1、銅及銅合金的分類第二章 銅及銅合金的分類 銅是人類最早使用的金屬，自然界有自然銅存在，與其他金屬不同，銅在自然界中既以礦石的形式存在，也同時以純金屬的形式存在，其應用以純銅為主，同時其合合金也在工業等多個領域中廣泛應用，工業上常將銅和銅合金分為四類，分別是：純銅、黃銅、青銅和白銅。 1. 銅與銅合金的分類 1.1 按生產應用的方式（可分為二大類）形變銅與銅合金、鑄造銅與銅合金 對于壓力加工專業來說，主要是和形變銅與銅合金打交道，因此，重點學習形變銅與銅合金。 1.2 銅與銅合金的名稱： 根據歷史上形成的習慣，起的是某一種顏色的名稱，它們是： 紫銅純銅Cu 黃銅Cu-Zn 合金 青銅 錫青銅：C

2、u-Sn 合金 鋁青銅：Cu-Al 合金 鈹青銅：Cu-Be 合金 鈦青銅：Cu-Ti 合金 白銅 Cu-Ni 合金 ( 有的銅合金叫做青銅，但合金的顏色并不真就是青色的。) 2. 純銅 純銅的新鮮表面是玫瑰紅色的，當表面氧化形成氧化亞銅 Cu2O 膜后就呈紫色，所以純銅就常被稱為紫銅。 紫銅具有好的導電、導熱、耐蝕和可焊等性能，并可冷、熱壓力加工成各種半成品，工業上廣泛用于制作導電、導熱和耐蝕等器材。 2.1純銅的成份、組織與性能 2.2.1其結構、組織：在金屬學中學過，純Cu的晶體結構是面心立方晶格（f、c、c），滑移系多，易塑性變形，塑性好。其組織由單一的銅晶粒組成。 2.2.2在成分方

3、面：100%純的金屬是沒有的，非100%純。Cu 的最高純度可達99.999%（三個9）工業純Cu 的純度約為99.9099.96%雜質的存在相當于使純銅的成份改變，這自然會引起一些性能的變化。 雖純Cu 有一些性能幾乎不受雜質的影響但導電率、機械性能卻受雜質或晶 4 體缺陷的影響較大現在先綜合看看工業純Cu 的性能 2.2 工業純銅的性能 2.2.1 純銅的性能優點： 從純銅的各種性能中我們可以總結出幾條性能優點，從而可以明白為什么銅會以純金屬的形式得到這么廣泛的應用。 優良的導電、導熱性；Cu 廣泛用于：導電器（如：電線、電纜、電器開關）導熱器（如：冷凝管、散熱管、熱交換器） 良好的耐蝕性

4、； Cu具有極好的耐蝕性，且反應后表面有保護膜（銅綠） 在普通的溫度下，銅不太會與干燥空氣中的氧氣O2反應，但Cu能與CO2、 SO2、醋發生作用，生成銅綠堿式碳酸銅、堿式硫酸銅CuSO4·3(OH)2 （深綠色）、堿式醋酸銅，這樣銅的表面上就慢慢生成了一層保護膜。 有良好的塑性 退火工業純銅的拉伸延伸率 50%，純Cu 易加工成材 例：加工出來的細銅絲可細于頭發絲（8 絲）達45 絲 2.2.2 純銅的機械性能與工藝性能 我們通過結合純銅的生產、加工過程來了解、認識 (1) 純Cu 的加工過程（ 幾乎全部純銅都是經過加工成材供應用戶的，我們在工廠中可以觀察到，其生產過程一般為： (

5、2) 純銅的機械性能 鑄態銅的性能很低； 經加工后，軟態銅、硬態銅的性能，見上面數據； 銅經過強烈冷加工（形變率 80%）后，強度 b將急劇升高，但塑 5 性強烈變壞，加工硬化很厲害，對純銅來說，其機械性能是由其晶粒度和位借密度所決定的。 (3) 純銅的熱加工工藝性能 我們知道，熱加工應選擇在塑性高的溫度范圍內進行，那么純銅在什么溫度時塑性高呢？人們通過實驗，得到了純銅的機械性能與溫度的關系曲線：由此可看出： b 隨T而 在500600， 、最小存在著“低塑性區” 若在這個溫度范圍進行熱加工，工件會產生熱裂、熱脆。 （純銅的熱加工應選擇在高于低塑性區的溫度進行。） 即：T 熱加工 700 2.

6、3 雜質及微量元素對銅的影響 紫銅中雜質主要來自原料，同時與熔煉等工藝也有關。很多種雜質既使含量極少（甚至十萬分之幾）也有劇烈降低銅的導電、導熱和壓力加工等性能。 為改善銅的性能，有時須添加某些其它微量元素，或容許某些脫氧劑元素在銅中保持一定的殘留量。 2.3.1 紫銅可按其所含雜質及微量元素的不同，分為三類： (1) 加工紫銅 有T1、T2、T3、T4 等，特點是氧含量較高； (2)無氧銅及脫氧銅 有TU1、TU2、TUP、TUMn 等，特點是氧含量極少，在脫氧銅中還殘留少量脫氧劑元素； (3)特種銅 有砷銅、銀銅、銻銅等；特點是分別加入了不同的微量元素。 2.3.2 雜質與微量元素對純銅的

7、影響 雜質與微量元素的來源： 雜質：工業純銅中通常含有0.05-0.3%的雜質 6 微量元素：為了改善銅性能，人們有意加入某些微量元素。 （例如，為了提高Cu 的高溫塑性、細化晶粒加入Ce、Zr；Ti 等元素。為了提高銅的切削性、耐磨性加入微量的Pb等）。 影響： 對性能的影響具有兩重性：有利、有害 應根據具體的加工、使用條件加以控制和解決。下面，根據它們在銅中的溶解度及存在狀態，分成三類來分析： 2.3.2.1 雜質及微量元素對銅的導電、導熱性的影響 所有雜質及微量元素均不同程度地降低銅的導電性和導熱性。固溶于銅的元素（除銀、鎘以外）對于銅的導電性和導熱性降低地多，而呈第二相析出的元素則對于

8、銅的導電、導熱性降低較少。 7 金屬的導電性可用導電系數（單位：米/歐姆·毫米 ²）表示，也可用 1913 年制定的國標軟銅（Cu+Ag99.90%,退火后，20時的電阻系數為0.017241 歐姆·毫米 ² /米或1.7241 微歐姆·厘米，導電系數為58.0 米/歐姆·毫米 ²）導電率標準（IACS）作為 100%加以比較和確定?，F在銅的純度大大提高，其導電率已增到 102%IACS 以上。加工因素對銅的導電率也有一定的影響，很大的冷加工率可使銅的導電率下降約 2%IACS。 銅及銅合金的導熱系數和導電率之間存在內在的聯

9、系，在某一溫度下的導熱系數可根據在該溫度下的導電率(%)IACS 按 估算，導電率g2530%IACS 的 導 電 、 導 熱 、 低 合 金 化 銅 帶 合 金 ， 其 導 系 數 還 可 用 下 式 估 算 ： 式中： 試驗測知的合金導電系數，米/歐姆·毫米 2 X含銅量，%(重) 2.3.2.2 雜質及微量元素對銅的軟化溫度和晶粒大小的影響 銅的軟化溫度和晶粒大小，影響到銅的加工和使用性能。而雜質及微量元素對銅的軟化溫度和晶粒大小影響又很大。 固溶和生成彌散析出相得雜質和微量元素，均提高銅的軟化溫度。在一定范圍內隨這些元素含量的增加，銅的軟化溫度的增高；但生成氧化物的雜質，大都

10、對銅的軟化溫度沒有明顯影響。此外，銅的軟化溫度與很多工藝因素有關，例如，冷加工率大冷加工前的退火溫度降低、冷卻慢（此時固溶體的過飽和程度小），冷加工后的退火時間等，則銅的軟化溫度低。 8 在含氧的導電用銅中，銻、鎘、鐵、磷、錫等可與氧化亞銅中的氧作用，生成它們自己的氧化物，降低了它們在銅中的固溶度，從而減弱甚至完全消除了它們對銅的軟化溫度的影響。砷含量 0.05%以下時，與銅中正常含量的氧無明顯作用；硒、銻也與砷相似，因此，它們均提高導電用含氧銅的軟化溫度。鎳雖與氧化亞銅作用生成氧化鎳，但對銅的軟化溫度影響很小。 在無氧銅中，雜質所提高的軟化溫度，通常比在含氧銅中要大；因為在無氧銅中，雜質不形

11、成氧化物。銀、磷、銻、鎘、錫、鉻等提高無氧銅的軟化溫度最多，砷、錫、銻等次之，硫、鐵、鎳、鈷、鋅等最少。 銅的軟化溫度增加，不是單個元素影響的算術和，而只是比具有最大影響的元素所提高的軟化溫度略高一點而已。 雜質對銅在退火時的晶粒長大有很大的影響。高純銅的經理隨退火溫度的升高而迅速長大，并且晶粒尺寸也很不均勻。導電用銅則由于氧化亞銅存在，在通常的退火溫度范圍內，可有效地抑制晶粒長大。脫氧銅和無氧銅雖然與高純銅有類似之處，但也由于有微量雜質析出物的存在，仍可有效控制晶粒長大，并獲得均勻的晶粒尺寸。不管雜質含量如何，在生產中控制加工率、退火溫度和時間，是控制再結晶晶粒長大的基本條件。 2.3.2.

12、3 雜質及微量元素對銅的加工性能的影響 固溶的雜質及微量元素，實際不影響銅的冷、熱加工性能。很少固溶或幾乎不固溶于銅的雜質及微量元素，則視其所生過剩相得情況不同，對銅的壓力加工性能將有著不同的影響。例如，氧、硫、硒、碲在銅中分別形成Cu2O、Cu2S、Cu2Se、Cu2Te 9 等脆性化合物，降低銅的塑性；鉛、鉍與銅生成易熔共晶，熱軋時易裂；脆性的鉍呈薄層分布在銅的晶界上，還使銅產生冷脆性。 為提高銅的高溫塑性，防止熱脆性，可根據相圖選擇那些與有害物質形成難熔化合物（熔點高于銅的熔點或熱軋溫度）的元素加入銅內，其加入量可根據該難熔化合物的分子式和已知有害物質含量大體算出。鋰、鈣、鈰或混合稀土金

13、屬、鋯、鈾等均可消除鉛等雜質的有害作用。 提高銅的高溫塑性的另一種方法是細化銅錠晶粒，相對降低有害雜質在晶界上的濃度，銅中加入微量的鈦、鋯、鉻、硼等元素，都能細化晶粒，抑制柱狀晶的發展，并減小銅的高溫脆性。 銅的熔鑄、壓力加工和試驗條件也將引起銅的成分或組織變化，對銅的高溫塑性也有影響。 銅在低溫具有良好的塑性，但隨溫度的升高，往往出現一脆性區，熱加工常需要在高于此脆性區的溫度下進行。脆性區與質的性質、含量、分布、固溶度變化有關。如鉛呈易熔共晶，中溫變成液態消弱晶間聯接，使銅熱脆高溫時，鉛、鉍又固溶于銅，使塑性又有升高。 10 有些研究工作表明，銅在 300600呈脆性區是雜質引起的。含氧少的

14、銅常含一定的氫，在上述溫度范圍內，試樣在拉伸應力作用下，氫從固溶體中析出，并在銅的致密處（首先是在晶界上）聚集起來，處于高壓氣體狀態，使銅開裂。隨溫度的升高，氫又部分或全部固溶于銅，又使銅的屬性增高。 實踐證明：采用銅豆少（含氫也少）的電解銅，可提高銅錠和銅材的高溫塑性，脫氧的銅錠在 400600有明顯脆性區，而用 0.03%硅加 0.01%鎂脫氧的，則沒有脆性區。因為磷與氫相似，為表面活性元素，易吸附在銅的晶界上，引起高溫脆性。 半連鑄造的紫銅錠，在橫向熱軋開坯時，裂的較多，而在縱向熱軋開坯時，幾乎不裂。說明銅錠的塑性，很明顯與柱狀晶的方向有關。 經多次壓力加工的銅材，其高溫塑性比銅錠要好得

15、多，并且隨著變形量的增加，脆性區向低溫方向移動，同時，塑性下降的程度也減少，甚至變得完全看不出脆性區，這可能是因為：多次變形增加了晶粒數目和晶界總的面積，更重要的時破壞了鑄造組織，壓合了晶界的顯微疏松等缺陷造成的。 2.4 紫銅的熱處理及熱處理規范 2.5 紫銅的力學性能 11 3. 黃銅 黃銅包括銅-鋅二元合金（稱普通黃銅或簡單黃銅）和銅鋅中加有其他組元的多元合金（稱特殊黃銅或復雜黃銅）。 黃銅有良好的工藝性能、機械性能和耐腐蝕性，有的還有較高的導電性和導熱性。是重金屬加應用最廣的金屬材料之一。黃銅是工業上應用最廣的一種銅合金，Zn 在 Cu 中的最大固溶度可達 39%（456）。 名稱的由

16、來：CuZn 合金隨（鋅含量）Zn%的增加，合金的顏色也在變化。當Zn 含量達到一定值（15%）后逐漸顯現出美麗的金黃色。（Zn<20%時）或淡黃色（Zn=3045%時）故稱為黃銅。 黃銅定義以Zn 為主要加入元素的銅合金。（光說是CuZn 合金不完全）黃銅可分為： CuZn：二元黃銅（簡單黃銅、普通黃銅） CuZn + 1種或數種其它合金元素：多元黃銅（復雜黃銅、特殊黃銅） 黃銅表示法：(加鋁提高耐腐蝕性) 12 3.1 一、二元黃銅 3.1.1 成份與組織 要徹底了解Cu-Zn 合金的情況，就要先分析清楚Cu-Zn 二元相圖，從相圖中可以看出：Zn 大量固溶于Cu 中在不同的成份，溫

17、度變化中有五個包晶轉變、一個共析轉變、一個有序轉變在固態下有六個相： 、 、 、 、 、 。載 454-468°C有 （無序固溶體） ´(有序固熔體)轉變。各個相的結構特征見表 1-2-1。 13 性能： 無序的 相：塑性極高，適于熱加工； 有序的 相：比較硬脆，冷變形較困難。 含有 的合金不適宜冷加工變形，適合采用熱加工。 在454°C 時，鋅在 中的極限含量39%，當溫度升高或降低時，鋅在 中的極限含量均減少；載 454°C 以下經長期退火、處于平衡或接近平衡時，鋅在 中的極限含量見表1-2-2。 -黃銅的晶格常數與含鋅量的關系見圖1-2-2。 若將

18、黃銅式樣分別再200-430°C 溫度范圍內保持六個月以上，則發現約在250° C 或255°C 有 + 的共析分解（圖1-2-3 實線），此外，采用X-射線、電阻、熱容等測方法，發現在 固溶體區內存在Cu3Zn 化合物的兩種有序結構（低溫 1 及高溫的 2）（圖1-2-3 虛線），但該兩種有序結構的區別尚難以確定。有的文獻指出，含 25%Zn（原子）的黃銅在高于350°C、含30%Zn（原子）的黃銅在高于450°C 變為無序。 在一般的生產條件下，仍可用圖1-2-1 來分析簡單黃銅的組織及組織所帶來的性 14 能變化。 工業用黃銅的含鋅量通常

19、在50%（重量）以下。在生產條件下簡單黃銅可按含鋅范圍及室溫組織特征進行分類（見表1-2-3）。 3.1.2 簡單黃銅的性能 黃銅的性能與鋅含量及工藝因素有關，鋅含量對簡單黃銅在不同狀態的性能影響分別見圖1-2-6 3.1.2.1常溫機械性能 常溫下 在 相區：隨Zn%、 b、 當Zn=3032%、 %達到最大值max（H70、H68） 在 + 相區：Zn%、 、而 b（繼續增加）當 Zn=46.5%、 b 達max. 在 相區：Zn%、 b、 常溫黃銅材料的選擇（選材）： 要 b高、選 + 黃銅；要 高、選 黃銅 如H70、H68 用于深沖件，稱為“彈殼黃銅”。 15 3.1.2.2 高溫機

20、械性能 黃銅具有T、 b的一般規律。 特殊性：但由于黃銅分： 黃銅和 + 黃銅，（組織不同，性能的變化也不同，在這里，涉及兩件事要注意） a）加熱時 相有一個有序轉變： 塑性低 塑性極高、柔軟 b）黃銅中雜質的影響（與紫銅相類似） 黃銅與 + 黃銅高溫性能比較： 黃銅：加熱時 還是 + 黃銅： 熱軋通常加熱到 相區的溫度T有 + >500 塑性極高 3.3 簡單黃銅中雜質的影響 簡單黃銅中常見的雜質有鐵、鉛、鉍、銻、磷和砷等，他們的影響是: 鐵: 在簡單黃銅中,鐵作為雜質存在,對機械性能沒有顯著的影響。鐵在黃銅中的溶解度及小，它常以富鐵相質點分布在基體中,具有細化晶粒的作用(見圖 1-2

21、-29)。當黃銅中有硅存在時,鐵與硅會形成高硬度(HV950)的硅化鐵質點，使切削性能變環。有的工廠在H60中加入0.3%-0.6%鐵,以提高板材深沖性能,用做深沖零件,但做抗磁用黃銅零件時，含鐵量要求 <0.03%。 鉛和鉍: 鉛和鉍對黃銅的高溫加工性能的影響見 16 圖1-2-30。鉛在簡單黃銅中是有害雜質，它常成顆粒狀分布在晶界上的易溶共晶中，但 黃銅的含鉛量>0.03%時，使黃銅在熱加工時出現熱脆性,但對冷加工性能無明顯影響。( + ) 兩相黃銅中,鉛的容許含量可以提高一些,因為這種合金在加熱和冷卻過程中,回發生固態變相( + ) )時可使鉛大部分轉入晶內，減輕其危害性。

22、鉍常呈連續的脆性薄膜分布在黃銅晶界上，既產生熱脆性，又產生冷脆性，對黃銅的危害性遠比鉛大(約為鉛地 5-10 倍)，其允許含量比鉛更小(見表1-2-5) 減輕鉛和鉍的有害影響的有效途徑是加入能與這些雜質形成彌散的高熔點金屬化合物的元素，使雜質質點均勻分布在晶粒內部。如鋯可分為鉛與鉍形成高熔點穩定化合物ZrxPby(2000°C)和ZrxBiy(2200°C)，因此，黃銅中加入少量鋯可以抵消鉛鉍的有害影響，顯著改善熱加工性能，實驗指出：在含有 0.14%鉛的 H70 中加入 0.22%鋯，可獲得良好的效果，此時，鋯與鉛的當量比約為1.5。鈾也有類似于鋯的作用。 含有鉛鉍等易熔

23、雜質的黃銅，于冷加工后，如果迅速加熱到再結晶溫度以上進行退火，可能突然暴烈，這種現象稱為 “火裂”。黃銅的純度愈高、晶粒愈細、鉛的分布愈彌散，就愈不易出現“火裂”現象。避免“火裂”的有效方法是退火時緩慢加熱。 銻： 隨著溫度的降低，銻在 黃銅中的溶解度急劇減少（見圖1-2-31），甚至銻含量小于 0.1%時就會析出脆性化合物 Cu2Sb,它呈現網狀分布在晶界上，嚴重損害黃銅的冷加工性能。銻還促使黃銅產生熱脆性，所以銻是黃銅中有害雜質。 加入微量鋰可以減少銻對黃銅塑性的有害影響，因鋰與銻能形成高熔點（1145°C）的 Li3Sb 質點，比較均勻的分布在晶粒內部，從而減輕了危害性。淬火液

24、可以提高含銻黃銅的冷加工塑性。 磷： 很少固熔于銅-鋅合金，在 黃銅中超過 0.05%-0.06%磷，就出現脆性相 Cu3P，降低黃銅塑性。磷顯著提高冷加工黃銅的再結晶溫度，在退火時容易產生晶粒大小不均現象，但是少量的磷可以使黃銅晶粒細化，提高黃銅的機械性能。 砷：室溫時，砷在黃銅中的溶解度<0.1%，過量則產生脆性化合物Cu3As，分布在 17 晶界上，降低黃銅塑性，在黃銅中加入 0.02%-0.05%砷，可防止黃銅脫鋅，提高黃銅的耐腐蝕性。 雜質在簡單黃銅中的允許含量見表 1-2-5，不同牌號的簡單黃銅，有不同的雜質允許含量，可參照YB-71。 3.4 簡單哈的成分、性能和用途 簡單

25、黃銅的成分、特性及用途見表1-2-6； 18 簡單黃銅的物理、機械性能及某些工藝實驗見表1-2-7； 4. 青銅 在我國，除銅-鋅系(黃銅)、銅鎳系(白銅)合金以外的銅合金統稱為青銅。青銅范圍比較廣，主要包括錫青銅、錫磷青銅、鋁青銅、鈹青銅、鉻青銅、鋯青銅、鐵青銅、鎘青銅、鎂青銅、鈦青銅、硅青銅等，此外，還有鎳硅青銅、鈷青銅、銀鋯青銅等。國外將高銅合金單列一類，或并入紫銅系列，我國剛列入青銅。 青銅有高的強度、硬度、耐熱性和良好的導電性，它們廣泛應有于汽車、機機械、電子行業。其中，錫青銅主要用于制造汽車及其他工業部門中承受摩擦的零件，如汽缸活塞銷襯套、軸承和襯套的內襯、副連桿襯套、圓盤和墊圈等

26、，錫磷青銅廣泛用于制造彈性元件、精密儀器儀表中的耐磨零件和抗磁零件，鋁青銅主要用于用齒輪、搖臂、襯套、圓盤接管嘴、軸承、固定螺母等高強度的和耐磨的結構零件、鈹青銅用于 19 制造電機中的彈簧片、接觸電橋、螺栓、緊固件以及儀器儀表中的彈簧、開關部件、電接插件和電阻點焊電極頭、縫焊電極盤、模鑄塞棒頭、塑料模具等，鉻青銅帶廣泛用作電氣設備的高溫導電耐磨零件、鋯青銅用于要求導電要求高、強度適中、彎曲成形性的抗應力松弛性能好的場合，鉻青銅、鐵青銅、和鎳硅青銅是大規模集成電路引線框架關健材料，鎘青銅廣泛用于制造電工裝置的導電、耐熱、耐磨零件，鎂青銅主要用作制造電纜、飛機天線等導電元件，硅青銅可用作彈性元件

27、以及航空上工作溫度高、單位壓力不大的摩擦零件，鈷鉻硅青銅可用于加工電阻焊電極、滾輪、電極塊和水平連續澆鑄的結晶器等。鈦青銅可用于制造高強度、高彈性、高耐磨性的零件等。 Cu-Ag-Zr 合金是航天飛行的液體火箭發動機燃燒室內壁理想的高強度導熱材料，本章主要論述青銅的成分、制備工藝和不同處理狀態合金的組織和性能。 4.1 類別及牌號 4.1.1 類別： 原來：青銅是指CuSn 合金因久遠青銅器的表面顏色而得名為青銅（其組織中的 相呈青白色）。 后來：青銅的范圍有了擴展、現把除CuZn 黃銅和CuZn 白銅之外的銅合金都叫青銅。 主要有：CuSn 錫青銅 CuAl 鋁青銅 CuBe 鈹青銅 CuT

28、i 鈦青銅 4.1.2 牌號 按第一主要添加元素（Sn、Al、Be）來命名 并以“Q + 主添元素符號+ 除Cu外的成份數字組”表示。（與黃銅不同）例如：QSn6.50.4 表示含6.5%Sn 和0.4%P 的錫青銅。（又叫錫磷青銅） 下面對三種主要的青銅：錫青銅、鋁青銅、鈹青銅分別介紹： 4.2 錫青銅 錫青銅是含錫、鋅、鉛或磷的銅合金。其中，元素鋅除強化銅-錫固溶體( )外，還改善合金的流動性，減少結晶溫度范圍，減輕反偏析的程度，提高合金的充型能力和補縮能力，鉛以單質相存在，分布于枝晶間，減少晶間顯微縮孔，有利于提高鑄件的致密度，改善合金的耐磨性的切削性能，元素磷在銅中的溶解度很小，主要以

29、( +Cu3P)共晶的形式存在，以Cu3P 化合物有很高的硬度，顯著地提高合金的力學性能，同時，元素磷還能顯著地降低銅合金熔體的表面張力，提高熔體的流動性和充型能力。 錫青銅具有較高的強度，良好的抗滑動摩擦性，優良的切削性能和良好的焊接性能，在大氣、淡水中有良好的耐腐蝕性能。 4.2.1 牌號、品種、規格與供應狀態 20 (1) 材料牌號：QSN4-4-2.5 相近牌號：C54400(美國)、C5541(日本) 品種、規格與供應狀態見下表 (2) 化學成分 QSN4-4-2.5 的化學成分見下表 4.2.2 組織、成份及相圖分析 (1) 成份：工業上錫青銅314Sn其中形變用的錫青銅由于對塑性

30、要求較高，形變合金 78Sn。 (2) CuSn 相圖分析 豎虛線補充說明。從相圖可看出兩點： 相圖上的轉變與各相：轉變有包晶反應、共析反應： 21 工業青銅Sn 含量314%時，只有 、 、 、 幾個相主要相： Sn 在Cu 中的置換固溶體S.S. f cc 結構 電子化合物Cu5Sn為基的ss. bcc結構 電子化學Cu31Sn8為基的SS. 復雜立方結構 只在高溫下穩定T，共析分解 電子化合物Cu31Sn8為基的固溶體， 復雜立方結構，低溫下穩定，性能硬脆（不能塑性變形） 相圖特點：結晶區間大，T 達100160。 從金屬學、鑄造角度來看，這會帶來什么后果呢： a) 易造成疏松，分散性縮

31、孔 b) 易產生偏析，如易形成反常偏析 這樣就造成成份不均勻，組織不均勻。 c) Sn在Cu擴散系數D很?。?0-12 10 13cm2/秒又易造成成份不均勻。 b) 、c) 使結晶過程難以達到平衡狀態，枝晶偏析嚴重，（生產條件下錫青銅鑄態組織與平衡狀態相比差別很大）， 見CuSn 相圖的虛線可知。 當Sn=56%時，就出現了（ + ）共析組織。 成份與組織的關系：（成份組織） 生產條件下： 當Sn56%時，組織為樹枝狀 相 當Sn56%時，組織為樹枝狀 +（ + ）共析體 而Sn10%時，組織為樹枝狀 +（ + ）共析體（ + ）共析體 相硬而脆，不能進行塑性加工，（ + ）多是不利的。 形

32、變合金選78%Sn 的原因就在這里。 另外，對形變用錫青銅，為了提高其加工性，根據金屬學消除晶內偏析知識 均勻化退火：對鑄錠在600700，長時間（如712hr）退火，則鑄態錫青銅可獲得單相的 組織（等軸晶）。 4.2.3 錫青銅的性能及與成份組織的關系 錫青銅的許多優良性能與其成份組織有密切的關系。 4.2.3.1 鑄造性能： 鑄造性能好主要是講其成型性好。 結晶區間T 大：100160。 T 結晶大帶來的第一個后果就是：易形成疏松，分散縮孔，鑄造收縮率 22 是有色合金中最小的。 結晶時體積收縮率小，充滿鑄模的能力大，這樣在鑄造時就無需設冒口了 成形性好，可鑄造出形狀復雜，花紋清晰、細致的

33、青銅工藝品來。 4.2.3.2 耐磨性：好 T 結晶大第二個后果：易產生偏析，對青銅來說是反偏析。Sn 在鑄件表面的含量（23 倍）， 產生大量的（ + ）共析。 而耐磨性包括抗磨、減磨兩方面 相硬脆 相是軟基底，抗磨性增加。 疏松，分散縮孔多，可大量貯藏潤滑油，使f，減磨性。這樣，由于同時其備了耐磨性的兩個方面，錫青銅耐磨性好。 4.2.3.3 耐蝕性：錫青銅表面有 含Sn 的細密保護膜 由Cu2O及2CuCO3Cu(OH)2 構成的保護膜 比黃銅的耐蝕性好。而且隨Sn%（至 10%Sn） 耐蝕性。青銅器幾千年地下/ 風雨日曬不壞的原因也就在這里。 4.2.4 機械性能：（錫青銅具有較好的機

34、械性能）見曲線。 在 相區：Sn%， b， % 鑄態Z 態：Sn=56% ， max、 而M 態：Sn=10% max 在 + 相區：（由于出現硬脆的 相） Sn%， b， % 當Sn%=2123% b max （當）Sn23% 由于 相增多，使 b） 4.2.5 壓力加工工藝性能：一般來講，二元錫青銅是很難熱加工的 原因：熱加工塑性差 相塑性 ，隨T而； 由于T 大導致的疏松、縮孔多、偏析嚴重使塑性 不容易加工； 雜質的影響：由于Bi、Pb 等形成易熔共晶，使熱塑性。 工業上錫青銅很少用二元的，而是用加了其它合金元素的多元錫青銅。加入合金元素改善鑄錠質量。 23 主要添加元素有P、Zn、Pb

35、、Ni 等 4.2.5.1 P 的作用與錫磷青銅： 如Q Sn 6.50.1 或（0.4） P 的作用，概括起來為：脫氧、增加鑄造時的流動性，固溶強化、提高耐磨性、耐蝕性 下面略加說明： 脫氧：P 本身就是強烈的脫氧劑，能去掉含O 氧夾雜物 增加流動性：P 既然使金屬液體中的雜質減少，自然使（鑄造時的）流動性。 固溶強化：當P 加入適量時，可對 基體起固溶強化作用從而提高 b、 -1 和疲勞強度 但 P 在（錫青銅）CuSn 中的極限溶解度Cmax0.2% 工業中P 的加入量一般為；P0.40.5% 若超過，會出現（ + +Cu3P）共晶，T熔=628 這是易熔共晶，熱軋時出現熱脆0.5%P。

36、 錫磷青銅在工業廣泛用來作彈性材料，就其壓力加工來說，一般認為錫磷青銅也是難以進行熱加工的，只能冷軋成材。 但國內一些工廠：701 廠、上海銅廠、常州銅材廠成功地進行了熱軋。這大大提高了生產效率，降低了成本。 4.3 物理及化學性能 4.3.1 物理性能 密度：9000kg/m 3 熱性能： 熔化溫度范圍：927999 熱導率： =87.12W/(m.) 比熱容：C=376J/(kg .) 線膨脹系數： =18.0 ×10 -6 -1 (20 ), =19.0 ×10 -6 -1 (20 500) 電性能： 導電率：g=19.8% IACS 電阻率：0.087 .m 4.3

37、.2 化學性能 合金在大氣、淡水和海水中有良好的化學穩定性，在不同介質中的腐蝕速度見下表 24 4.3.3 熱處理 QSN4-4-2.5 合金不能熱處理強化。退火溫度：480650。消除應力退火溫度： 200290 。 4.3.4 力學性能 (1) 技術標準規定的性能見下表 (2) 硬度 QSN4-4-2.5 合金的硬度見下表 室溫硬度 高溫硬度 (3) 拉伸性能 供應狀態QSN4-4-2.5 合金的拉伸性能見下表 不同加工變形率和不同溫度退火后材料的拉伸性能見下圖 25 拉伸性能與變形率的關系 拉伸性能和退火溫度的關系 原材料： =4mm 軟板材 原材料： =4mm硬板材 QSN4-4-2.

38、5 合金拉伸性能見下表 4.4 鋁青銅 力加工材料。它具有如下的各種優點性能優點： 具有比錫青銅更高的機械性能，可以與鋼相比美：強度、沖擊韌性、疲勞強度 耐蝕、耐磨；耐寒、耐熱；沖擊不生火花；耐蝕性比錫青銅更好，（因 CuAl合金表面生成Al和Cu的氧化物混合體，是牢固的氧化膜。） Al2O3 流動性比錫青銅好，可獲得致密的鑄錠或鑄件， 鋁青銅的T 結晶只有1030與黃銅類似； 流動性好，易于獲得致密的鑄件。 4.5 鈹青銅 4.5.1鈹青銅是典型的時效強化合金。性能優點： 26 強度是銅合金中最高的，它可時效強化，且強化效果大 合金經“淬火冷加工成形時效”處理后高的強度： b可達150kg/

39、mm2 具有高的硬度：HV370高的彈性極限： e可達80kg/mm2 并且彈性滯后小，彈性穩定性好，耐疲勞。 耐磨、耐蝕、耐寒，無磁性，導電、導熱、沖擊不生火花等良好性能。 是工業中一種具有優良的綜合性能的重要材料。用途：廣泛用作各種高級彈性元件，換向開關，電接觸器，耐磨零件以及沖擊不生火花的工具等。 4.5.2 鈹青銅的性能 4.5.2.1 機械性能 （1）成份的影響 由實驗曲線證明Be%，時效強化效果， b。 （2）冷加工的影響 鈹青銅的生產工藝流程是這樣安排的：淬火冷加工時效 淬火得 過飽和，塑性極好。經冷加工， 隨 %， b，HB這也叫 “形變時效”。以這種工藝，經冷加工后再進行時效

40、處理不僅 b，HB更可貴的是使彈性極限 e顯著提高，彈性滯后這對儀表彈簧意義重大。 4.5.2.2 熱處理性能 二元鈹青銅：加熱時晶粒極易長大，要控制加熱T、 。冷卻時過飽和固溶體分解速度很快 要盡快冷卻。另外可加入合金元素Ni 等。 能延緩再結晶，阻止合金加熱時的晶粒長大；顯著減慢 相在淬火過程中的分解，提高淬透性、可淬性。 4.5.2.3 耐蝕性 （1）在一般介質中，比黃銅、錫/ 鋁青銅的耐蝕性更好 鈹青銅在各種大氣中都是穩定的，在淡水、海水中的腐蝕速度也很小。 （2）在鹵素氣體（F2、Cl2、Br2、I2）中，高溫下不耐蝕，產生脫Be。 （3）當處于拉應力狀態時，由于潮濕、氨和空氣的作用

41、會產生應力腐蝕破裂S.C.C。 4.5.3 鈹青銅的晶界反應問題 這是Be 青銅的一大缺點，生產中要注意克服 定義：在一種合金的時效過程中，當其晶粒內部發生脫溶時，晶界早已過時效了，從而使合金變軟的現象叫晶界反應。過飽和GP過渡相1過渡相2平衡相。 27 4.5.4 鈹青銅的生產工藝特性 不同的材料有不同的特性，對鈹青銅來說：主要合金元素是Be，而Be 的特性是 有毒 極易氧化 這兩個特性在生產當中就反應到鈹青銅的工藝特性上： 鈹青銅只有“西北銅”“洛銅”還有上海一個廠生產。只要摸透到了它的脾氣就好加工。 5. 白銅（簡述） 白銅是Cu-Ni 合金，Ni>20%時看起來雪白銀亮。Ni 顯

42、著地提高Cu 的機械性能、抗蝕性、電阻和熱電勢。 5.1 白銅的性能、用途與分類 5.1.1 性能與用途 （1）白銅的突出優點：耐蝕性好（用白銅做的器具不容易生銅綠，銀光閃閃）。常常用來制造耐蝕結構件、精密儀器和裝飾品。 （2）具有中等以上的強度、彈性好，易于冷熱壓力加工、易于焊接。制造彈簧，接插件。 （3）具有極高的電阻、熱電勢和非常小的電阻溫度系數，用于做熱電偶補償導線、精密電阻和熱電偶。 5.1.2 分類： 從用途分白銅分為： 耐蝕用：白銅、Zn 白銅、Al 白銅 電工用：白銅、Mn 自銅 從成份分： 簡單白銅：B10、B20、B30 復雜白銅： Zn 白銅（“德國銀”） Fe 白銅 M

43、n 白銅 Al 白銅 5.1.3 Cu-Ni 相圖分析與調幅分解 5.1.3.1 Cu-Ni 相圖 28 （1）Cu-Ni 合金可形成無限互溶的固溶體但另外，Cu-Ni 相圖還有另一個特點： （2）Cu-Ni 合金在322以下的溫度范圍內存在一個“亞穩分解”（又稱調幅分解）的寬的“成份溫度”區域。 5.1.3.2 調幅分解 定義：就是單相固溶體在某溫度以下的溫度范圍內溶質原子自發地發生上坡擴散，由均勻的固溶體出現成份調幅的結構，即分解為兩混合物，這就稱為調幅分解。 如Cu-Ni 二元相圖在322以下的T范圍： 1+ 2 特點： 1、 2和 的晶格類型相同（f.c.c）但成份各異 在調幅分解中溶

44、質的富區與貧區之間沒有清晰的相界面 富區的生長是上坡擴散的過程 1、 2是彌散、均勻、細致的混和物 意義：亞穩分解的組織可使合金具有很高的強度，同時又有很好的塑性，亞穩分解是制取高強度，高塑性合金的重要途徑之一。 在Cu-Ni 二元合金中分別加入某些合金元素可改變調幅分解的成份 溫度區的大小位置，從而改善合金性能。 白銅的典型用途 29 銅與銅合金牌號總結 30 銅的種類與區分 有很多人都認為.銅.就是只有一種.它就是唯一.但其實還有其他不同種類的銅的.比如合金銅.下面就慢慢的介紹吧. 一、純銅 純銅是玫瑰紅色金屬，表面形成氧化銅膜后呈紫色，故工業純銅常稱紫銅或電解銅。密度為89g/cm?，熔點1083.純銅導電性很好，大量用于制造電線、電纜、電刷等；導熱性好，常用來制造須防磁性干擾的磁學儀器、儀表，如羅盤、航空儀表等；塑性極好，易于熱壓和冷力加工，可制成管、棒、線、條、