合金材料及熔炼3.ppt

1、合金材料及熔炼 有色合金部分3 铸造铜合金,吕书林,华中科技大学材料学院,材料成形及控制工程专业课程 铸造合金原理及熔炼教案,2,3.2 铸造铜合金,3.2.1 铸造铜合金的分类,铜合金强度高b ：(600900)MPa，韧性好：2025，并有良好的导电、导热性。,3,纯铜导线、导管和棒材,3.2 铸造铜合金,高炉风口（近纯铜零件) (电工铜等）,纯铜,4,3.2 铸造铜合金,锡青铜最古老的铸造合金,青铜,5,3.2 铸造铜合金,耐磨件,青铜,轴承,涡轮,轴套,轴瓦,齿轮,6,3.2 铸造铜合金,黄铜,强度较高的耐蚀件,7,3.2.2 铸造锡青铜,一、Cu-Sn二元合金,Sn15%, 平衡状态

2、下的室温组织由固溶体和（+）共析体所组成 。实际是：固溶体+（+）共晶体。,锡青铜的结晶温度范围很大(200左右）偏析、热裂、缩松的根源。,8,3.2.2 铸造锡青铜,ZCuSn10Zn2铸态显微组织,偏析严重，白色基体是树枝晶固溶体，枝晶间灰黑色为富锡的固溶体，在灰黑色枝晶间的白色岛块状为（+）共析体。,9,3.2.2 铸造锡青铜,Cu-Sn二元合金的性能特点：,1）力学性能 b:150300MPa，:512%，不用于结构强度高的场合。,2）耐磨性能 脆性（+）共析体分布在塑性高的固溶体上，理想的耐磨材料（Sn：710%），制作轴承、齿轮、涡轮等零件。,3）耐蚀性能 与相具有相近的电极电位，

3、微电池作用弱；致密的SnO2薄膜耐蚀性好。大气、蒸汽、海水、碱溶液中耐蚀性好，但在盐酸、氨水中极不稳定。,10,3.2.2 铸造锡青铜,二、Cu-Sn合金的合金化,锡青铜有很好的耐磨性、抗蚀性，但强度低、气密性差，锡价格昂贵，改善和提高其性能、减少锡用量意义重大。,11,3.2.2 铸造锡青铜,1磷及锡磷青铜,磷的作用脱氧，改善铸造性能，又提高合金的耐磨性。,含磷量大于0.2时，组织中即出现+Cu3P共晶体。,典型： ZCuSn10P1 (9%11%Sn，0.5%1%P) 重载耐磨件：齿轮、涡轮。,磷与氧反应生成P2O5，易溢出。,磷降低表面张力，并形成高流动性的磷化物共晶体。,12,3.2.

4、2 铸造锡青铜,2锌及锡锌青铜,Zn可减少青铜的结晶温度间隔，提高充型能力，降低锡青铜的缩松、气孔（Zn蒸汽压大，气化作用去除气体）倾向 ，固溶可提高力学性能。,ZCuSn10Zn2 (9%11%Sn，1%3%Zn)中载耐磨件。,13,3.2.3 铸造铝青铜,2(Cu22Al9)、(Cu2Al) 硬脆相,电子化合物是由第一族或过渡族元素与第二至第四元素构成的化合物，他们不遵守化合价规律，但满足一定的电子浓度，虽然电子化合物可用化学式表示，但实际成分可在一定的范围变动，可溶解一定量的固溶体。,室温为树枝状单相固溶体组织与层片状(+2)共析体的多相组织 。,一、组织与性能,14,3.2.3 铸造铝

5、青铜,铝青铜(ZCuAl10Fe3)的半连续铸造组织,白色长卵形及块状为相。灰色部分为（+2）共析体，铁相因颗粒较小并有部分因快冷未来得及析出而不能分辨。,“缓冷脆性” : 缓冷，+2共析相变进行得比较充分，脆性的共析体以粗大的网状分布于晶界，形成隔离晶粒联结的脆性硬壳，削弱晶间结合，使合金性能显著变脆。,3.2.3 铸造铝青铜,铝青铜性能特点： 强度高、塑性好: b可达（400500）MPa， 最高可达750MPa，伸长率20% 。 比锡青铜更耐酸、碱腐蚀（Al2O3膜）。,主要用途：船舶螺旋桨；代不锈钢作耐蚀零件。蜗轮、齿轮、轴套等。,舰船用铜合金螺旋桨,15,16,二、合金化 常在Cu-

6、Al二元合金中加入Fe、Mn、Ni等元素，进一步提高铝青铜的性能。,3.2.3 铸造铝青铜,1、Fe的作用及铝铁青铜：形成k相（CuFeAl化合物），凝固时以细小质点出现，细化晶粒；k相硬质点提高铝青铜的强度和塑性，提高耐磨性。 常用的铝铁青铜牌号是10-3铝青铜（ZCuAl10Fe3），含10Al和3Fe，余为Cu。,17,3.2.3 铸造铝青铜,2、Mn的作用及铝锰青铜：缩小单相区；提高相的稳定性， 抑制+2共析反应，从而减少2相出现，减弱“缓冷脆性”。 常用的铝锰青铜牌号是ZCuAl9Mn2、ZCuAl8Mn13Fe3 。 制造船用和化工机械的高压阀门，亦可用作中等负荷的耐磨零件。,3、

7、铝镍青铜 同时加入4Fe，4Ni，构成Cu-Al-Fe-Ni合金。不会出现相以及由它产生的2相，可有效地消除“缓冷脆性”。 Ni还可固溶强化、并形成Al-Ni耐热硬质相。 ZCuAl9Fe4Ni4Mn2，含(8.510)Al，(4.05.0)Fe，(4.05.0)Ni，(0.82.5)Mn，它具有高的力学性能(砂型铸造时，b630MPa，16）,18,3.2.5 铸造黄铜,Cu-Zn合金,Zn在铜中固溶度很大，强化效果好，黄铜力学性能高于青铜，但抗蚀性和耐磨性不如青铜。 Zn的价格低于Sn、Cu、Al，因此黄铜比青铜便宜，用途极为广泛，如水箱带、供排水管、奖章、波纹管、冷凝管、弹壳及各种形状复

8、杂的冲制品、小五金件等。,19,3.2.5 铸造黄铜,一、Cu-Zn二元黄铜合金的组织,实际生产中冷却速度下： 室温时最大溶解度不是39，而是30左右，即含Zn30可能有+两相出现； 含(3740)Zn的二元黄铜，铸态组织由+两相构成,生产应用的黄铜含Zn量50%。,Cu-Zn二元相图,20,3.2.5 铸造黄铜,ZCuZn40Mn3Fe1砂型铸造组织,黑色、灰色基体为相（电子化合物固溶体，硬而脆，强化效果好）； 白色条状为相； 少量深灰色颗粒状Fe相。,组织构成：,21,3.2.5 铸造黄铜,二、Cu-Zn合金的性能,1力学性能 2. 铸造性能 3. 耐蚀性能,4750时，组织为单相,结晶温

9、度范围很小。流动性、缩松？,在大气和淡水中的耐蚀性很好，但在海水、热水、酸中常发生“脱锌”（锌电位低，首先被溶蚀）。,22,3.2.5 铸造黄铜,三、特殊黄铜,在铜锌合金基础上加入Mn、A1、Si、Fe、Sn、Ni等合金元素构成三元、四元或多元黄铜，即特殊黄铜。,合金元素同锌类似的固溶强化作用锌当量X：,23,3.2.5 铸造黄铜,例，ZCuZn40Mn3Fe1锰黄铜(合金成分：55%Cu、3.5%Mn、1%Fe、40.5%Zn)的锌当量为X：,几种特殊黄铜,24,3.2.5 铸造黄铜,25-6-3-3，b740MPa，HBS1665，7%，为强度最高的特殊黄铜，兼有良好的耐磨性，适中的塑性和好的抗蚀性。,制造重型机器上承受摩擦和高负荷的重要零件，如大齿轮，压紧螺母，大型蜗杆等。,25,3.2.5 铸造黄铜,2. 锰黄铜,加入(1%3%)Mn，则显著提高黄铜的强度和屈服极限，又不显著降低塑性。,ZCuZn40Mn2； ZCuZn38Mn2Pb2 （磨、切）,制造在较高温度下(300 以下)工作而且要求强度和耐蚀性能较好的重要机器零件，如螺旋桨。,26,3.2.5 铸造黄铜,3. 硅黄铜,硅的锌当量最大(10)，少量硅就会使区显著缩小，强度和硬度提高，而塑