30铜和铜合金Word格式.docx

30铜和铜合金Word格式.docx

《30铜和铜合金Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《30铜和铜合金Word格式.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

其塑性和抗侵蚀性都专门好，适宜于做各类深冲零件。

其金相组织特点是：

铸态α呈树枝状组织（图7-11），变形退火后为多边形α晶粒（图7-12）。

图7-11100×

图7-12100×

单相α黄铜晶粒粗细对冷加工性能有专门大阻碍。

细晶粒黄铜强度、硬度较高，加工后表面质量好，但变形抗力较大。

粗晶黄铜易于加工，但表面质量及疲劳性能较差，故需依不同加工方式及利用要求，选用适合的晶粒度。

两相黄铜：

含Zn量为36%～45%的黄铜称两相黄铜。

含锌量对黄铜力学性能的阻碍见图7-13。

随着Zn含量的增加，合金的强度和塑性都有所提高。

显现β′相后，合金强度增高，但塑性急剧下降，使冷加工变形困难。

但在高温时，β相有较好的塑性，因此常常热加工成型材。

两相黄铜的抗侵蚀性比单项黄铜差。

（三）特殊黄铜

在铜锌合金的基础上，别离加入Al、Ni、Fe、Pb、Mn等元素，即形成“特殊黄铜”。

一样铸造特殊黄铜含其它合金元素量较多，借以增加铸件强度。

变形特殊黄铜那么为了能取得高的塑性，一样加入合金元素量较少。

合金元素的加入，改变了原Cu-Zn合金的状态图及组织。

对此，可用“锌替换当量数”（简称“锌当量”）来估算。

即加入1%合金元素相当于加入多少Zn%对组织的阻碍。

实验取得各类经常使用加入元素的“锌当量”系数，以η表示：

表7-10“锌当量”系数

元素

Si

Al

Sn

Pb

Fe

Mn

Ni

η

10～12

4～6

2

1

～

这时，特殊黄铜的“含Zn量”可按下式计算：

X=

×

100%（7-1）

式中：

A——黄铜中的实际含Zn量；

B——黄铜中含铜量；

C——黄铜中其它各合金元素加入量；

η——其它各合金元素的锌当量。

此式只能在其它合金元素含量较低时作估量黄铜组织及性能之用。

合金加入量大于2%～7%时，此式不必然靠得住。

下面介绍几种常见的特殊黄铜。

1．铝黄铜

铝能提高黄铜的强度、屈服极限及抗蚀性，但降低合金的塑性。

铝黄铜如ZHAl77-2，含Cu77%，Al2%，其余为Zn。

按“锌当量”折算（取Al的η为5）：

=29%

相当于含Zn量为29%，故为单相α组织。

经常使用于制造小型客、货船及舰艇的冷凝器管道等。

随含铝量增高，如，按锌当量折算含锌量相当于在两相区，故其组织为（α+β）两相黄铜，因有β相存在，强度较高，可用于制造结构件。

但其含铝量不能太高，因太高时会显现脆性的γ相。

2．锰黄铜

锰能显著提高黄铜的力学性能及在海水、过热蒸汽中的抗蚀性，并能提高黄铜的工艺性能，含锰量小于4%的两相锰黄铜在提高强度的情形下，对塑性的阻碍不大，因此在工业上利用较广。

但锰黄铜有应力侵蚀偏向。

经常使用锰黄铜如ZHMn58-二、ZHMn55-3-1等，用于制造过热蒸汽管道及海水中利用的耐侵蚀零件。

3．铁黄铜

铁能以元素状态从合金溶液中分离出细小粒子，作为α固溶体核心，因此能细化晶粒。

铁还能提高黄铜的强度，而其使合金具有高的韧性、耐磨性及在大气和海水中有优良的抗蚀性，经常使用的铁黄铜如ZHFe59-1-1。

用于制造阀件、管路及水、250℃以下的油蒸汽顶用的成型部件。

显微组织为α＋β＋Fe相。

4．锡黄铜

黄铜中加入%～%锡，使合金强度略有提高，却显著增强在海洋大气和海水中的抗蚀性。

专门适用于航海造船工业，故有“海军黄铜”之称。

经常使用如HSn70-1和HSn62-1，前者属α黄铜，后者除（α＋β）相外，高倍时尚能看到细小白亮的γ相（Cu、Sn、Zn化合物）。

5．硅黄铜

硅大量溶解于固态黄铜中，对黄铜的力学性能、耐侵蚀性、铸造性等均有提高。

且由于合金流动性好，故铸件表面滑腻，并有专门好的切削性和可焊性。

经常使用硅黄铜如HSi80-3，等，金相组织为（α＋β），用于制造船舶零件、蒸汽管阀件、泵等。

6．铅黄铜

加入铅提高合金的耐磨性及改善切削性能。

如HPb74-3、HPb64-2等。

属单相α黄铜，铅呈小颗粒断续散布于α晶界处；

又如HPb59-1是（α＋β）两相黄铜，这时铅呈小颗粒散布于晶内。

（四）青铜

图7-14Cu-Sn相图

青铜是人类最先利用的合金。

古代青铜是指Cu-Sn合金，近代扩大了青铜的概念，除黄铜、白铜外，都称青铜。

一样将铜锡合金称为锡青铜，其它那么称为“特殊青铜”，其表示法：

如QSn4-3，表示含4%Sn，3%Zn的锡青铜；

QAl5为含5%Al的铝青铜，“Q”是“青”字汉语拼音的第一个字母。

1．锡青铜

Cu-Sn相图见图7-14，铜锡合金的结晶温度距离很宽，故易于偏析，且锡在铜中扩散很困难，因此锡青铜的实际组织与平稳状态相差专门大。

经常使用锡青铜含锡量为3%～14%，随着含Sn%不同，锡青铜组织可分为α及（α+δ）两类。

α是锡在铜中的固溶体，塑性良好，适于冷加工；

δ是复杂立方晶格的Cu31Sn8化合物，硬脆。

按Cu-Sn相图可知：

含锡量达15%后才会显现（α+δ）两相组织。

但事实上含锡6%～7%的合金铸造时就会显现（α+δ）共析组织。

因铸造时锡元素扩散困难，呈严峻树枝状偏析，那么在最后凝固的树枝间锡量偏多，故形成（α+δ）共析体。

经变形、退火后，仍可取得单相α固溶体。

杂质元素对合金的性能阻碍专门大，假设脱氧不足，组织中会显现SnO2硬脆相，用作轴承时会擦伤轴颈。

随锡含量的增加，锡青铜的强度提高，锡含量大于7%后，塑性下降。

因此变形用锡青铜锡含量应小于7%。

锡青铜在大气、海水中抗蚀性很高，但在亚硫酸钠、氨水及酸性溶液中抗蚀性很低。

由于锡的稀缺及珍贵，因此锡青铜的应用受到限制，最近几年来普遍采纳特殊青铜代替锡青铜。

2．铝青铜

铝青铜有比黄铜和锡青铜更高的力学性能和抗蚀性，因此被普遍利用。

图7-15是Cu-Al相图。

经常使用铝青铜的铝含量不大于10%～11%。

其金相组织：

在一样铸造冷速下，含铝量低时为单相α；

含铝8%～9%时合金中显现（α+γ2）共析体。

低倍放大时只见黑色相散布于α晶粒间，犹如α+β两相黄铜，高倍观看时可看到黑色部份为（α+γ2）共析组织。

图7-15Cu-Al相图

铝青铜的力学性能随含Al量的转变而转变，含Al量小于5%～7%的合金可冷、热加工，含Al量大于10%时，只能热加工及作为铸造合金。

铝青铜具有较高的强度、硬度及耐磨性。

在大气、海水、碳酸及许多有机酸溶液中比黄铜和锡青铜抗蚀性高，但在过热蒸汽中不稳固。

铝青铜中加入Fe、Mn、Ni等元素，能进一步改善性能。

铁能细化晶粒，提高再结晶温度，因此提高铝青铜的强度、硬度及耐磨性，并能延缓β相的分解，这对大型铸件很成心义。

Mn能提高铝青铜的力学性能及抗蚀性。

Ni能提高铝青铜的强度、耐磨性及抗蚀性。

3．铍青铜

铍是一种比重小（γ=），熔点高（1280℃）和硬脆的稀有金属，铜中加入少量的铍就能够强烈改变合金的性能。

图7-16是Cu-Be相图。

图7-16Cu-Be相图

铍在铜中的溶解度随温度的下降有较大的转变。

α是铍在铜中的固溶体为面心立方晶格，γ1为无序的体心立方晶格，γ2是以CuBe化合物为基的体心立方有序固溶体。

铍青铜是典型的沉淀硬化型合金，经淬火、时效后，抗拉强度可达（1200～1450）MPa，接近于中强度钢的水平。

铍青铜的重要特点之一是在淬火状态下有极高的塑性，能冷加工成管、棒、带等型材。

如经固溶处置、变形后再进行时效，这时除强度、硬度增高外，专门是弹性极限能够显著提高，且弹性滞后值小。

这对仪表弹簧是很成心义的。

铍青铜不但有高的强度、硬度、疲劳极限及耐磨性，还具有优良的抗蚀性及导电导热性，同时铍青铜受冲击时不显现火花，故在工业中普遍用作重要弹性元件、耐磨零件、防爆工具等。

在造船工业的航海、导航仪表等方面应用很广。

经常使用铍青铜热处置组织特点为：

伴随着合金的强化，晶内显现犹如魏氏组织的波纹状结构，并随时效温度的提高而慢慢趋于明显，随时效时刻的延长而慢慢增多。

这是沉淀硬化型合金组织的一个十分重要的特点。

由于铍是珍贵金属，而铍本身又是剧毒剂，生产时要有平安方法，因此，在必然程度上限制了铍青铜的普遍利用。

为了改善合金性能及代用一部份铍，在铍青铜中还常常加入少量的Ni、Ti等元素。

（五）白铜

除黄铜、青铜外，还有一种铜合金称“白铜”，即为Cu-Ni或Cu-Ni为基的合金。

铜与镍无穷互溶，故白铜一样为单相组织。

由于铜镍合金中原子扩散困难，故铸态组织往往偏析严峻，需充分扩散退火。

白铜塑性良好，能够加工成丝、板、管等，要紧用作耐磨、热工及电工材料。

二、铜合金的热处置

铜合金热处置一样为退火、淬火和回火

（一）退火

依照产生进程、产品性质和合金特点，有以下四种退火。

1．均匀化退火

即铸锭热轧前的高温退火，也称扩散退火。

目的是为了排除化学成份和组织上的不均匀性，提高塑性，改善冷热加工的变形性能。

黄铜、铝青铜等结晶距离小，偏析小，合金元素含量低的不需要均匀化退火。

而锡青铜，如含锡低于8%的压力加工锡青铜，有严峻偏析现象，乃至有（α+δ）脆性共析体显现，使冷加工困难。

故必需在760℃退火数小时。

另外，又如含20%～30%Ni的白铜，也易产生偏析，且扩散困难，热轧前更需充分进行均匀化退火。

2．中间退火和半成品退火

两次冷变形间及生产供给变形用的半成品都采纳了这种退火，即再结晶退火，以排除加工硬化，取得高的塑性变形能力。

退火温度应高于再结晶温度，但温度太高要发生晶粒长大现象；

如温度太低，那么达到再结晶软化所费时刻太长。

一样工业纯铜中间退火温度为（500～700）℃；

黄铜为（520～720）℃；

锡青铜（600～780）℃。

铜和铜合金，尤其是黄铜半成品退火时，应专门注意操纵晶粒度。

因退火半成品的力学性能和变形性能要紧取决于晶粒度。

3．低温退火

在再结晶温度以下加热，以排除内应力及某些铜合金的应力侵蚀偏向，取得某些强度高、塑性稍低的产品。

4．光亮退火

为了避免铜合金的氧化，生产表面质量高的半成品，可在各类爱惜气体下进行退火。

铜合金管、线、板、片等半成品退火，要紧要求具有均匀的力学性质，必然的晶粒度和良好的表面质量。

（二）固溶和时效处置

工业用铜合金中进行的淬火、回火处置，事实上是固溶、时效处置。

工业上经常使用的Cu-Sn、Cu-Al、Cu-Zn和以它们为基的多元合金，按其状态图和相变的特点，都可进行淬火、回火。

如含锡大于16%的锡青铜合金和含铝大于%的铝青铜，由（α+β）或β相区淬火后，能取得与钢淬火时取得的马氏体形态相似的针状组织。

但它对性能提高不大，故无有效价值，能进行这种处置并有有效价值的只有少数特殊黄铜和铍青铜、铬青铜及复杂铝青铜等。

铜合金热处置标准见表7-11。

表7-11铜合金热处置标准

名称

牌号

固溶处理温度（℃）

冷却剂

时效温度（℃）

硬度HB

（㎏/㎜2）

铬铜

1000～1050

水

450

-

铍青铜

QBe2

760～780（800）

315～320

340～370

铝铁青铜

QA19-4

850

350

铝铁锰青铜

10-3-1

830～860

300～350

207～280

铝铁镍青铜

QAl10-4-4

920

650

200～240

铝锰青铜

QAl9-2

800

400

150～187

硅锰青铜

QSi3-1

410～475

130～180

铜合金的固溶处置及时效温度

三、铜及铜合金常见疵病

（一）氢病

含氧量为%～%的纯铜，熔炼和铸锭操作容易，本钱低，微量氧对铜的力学性能和导电性能阻碍不大。

但假设在含氢、一氧化碳和氨的气氛中加热时，氢能还原晶界上的Cu2O，而生成水蒸汽，造成专门大的内压力，以至形成大量微裂纹，在随后的变形、利用进程中发生脆裂现象，称为铜的“氢病”。

一样纯铜容易产生氢脆病，而磷脱氧铜和锰脱氧铜不易产生氢脆病。

（二）季裂（应力侵蚀）

含Zn量大于20%的黄铜有内应力存在时，在潮湿天气，专门在含氨、氨盐的大气或在汞、汞盐溶液中发生的侵蚀破裂现象称为“应力侵蚀”或“季裂”。

历史上黄铜的应力侵蚀表现为库存的黄铜炮弹壳在潮湿的雨季爆裂。

含Zn量愈高，应力侵蚀偏向愈大，避免的方法是对冷加工变形后的黄铜，及时在（200～250）℃下进行去应力退火1h，或表面镀Zn爱惜。

青铜和白铜亦有应力侵蚀现象，但较黄铜为轻。

黄铜制品残余应力的检测可参照标准GB/T8000-2001《热互换器用黄铜管残余应力查验方式氨熏实验法》。

（三）脱锌侵蚀

黄铜中含Zn量大于30%时，在酸性或盐类溶液中，由于锌优先溶解，使工件表面残留一层多孔（海绵状）的纯铜，造成工件破坏，这种现象称为“脱锌”，α相和β相都有脱锌现象，但在两相共存时β相将优先脱锌，在两相黄铜中，α最好是细针状散布，假设沿晶界呈网状散布，将会加速β相的侵蚀。

α黄铜的“脱锌”问题可用加入少量As避免；

对α+β黄铜，加入Sn可减轻，但不能完全避免。

（四）脱铝侵蚀

在特殊黄铜和特殊青铜中添加必然量的铝，能显著提高合金的强度。

但随着含Al量的增高，把这种合金置于必然的溶液中就会产生脱Al侵蚀，脱Al的进程与脱Zn相似，而Al的活泼性胜过于Zn，因此优先溶解。

避免脱Al侵蚀除细化组织外，目前尚无更好的方式。

（五）锡汗

锡青铜铸件易于显现“反偏析”现象，情形严峻时能在铸件表面上显现白点状分泌物，称之为“锡汗”。

此分泌物的含锡量约为15%～18%。

要紧组织为δ相，性脆，阻碍铸件质量，故应严格操纵铸造条件。

反偏析产生的缘故，是含锡高的易熔组成物在体积收缩和气体的作用下，被迫沿着柱状晶或微缩孔由中心向周围排出，乃至排到铸件表面所致。

四、铜合金的宏观查验

（一）宏观查验试样的制备及侵蚀

对铜合金铸件或铸锭能够从指定部位取样，对形变铜合金可依照查验目的取纵向或横向截面试样。

试样的被查验面应通过机加的方式加工平整，侵蚀前将试样表面的油污去尽，以利于宏观组织或缺点的清楚显示。

宏观查验能够显示铜合金棒（坯）料的整体组织、挤压或锻件中晶粒大小的转变及各类缺点等。

铜合金的宏观查验常采纳硝酸水溶液侵蚀，即将试样放入10%～50%的硝酸水溶液中浸泡数分钟后掏出，再用稀盐酸溶液将试样查验面上的黑色氧化膜擦除，试样的查验面上就会清楚的显示出铜合金的结晶状态和宏观缺点。

另外，也能够采纳HCl（30ml）+FeCl3（10g）+H2O（120ml）或HNO3（50ml）+AgNO3（5g）+H2O（50ml）侵蚀试样。

（二）铸造铜合金中常见的宏观缺点

1．疏松

一样呈散乱的小孔，散布在铸件的枝晶间，疏松是由于合金结晶温度范围较宽，浇注速度太快，浇注温度偏低等缘故所引发的，疏松造成铸件的结晶不致密，阻碍了铸件的强度。

2．气孔

铸件内部的表面滑腻的圆形孔洞。

气孔是由于熔炼用原材料潮湿、熔炼温度太高，或在高温下停留时刻太长，使未覆盖好爱惜剂的铜液吸收大量气体，而在浇注进程中又未及时逸出，从而在铸件中形成气孔。

3．外来非金属和金属夹杂

在浇注进程中，由于有其它金属掉入铜液中；

或因耐火材料强度不足，当融熔的铜液倒入铸模时受到冲洗而脱落等缘故会引发非金属或异种金属夹杂。

这些外来夹杂由于尺寸较大且散布集中，起着分割金属基体的作用，显著降低铸件的强度。

4．粗晶

铸件在凝固进程中因为浇注温度较高，冷却速度较慢，晶粒形核的核心较少，因此晶粒不断长大形成粗晶。

粗晶的强度较低。

5．冷隔

铸件在浇注进程中因局部冷却较快，或因铜液供给不足，致使靠近铸模部份的金属第一凝固，在后续的充型进程中先凝固的部份金属被卷入到铸件中，形成了铸件中的冷隔缺点。

五、铜及铜合金的显微组织查验

（一）金相试样的制备

金相试样截取时，应注意尽可能减小截取时材料变形及发烧，以避免阻碍组织。

1．磨光

试样用锉刀或砂布磨平后即可用各类粒度的水砂纸磨光。

注意各道砂纸间的清洗工作，幸免将粗砂粒带到下一道砂纸上。

最后一道砂纸尽可能轻磨，以利于在抛光时去除砂纸磨痕。

2．机械抛光

这是最大体的一种抛光方式。

砂纸磨光后的试样，在细帆布作为抛光织物的磨盘上，用Al2O3抛光液进行抛光。

假设用金刚砂研磨膏作抛光料，那么可用丝绒作为抛光织物。

抛光时应注意：

（1）尽可能轻抛，使试样在丝绒毛上扫过，使吸附在绒毛上的磨料起磨削作用，而不是滚压抛光，幸免试样表面产生较深的磨痕。

（2）抛光液宜稍浓，并非时加入磨盘，幸免磨制时因太干而致使试样氧化。

（3）磨盘转速不宜过快。

机械抛光比较费时，且试样表面往往易残留形变层和磨痕。

3．化学抛光

化学抛光两种较经常使用的抛光剂有：

（1）正磷酸50ml+冰醋酸28ml+硝酸22ml。

试样磨面向上，不断搅动溶液，侵蚀约（5～9）s。

假设晶粒显现不完整，那么可用：

三氯化铁10g+盐酸8ml+酒精50ml，补充侵蚀（2～3）s，即可清楚呈现组织。

（2）硝酸3份+盐酸1份+磷酸1份+冰醋酸5份。

4．电解抛光

电解抛光具有抛光速度快、质量好的优势。

较有效的电解液及电解标准：

（a）纯铜。

电解液成份：

蒸馏水175ml+磷酸825ml；

电压：

（1～）V；

时刻：

（10～40）min；

阴极：

铜。

（b）α、（α+β）铜合金，Cu–Fe合金等。

蒸馏水600ml+磷酸400ml；

（1～2）V；

（1～15）min；

纯铜或不锈钢。

（c）黄铜及青铜。

电解液：

蒸馏水300ml+磷酸700ml；

（～）V；

（5～18）min；

化学及电解抛光是一种提高抛光质量和制样效率的有效方式，缺点是对杂质或某些合金相易形成侵蚀坑。

（二）显微组织的显示

铜及铜合金经常使用的侵蚀剂有：

1．硝酸铁10g+水100ml，适用于显示纯铜晶界，单相、两相铜合金。

2．三氯化铁5g+盐酸50ml+水100ml，适用于两相铜合金。

3．氯化铜8g+氢氧化氨100ml，适用于两相铜合金。

晶粒度检测参照JB/T《铸造铜合金晶粒度》进行。