铜及铜合金性质、研究与应用

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1、提纲•铜的物理特性•铜的金属学原理和关键技术■a机械性能■b加工性能■c热处理■d铜的防护•铜的合金化原理和关键技术■a导电模型■b强化模型■c相图与改性•分析测试技术第一章铜的物理特性1.20°C,纯铜的弹性模量为105-137GPa,切变模量为38・48GPa。2.比热容385・420J/(kg・K)3.熔化潜热212.5kJ/kg4.电阻温度系数0.00393/K5.沸点2350-2600°C6.熔点1084.5°C7.20°C,99.9999%加工纯铜密度为8958kg/m导电性、导热性仅次于Ag。杂质P、Si、Fe、Ti、Be、Al、Mn等对导电性、导热性影响较

2、大；硫化物、氧化物、硅酸盐、Pb、Bi等夹杂物影响较小。电极电位较正一一耐蚀一一大气、淡水、低速海水，与其它金属接触成为阴极，发生阳极腐蚀。无磁性一一不受磁场干扰的磁学仪器。冷变形80%后导电率下降不到3%—一导线。1913年，国际退火铜标准确定:采用密度为8.89g/cm长度为lm、重量为更、电阻为0.15328欧姆的退火铜线作为测量标准。在20摄氏度下，上述退火铜线的电导率为58.OMS/m时确定为100%IACS(国际退火铜标准)，其他任何材料的电导率(%IACS冋用下式进行计算：电导率(%IACS)=电导率/58.0*100%电导率是电阻率的倒数，也就是说aMS

3、/m等同于1/apQ*m1.7241uQ*cm被定义为100%IACS铜的分类*紫铜:系指纯铜，主要品种有无氧铜、紫铜、磷脱氧铜、银铜；*黄铜:系指铜与锌为基础的合金，又可细分为简单黄铜和复杂黄铜，复杂黄铜中又以第三组元冠名为镰黄铜、硅黄铜等；*青铜:系指除铜線、铜锌合金以外的铜基合金，主要品种有锡青铜、铝青铜、特殊青铜（乂称高铜合金）;泊铜:系指铜鎳系合金。第二章铜的金属学原理和关键技术•偏析可分为三种类型，即晶内偏析、区域偏析和比重偏析。对于某一种合金而言，所产生的偏析往往有i种主要型式，但有时，由于铸造条件的彫响，几种偏析也可能同时出现。一、晶内偏析晶内偏析，又称树

4、枝状晶偏析，简称枝晶偏析。其特征是同一个晶粒内，各部分化学成分不一致，并且往往在初晶轴线上含有熔点较高的成分多。如锡青铜在晶粒轴线上往往含铜较多，含锡较少，而枝晶边缘则相反，这就是晶内偏析。*铸件内产生晶内偏析，一般有二个先决条件，第一，合金的凝固有一定的温度范圉；第二，合金结晶凝固过程中原子扩散速度小于结晶生长速度。*一般的情况下，合金的凝固温度范围愈大，铸件结晶及冷却速度愈快，则原子扩散愈难于进行完全，晶内偏析现象愈严重。因此，晶内偏析多产生于凝固温度范围较大，能形成固熔体的合金中。*为了防止某些合金的晶内偏析，可以采取细化晶粒措施，以缩短原子扩散距离；或适当提高浇注

5、温度，延缓冷却速度，以延长原子扩散时间但浇注温度不得过高，否则会造成氧化、吸气、晶粒粗大等弊病。当铸件内已存在晶内偏析时，可考虑采用长则间的扩散退火热处理，以求得到改善。二、区域偏析•区域偏析，即在整个铸件断面上，各部分化学成分不一致的现彖，它主要由于合金进行选择凝固所引起的。•区域偏析可分为正向和逆向偏析正向偏析是熔点较低的成分或合金元素熔质集中在铸件的中心和上部，其含量从铸件边缘至中心逐渐增加。逆向偏析则相反，熔点较低的成分或合金元素熔质集聚在铸件边缘。如在铜合金屮，硅黄铜易出现止向偏析现象,即铸件屮心含硅较多；锡青铜则易产生逆向偏析现象，即铸件表面层含锡较多。•合金

6、在一定温度范围内结晶，是产生区地域偏析的基木原因。当凝固温度范围较小时,i般倾向产生正向偏行；当凝固温度范围较大吋，树枝状品又很发达时，较易产生逆向偏析。•铸件表面常出现的一种含熔质元素较多的“汗珠”、“偏析疤”，是一种逆向偏析现象，如锡青铜铸件表面的“锡汗”就是这种情形。这是当合金表而形成层硬壳以后，或因内部合金液析出气体的压力作用，或因硬壳的固态收缩承受不了内部合金液的静压力的作用，或因铸件本身产生热应力等缘故而使其硬壳断裂,未凝固的液体含熔质较多,熔点较低流出硬壳以外并表现在铸件表面的结果。•对此情况，常需加强对合金的除气精炼等措施加以防止。对于区域偏析，不能以均匀

7、化扩散退火去消除，因为偏析区域较广，要求偏析元素的扩散距离较长，在实用的退火温度和时间内不可能均匀扩散。故应以预防为主的原则加以避免。•为此，第一，要正确选择合金；笫二，要有合理的铸件结构如避免肥厚断面以防止硅黄铜铸件出现区域偏析；第三，要正确控制冷却速度如使冷却速度很慢，结晶过程按稳定系统进行;或使冷却速度很快，整个结晶过程在很短时间内完成。三、比重偏析•rti于合金中两组元比重不同，而在同一铸件中出现上下部分成分不致的现象，即比里偏析。岀现这种偏析时，铸件上部合金中某一成分较多，而万部另一成分较多。比重偏析的形成情况也有不