项目五铜合金的热处理.docx
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项目五铜合金的热处理
教学章节:
5.1
教学内容:
黄铜的热处理
教学要求:
1、了解黄铜的牌号;
2、掌握铜锌合金相图。
重点难点:
铜锌合金相图。
教学过程(板书设计):
以铜为基的铜与锌的合金称为黄铜。
可分两类:
普通黄铜和特殊黄铜。
一、普通黄铜
1、牌号
H+xx(xx表示铜的百分含量)
例如H68表示含Cu68%,含Zn约32%的黄铜。
若为铸造黄铜,则ZH+xx(xx表示铜的百分含量)
例如ZH68表示含Cu68%,含Zn约32%的铸造黄铜。
2、合金相
如Cu-Zn相图所示
α—Cu基固溶体(FCC),黄铜基体相
β—CuZn基固溶体,电子弄得2/3,bcc;
γ—Cu5Zn8基固溶体,电子浓度21/13,复杂bcc。
黄铜中Zn含量小于50%,Cu合金中相主要为α、β、γ。
α—Cu基固溶体为黄铜基体相。
工业黄铜退火多为α、α+β、β组织。
3、工业黄铜的性质与应用
一般处于H96-H59(如相图所示)
H96-H65:
α黄铜
H63-H59:
α+β黄铜
在RT情况下,α-Cu的塑性高于β-CuZn的塑性,强度低于β-CuZn的强度;
在HT下,正好相反。
因此,α+β黄铜热塑性好,而α黄铜冷塑性好。
与紫铜相比,黄铜的强度、塑性均优,工艺性好,抗蚀性好,且价格低。
因此用途广、可作各种零件、日用品、管道、散热器、工艺品、炮弹等。
二、特殊黄铜
加Sn、Si、Al、Fe、Ni、As、Mn、Pb等,形成特殊黄铜。
Si、Fe、Ni、Mn—改善力学性能
Sn、Si、Al、Fe、Ni、As—提高耐蚀性能
Pb—改善切削性能。
1、牌号
(1)、H+第三组元元素符号+xx(xx表示铜含量的百分比)-y(第三组元含量)-z(第四组元含量)……
例如:
HSn70-1表示含Cu70%、含Zn29%、含Sn约1%的特殊黄铜
HFe59-1-1表示含Cu59%、含Zn39%、含Fe约1%的特殊黄铜
(2)、若为铸造黄铜,则ZH+第三组元元素符号+xx(xx表示铜含量的百分比)-y(第三组元含量)-z(第四组元含量)……
例如:
ZHSn70-1表示含Cu70%、含Zn29%、含Sn约1%的铸造特殊黄铜。
课后习题:
1、黄铜的热处理有和两种。
2、简述黄铜的热处理
教学章节:
5.2
教学内容:
锡青铜的热处理
教学要求:
1、了解锡青铜的牌号;
2、掌握铜锡合金相图。
重点难点:
铜锡合金相图。
教学过程(板书设计):
早期青铜仅指锡青铜。
现在青铜这个名词以成为除黄铜和白铜之外的铜合金的总称。
一、锡青铜
铜与锡的合金称为锡青铜。
1、牌号
QSn+x(x表示Sn含量)-y(第三组元含量)-z(第四组元含量)……
例如QSn4-3表示含Sn约4%,其它元素约3%的青铜。
QHSn4-3表示含Sn约4%,其它元素约3%的铸造青铜。
2、合金相
如下图Cu-Sn相图所示:
α—Cu基固溶体(FCC)青铜的基体相,存在退火栾晶;
β—Cu5Sn基固溶体,电子浓度3/2,bcc;
γ—Cu3Sn基固溶体,电子浓度7/4,fcc;
δ—Cu31Sn8基固溶体,电子浓度21/13,复杂立方;
ε—Cu3Zn基固溶体,电子浓度7/4,密排六方;
注意:
δ→α+ε(反应慢)一般不出现
所以:
(1)一般合金RT组织通常为α+(α+δ)共晶组织;
(2)Sn扩散慢,结晶范围宽,偏析严重;
(3)铸锭中易于出现分散缩孔和反偏析(锡汗)现象。
3、性能
(1)、不出现δ相时,Sn↑,强度和塑性都↓,出现δ相时,Sn↑,塑性↓,而强度↑。
但是大量的δ相也会引起强度↓。
(2)、具有良好的抗蚀性能,由于生成了Cu2O或2CuCO3·Cu(OH)薄膜,故可作船舶零件,这也是青铜器可以长久保持的原因。
(3)、铸造工艺性能不好(相对而言的),但因分散缩孔多,体积缩小,可铸造尺寸准确、花纹清晰的工艺品。
(4)、热轧难,挤压易,通常需要均匀化退火。
4、工业锡青铜
二元合金少,通常加P、Pb、Zn等元素
课后习题
1、简述锡青铜的热处理
教学章节:
5.3
教学内容:
铝青铜的热处理
教学要求:
1、了解铝青铜的牌号;
2、掌握铜铝合金相图。
重点难点:
铜铝合金相图。
教学过程(板书设计):
当主要添加元素为铝时称为铝青铜。
铝青铜具有良好的机械性能、耐蚀性能和抗磨性能,是各种青铜中应用最广泛的一个。
1、牌号与上述锡青铜相同
QAl+x(x表示Al含量)-y(第三组元含量)-z(第四组元含量)……
例如Qal4-3表示含Al约4%,其它元素约3%的青铜。
2、合金相
如下图Cu-Al合金相图所示:
α—Cu基固溶体(FCC),铝青铜的基体相,存在退火栾晶;
β—Cu3Al基固溶体,电子弄得3/2,bcc;
γ2—Cu4Al9基固溶体,电子浓度21/13,复杂立方;
慢冷,在565℃,β→α+γ2(自回火现象),导致合金脆化;
快冷,低铝者,β→β’(马氏体)
高铝者,β→β1→β’或γ’(均为马氏体)
通常选择快冷,而且工业铝青铜Al<13%,属于低铝者,快冷组织为β’马氏体,但实际铸造组织重也可能有α+γ2组织存在。
3、性能
(1)机械性能优于黄铜、锡青铜;
(2)大气、海水、大多数有机酸中耐蚀性好;
(3)耐磨、耐寒、冲击不产生火花(有油易燃时有利)
4、工业铝青铜
二元合金
QAl5,、QAl7(属于单相α组织,枝晶和栾晶,耐蚀、耐磨、弹性材料,如弹簧)
多元合金(通常加Fe、Mn、Ni等)
Qal9-4(Fe):
Fe加入,细化组织,HB↑,耐磨性↑,防止自回火,可热处理强化,用于船舶电器零件;
QAl9-2(Mn):
Mn加入,耐蚀性↑,防止自回火,用于海轮上的零件;
QAl11-6-6(Fe、Ni):
综合性能最佳,主要用于重要的重型零件,应用与机械,航空工业的高强耐磨齿轮,可用温度高达500℃.
课后习题:
1、简述铝青铜的热处理
教学章节:
5.4
教学内容:
铍青铜的热处理
教学要求:
1、了解铍青铜的牌号和成分;
2、掌握铜铍合金相图。
重点难点:
铜铍合金相图。
教学过程(板书设计):
铍青铜是硬度、强度最高的、也是综合性能(尤其是弹性模量高、抗疲劳强度高、耐磨耐蚀、导电导热性好,耐寒、无磁性、冲击不差产生火花等)最好的铜合金,óh1250-1500Mpa,HB350-400,主要用于弹性零件和耐磨零件。
最大问题是Be贵,而且有毒,限制了它的应用。
1、牌号与成分
牌号与锡青铜相同。
铍青铜中的Be通常处于1.5-2.5%,虽然少但作用大,溶解度从高温Max2.7→室温0.2,变化大,而且脱溶有强烈的时效强化效果。
2、合金相
如Cu-Be相图所示:
α—Cu基固溶体(FCC),铍青铜的基体相,存在退火栾晶;
γ1—Cu2Be,bcc;
γ2—Cu2Be,有序bcc(时效强化原因);
时效时,γ1→α+γ2
因此最终相组成:
α+γ2
组织组成:
α+(α+γ2)
3、时效特点
(1)脱溶序列
过饱和的α-固溶体—γ’’(片状GP区)—γ’—γ2
其中γ’’(片状GP区)—γ’发展时强度最高;
(2)为了达到最高强度,时效温度应不超过330℃,否则会发生晶界反应,即发生不连续脱溶,不利于性能。
4、工业铍铜
二元合金
QBe1.5QBe2等
课后习题:
1、铍青铜的热处理分、、退火三类。
2、简述铍青铜和硅青铜的热处理。
教学章节:
5.5
教学内容:
白铜的热处理
教学要求:
1、了解白铜的牌号;
2、掌握铜镍合金相图。
重点难点:
铜镍合金相图。
教学过程(板书设计):
以Ni为主要合金元素的铜基合金称为白铜。
白铜可分为两类:
普通白铜—Cu-Ni二元合金
复杂白铜—Cu-Ni-X多元合金,(X=Ni、Fe、Mn、Al、Zn、Pb等)
1、牌号
(1)普通白铜:
B+xx(xx表示Ni含量的百分比)
例如:
B19表示含Ni约19%、含Cu约81%的Cu-Ni二元合金(白铜)
(2)复杂白铜:
B+第三组元元素符号+x(Ni的含量)-y(第三组元含量)-z(第四组元含量)……
例如:
BZn15-20表示含Ni约15%、含Zn约20%、含Cu约65%的复杂白铜
2、合金元素的作用与复杂白铜
Ni:
与铜形成完全固溶体,Ni↑,ó↑,电阻↑,抗蚀性↑,热电势↑,普通白铜
Fe:
细化晶粒,Fe↑,ó↑,抗蚀性ó↑(抗海水冲击腐蚀明显增强),铁白铜
Mn:
电阻率↑,电阻温度系数↓,锰白铜
Al:
生成Ni3Al、Ni2Al,ó↑,热处理可强化,铝白铜
Zn:
耐蚀性↑,颜色银白,锌白铜(亦称中国银、德国银)
Pb:
易切削
3、主要应用
(1)结构用白铜:
除B0.6,锰白铜等常作补偿导线、标准电阻、热电偶等电器电工材料外,其余白铜均可作结构件;
(2)锰白铜:
精密电工仪表材料
BMn3-12(锰铜)—标准电阻(电桥、电位计)
BMn40-1.5(康铜)—电热体、热电偶
BMn43-0.5(考铜)—变阻器、热电偶、补偿导线等等
教学章节:
5.6
教学内容:
铜及铜合金热处理的特点
教学要求:
1、了解光亮退火。
重点难点:
光亮退火。
教学过程(板书设计):
一、类型
铜及铜合金的热处理包括均匀化退火、回复与再结晶退火、淬火时效等等,但在具体应用中不同合金,采用不同的类型。
铝青铜、锆青铜、铬青铜、铍青铜都是热处理可强化合金,淬火时效在铍青铜中很普遍,但其他则不一定。
二、存在的问题
1、低温退火硬化现象
2、光亮退火
目的:
防止氧化、吸气,提高表面质量
在保护性气氛中或真空中退火,保证表面十分漂亮
保护性气氛:
水蒸气、分解氨、不完全燃烧的脱水氨、氮气、干燥氢、不完全燃烧的煤气或其他可燃气体,但具体选择,与合金本性、种类和退火要求有关。
例如:
纯铜、白铜在弱还原气氛中;
含氧铜,氢量不可超过5%,以防氢氧病;
高锌黄铜、锌白铜在还原气氛中退火时,要降温减时,以防脱锌;
Al、Cr、Be、Si青铜只有在高还原气氛中退火;
课后习题:
1、铜及铜合金在热处理过程中很容易氧化,为了避免这一缺陷的出现,提高工件的表面质量,需在或中进行,即常说的。
2、光亮退火常用的保护气氛有水蒸气、、、及城市煤气等,可根据合金种类选择合适气源。