 QSn4-3 , , 常用作制造弹簧、等弹性零件和抗磁零常用作制造弹簧、等弹性零件和抗磁零件。件。 第19页/共28页第18页/共28页二二. . 铝青铜铝青铜 l铝青铜有良好的力学性能、耐蚀性和耐磨性，是青铜

19、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。中应用最广的一种。 l 相为相为CuCu3 3A1A1电子化合物为基的固溶体电子化合物为基的固溶体 在在565565发生共析分解，发生共析分解， +2 2 若从若从 相淬火，可发生马氏体转变（相淬火，可发生马氏体转变（5 56/min6/min）l 1 1、 2 2 相是以相是以CuCu9 9AlAl电子化合物为基的固溶体，电子化合物为基的固溶体， 2 2相相硬而且脆，能提高合金的耐磨性。硬而且脆，能提高合金的耐磨性。 第20页/共28页第19页/共28页Cu-Al合金合金第21页/共28页第20页/共28页成分与冷却速度对组织的

20、影响成分与冷却速度对组织的影响第22页/共28页第21页/共28页lA15%-8%:A15%-8%: 单相单相 合金。有高的塑性，一般做变形合金。有高的塑性，一般做变形合金合金 AlAl8%8%: : 在高温下为在高温下为+双相合金，可经受热加工，双相合金，可经受热加工，一般用热挤压法成型。一般用热挤压法成型。l铝青铜有良好耐蚀性，在大气、海水、碳酸和有机酸铝青铜有良好耐蚀性，在大气、海水、碳酸和有机酸中，中，耐蚀性优于黄铜和锡青铜；耐蚀性优于黄铜和锡青铜；l工业中二元铝青铜有工业中二元铝青铜有QAl5QAl5、QAl7QAl7和和QAl10QAl10l l添加铁、镍、锰等元素，获得多元铝青铜

21、。添加铁、镍、锰等元素，获得多元铝青铜。 QAl10-4-4 QAl10-4-4 （Al-Fe-NiAl-Fe-Ni）: Fe : Fe 细化细化, , 提高强度提高强度; ; NiNi显著提高强度、热稳定性和耐蚀性。显著提高强度、热稳定性和耐蚀性。 第23页/共28页第22页/共28页三三. . 铍青铜铍青铜 铍青铜有强的沉淀强化效应，经固溶淬火和时效，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；得到高的强度和弹性极限； 具有良好的导电和导热性能；具有良好的导电和导热性能； 耐蚀和耐磨；耐蚀和耐磨； 无磁，冲击时无火花无磁，冲击时无火花 ；可制造高级弹性元件和特殊耐磨

22、元件，还用于电气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；转向开关、电接触器等； 铍为强毒性金属，生产时需严格操作；铍为强毒性金属，生产时需严格操作； QBe2, QBe1.9QBe2, QBe1.9，强度可达成强度可达成1200-1400 1200-1400 MPa MPa 。第24页/共28页第23页/共28页四四. . 其它青铜其它青铜 l硅青铜硅青铜 弹性好，耐蚀性极高，有良好的耐磨性，并且抗磁、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。加入耐寒，撞击无火花，工艺性能好。加入MnMn（QSi3-QSi3-1 1）, Ni(QSi

23、1-3), Ni(QSi1-3)可提高硅青铜的性能。可提高硅青铜的性能。 l耐热、高导电合金耐热、高导电合金 铬和锆铬和锆: :提高蠕变强度，提高再结晶温度，并且导电提高蠕变强度，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率降低小。铬和锆同时加入可形成CrCr2 2ZrZr是良好的沉是良好的沉淀强化相，可得到耐热性更好的高导电合金（淀强化相，可得到耐热性更好的高导电合金（高架高架线线）。）。第25页/共28页第24页/共28页10.5 10.5 白铜白铜 l白铜按成分分为白铜按成分分为二元白铜（二元白铜（Cu-NiCu-Ni）和多元白铜和多元白铜（Cu-Ni-(M)Cu-Ni-(M)）。）。l按用途分为按用途分为结构白铜和电工白铜。结构白铜和电工白铜。 l铜与镍由于在电负性、尺寸因素和点阵类型上均满足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。无限固溶条件，因而可形成无限固溶体。l其硬度、强度、电阻率随溶质浓度升高而增加，塑性、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电阻温度系数随之降低 。第26页/共28页第25页/共28