金属材料学 第9章 铜合金

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1、第9章铜合金铜及铜合金是人类历史上使用最早的金属材料之一。由于铜具有优良的性能及美丽的色泽而被广泛用于电缆、电器核电子设备的导电材料、各种热交换器的传热材料、建筑材料以及装饰品等。随着科学技术的发展，使用范围不断扩大，如大规模集成电路、超导电线、超导电磁体、磁力悬浮铁路核聚变装置以及形状记忆合金等方面都有应用。上左:编钟上右:永乐大钟下左:越王勾践青铜剑9.1黄铜黄铜是以锌为主要元素的铜合金。铜锌二元合金→普通黄铜；铜锌+Me→特殊黄铜牌号表示方法普通黄铜：H62表示含62%Cu、38%Zn特殊黄铜：用“H”加主添元素的化学符号再加铜

2、含量和添加元素的含量表示。如HMn58-2表示58%Cu、2%Mn铸造黄铜:用“Z”再加铜化学符号和主添元素化学符号及含量表示。如ZCuZn38：Cu为基体元素，Zn为主要合金元素，38为锌的平均质量分数一、普通黄铜组织＜36%Zn的合金为单相α黄铜，36～46%Zn合金为α+β双相黄铜，易热加工，为热加工黄铜。性能随Zn↑,导电导热性↓，线胀系数↑＜30%Zn时,随Zn↑,强度和塑性↑,δ达到最高值;＞32%Zn时，由于出现脆性β′相，塑性↓，强度↑,在45%Zn时达最大值铜锌二元相图铜端铸态黄铜性能与锌含量关系黄铜有良好的铸造性能

3、，即流动性高，偏析倾向小，适用于铸造复杂和精致的铸造制品。H96、H90等：有金色黄铜之称。导热性、抗蚀性好。用于冷凝器、散热器和工艺品等H70、H68：为三七黄铜。强度较高，塑性好，用于冷冲压、深拉伸的形状复杂件。大量用于弹壳，所以也称为弹壳黄铜。铝?H62：强度高，塑性也好，常、用于水管、油管，也称为商业黄铜。二、特殊黄铜锡黄铜锡黄铜在普通黄铜中+0.5~1.5%Sn，↑强度和硬度及耐蚀性，改善切削加工性。锡黄铜主要以管、棒、板材大量用于舰艇制造工业，如冷凝管、船舶零件、船舰焊接件的焊条等，故有海军黄铜之称。铝黄铜黄铜中加入少量铝

4、（0.7~3.5%）可在表面形成致密和牢固的Al2O3膜，↑耐蚀性。铝能细化晶粒，↑硬度和强度。但＞2%Al时塑韧性↓。含2%Al、20%Zn的铝黄铜具有最高热塑性，所以HAl77-2合金得到广泛应用。含铝特殊黄铜焊接比较困难，且有高的应力腐蚀倾向，必须进行充分低温退火加以消除。镍黄铜添加镍可扩大α相区，故双相黄铜添加适当的镍可转变为单相黄铜。镍能↑强度、韧性、耐蚀性及耐磨性。镍黄铜适合于冷、热加工。镍黄铜具有小的应力腐蚀破裂倾向，可用来制造海船工业的压力表及冷凝管等，还可作锡磷青铜的代用品。硅黄铜加入1.5~4.0%Si，能↑↑黄铜

5、在海水中的耐蚀性以及抗应力腐蚀能力，改善铸造性和焊接性。HSi80-3硅黄铜显微组织为α+β，主要用于舰船制造和其它工业中的耐蚀零件和接触蒸汽的配件等。硅黄铜铅黄铜HPb74-3是单相α铅黄铜，铅呈细小质点分布在晶界；HPb59-1是双相（α+β）铅黄铜。因为HPb59-1切削性特别好，称为易切黄铜，有足够高的强度、耐磨性和耐蚀性。广泛用作钟表机芯的基础部件和汽车、拖拉机等机械零件如衬套、螺钉、电器插座等。9.2青铜青铜最早是指铜锡合金，含铝、硅、铍、锰和铅的铜基合金，也称青铜。通常把铜锡合金称为锡青铜（普通青铜），其它称为无锡青铜（

6、特殊青铜）牌号表示“Q”加上第一个主加元素化学符号及含量再加上其它合金元素含量。如QSn4-3为含4%Sn，3%Zn锡青铜；铸造青铜：“Z”表示铸造，“Cu”表示铜基体。如ZcuPb30表示铸造铅青铜，铅的平均质量分数为30%1、铜锡二元合金组织α是Sn固溶于Cu固溶体，FCC结构；β是β电子化合物Cu5Sn为基的固溶体；γ是CuSn化合物为基的固溶体；δ是电子化合物Cu31Sn8；ε是电子化合物Cu3Sn。锡青铜的显微组织与锡含量和合金状态有关。图铜锡二元合金相图铜端性能较高强度、硬度和耐磨性。Sn↑,强度↑，当Sn＞6%后，↓↓伸

7、长率;Sn＞20%，出现大量δ相，合金变脆，强度↓。因此，工业用Sn青铜的Sn含量均在3~14%之间。Sn＜7~8%的合金，有高的塑性和强度，适用于塑性加工；含Sn＞10%的合金，因塑性低，只适用于铸造用。2、铝青铜特点强度和耐蚀最好，应用广泛。是锡青铜的重要代用品，但铸造性和焊接性较差。铝作用↑Al，强度和硬度↑，塑性↓。当Al＞10~11%时，强度、塑性均↓。→由于出现了硬脆γ2相所致。→≯12%Al。压力加工用铝青铜Al≯5~7%.应用铝青铜应用较广泛。用于制造耐磨、耐蚀和弹性零件，如齿轮、轴套、弹簧以及船舶制造中的特殊设备等3

8、、铍青铜铍青铜是加入1.5~2.5%Be的铜合金，除Be外，还加入镍、钛、镁等合金元素。常用QBe2.5、QBe1.7。性能特点淬火状态塑性好，可冷加工成管、棒、带材等各种型材。若经过固溶处理及冷变形后，不仅能提高强度（