【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 中的溶解度隨溫度的降低而增大。 相是鋅在銅中的固溶體，具有面心立方晶格，因而具有良好的塑性。隨著含鋅量的進(jìn)一步增加，出現(xiàn)具有體心立方晶格的 相。 αβ? 銅及其合金 第 9章 有色金屬及其合金 β?β β 相是有序固溶體，在室溫下塑性差，不適宜冷加工變形；但加熱到高溫時(shí)，發(fā)生無(wú)序轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)序固溶體 相， 相具有良好的塑性，適宜進(jìn)行熱加工。 圖 銅 鋅合金相圖 銅及其合金 第 9章 有色金屬及其合金 當(dāng)含鋅量達(dá)到 50%時(shí)，合金中將出現(xiàn)另一種脆性更大的電子化合物 γ相。含有這種相的合金在工業(yè)上已不能使用。 含鋅量對(duì)黃銅性能的影響如圖 ，結(jié)合 CuZn相圖的分析可知，由于鋅的溶入，能起到固溶強(qiáng)化的作用，使合金的強(qiáng)度不斷提高，塑性也有所改善。當(dāng)含鋅量為 30%時(shí)，強(qiáng)度和塑性達(dá)到最優(yōu)化；進(jìn)一步增加鋅，由于相的出現(xiàn)，合金塑性開(kāi)始下降，而合金的 σb卻繼續(xù)升高，當(dāng)含鋅量增加到 45%時(shí)，強(qiáng)度達(dá)到最大值，而塑性急劇下降；當(dāng)含鋅量達(dá)到 47%時(shí)，全部為相，強(qiáng)度和塑性均很低，已無(wú)實(shí)用價(jià)值。因此工業(yè)上使用的黃銅實(shí)際含鋅量大多不超過(guò) 47%，這樣工業(yè)黃銅的組織只可能是單相或兩相 (+)，分別稱之為黃銅 (或單相黃銅 )及 (+)黃銅 (或兩相黃銅 )。 由 CuZn合金相圖中可見(jiàn)，其固、液相線間距較小，故黃銅鑄造時(shí)流動(dòng)性較好，偏析小，鑄件的致密度高，鑄造性能良好。 CuZn合金在高溫下為單相組織，故在生產(chǎn)中多以鍛、軋態(tài)使用，并以形變作為強(qiáng)化手段。 2. 黃銅的牌號(hào)、分類及用途 黃銅牌號(hào)是以字母 H為首 (H為“黃”的漢語(yǔ)拼音第一個(gè)大寫字母 )，其后注明含銅量的百分?jǐn)?shù)。常用黃銅的分類、牌號(hào)、成分、性能和用途見(jiàn)表 94。 銅及其合金 第 9章 有色金屬及其合金 圖 黃銅的力學(xué)性能與含鋅量的關(guān)系 (1) 單相黃銅 (黃銅 )。塑性好，可以進(jìn)行冷、熱加工成形，適用于制造冷軋板材、冷拉線材以及形狀復(fù)雜的深沖壓零件。其中 H70、 H68稱為三七黃銅，常用作彈殼，故又稱為彈殼黃銅。 (2) 兩相黃銅。其組織為 (+)兩相混合物，強(qiáng)度較單相黃銅高，但在室溫下塑性較差，故只宜進(jìn)行熱軋或熱沖壓成形。常用的有 H6 H59等，可用作散熱器、機(jī)械、電器用零件。 銅及其合金 第 9章 有色金屬及其合金 表 94 常用黃銅的分類、牌號(hào)、成分、性能和用途 類 別 牌 號(hào) 化學(xué)成分 /% 力 學(xué) 性 能 應(yīng) 用 舉 例 Cu 其他 σb /MPa /% HB 普通黃銅 H80 79～ 81 Zn 270 50 145 色澤美觀、有金色黃銅之稱，用于鍍層及裝飾品 H70 69～ 72 Zn 660 3 150 多用于制造彈殼，有彈殼黃銅之稱 H62 ～ Zn 500 3 164 價(jià)格較低，多用于散熱器、墊片、各種金屬網(wǎng)和螺釘?shù)? 特 殊 黃 銅 鉛黃銅 HPb59— 1 57～ 60 ～ 其余為 Zn 650 16 140 切削加工性能良好，故又稱切削黃銅 鋁黃銅 HAl59— 3— 2 57～ 60 ～ ～ 其余為 Zn 650 15 150 用于制作在常溫下要求抗蝕性較高的零件 錳黃銅 HMn58— 2 57～ 60 ～ 其余為 Zn 700 10 160 海輪制造業(yè)和弱電工業(yè)用的零件 銅及其合金 第 9章 有色金屬及其合金 δ類 別 牌 號(hào) 化學(xué)成分 /% 力 學(xué) 性 能 應(yīng) 用 舉 例 Cu 其他 σb /MPa /% HB 鑄造硅黃銅 ZHSi80—3— 3 79～81 ～ ～ 其余為Zn (J)350 20 90 減磨性好，用做軸承襯套 (S)300 15 100 鑄造鋁黃銅 ZHAl67— 66～68 ～ 其余為Zn (S)300 12 80 用于制作在常溫下要求抗蝕性較高的零件 (J)400 15 90 注：表中 S表示砂型鑄造； J表示金屬型鑄造。 銅及其合金 第 9章 有色金屬及其合金 黃銅的抗蝕能力與純銅相近，在大氣和淡水中是穩(wěn)定的 , 在海水中抗蝕性稍差。黃銅最常見(jiàn)的腐蝕形式是“脫鋅”和“季裂”。所謂“脫鋅”是指黃銅在酸性或鹽類溶液中，鋅優(yōu)先溶解而受到腐蝕，使工件表面殘存一層多孔 (海綿狀 )的純銅，因而合金遭到破壞；而“季裂”是指黃銅零件因內(nèi)部存在殘余應(yīng)力，在潮濕大氣中，特別是含氨鹽的大氣中受到腐蝕而產(chǎn)生破裂的現(xiàn)象。為此，一般要去除零件內(nèi)應(yīng)力，或者在黃銅的基礎(chǔ)上加入合金元素，以提高某些特殊的性能。 (3) 特殊黃銅。在二元黃銅的基礎(chǔ)上添加鋁、硅、錫、錳、鉛、鎳等元素，便構(gòu)成了特殊黃銅。 錫黃銅 HSn62—1：錫主要用于提高耐蝕性。錫黃銅主要用于船舶零件，有“海軍黃銅”之稱。 鉛黃銅 HPb74—3：鉛在黃銅中溶解度很低，只有 %，基本呈獨(dú)立相存在于組織中，因而可以提高耐磨性和切削加工性。 銅及其合金 第 9章 有色金屬及其合金 青銅 三千多年以前，我國(guó)就發(fā)明并生產(chǎn)了錫青銅 (CuSn合金 )，并用此制造鐘、鼎、武器和銅鏡。春秋晚期，人們就掌握了用青銅制作雙金屬劍的技術(shù)。以韌性好的低錫黃銅作中脊合金，硬度很高的高錫青銅制作兩刃。制成的劍兩刃鋒利，不易折斷，克服了利劍易斷的缺點(diǎn)。西漢時(shí)鑄造的“透光鏡”，不但花紋精細(xì)，更巧妙的是，在日光照耀下，鏡面的反射光照在墻壁上，能把鏡背的花紋、圖案、文字清晰地顯現(xiàn)出來(lái)，在國(guó)際冶金界被譽(yù)為“魔鏡”；隨縣出土的曾侯乙墓的大型編鐘是一套音域很廣，可以旋宮轉(zhuǎn)調(diào)、演奏多種古今樂(lè)曲，聲伴準(zhǔn)確、音色優(yōu)美的大型古代樂(lè)器，就是采用錫青銅制造的。 20世紀(jì)又研制生產(chǎn)了鋁青銅和硅青銅等。隨后，人們便把除鎳和鋅以外的其他合金元素為主要添加劑的銅合金統(tǒng)稱為青銅，并分別命名為錫青銅、鋁青銅、鈹青銅等。 青銅的編號(hào)用“青”字的漢語(yǔ)拼音第一個(gè)大寫字母“ Q”，后面加上主添加元素的化學(xué)符號(hào)，再加主添加元素的含量和輔助元素的含量來(lái)表示。對(duì)鑄造青銅，則在前面加上“ Z”表示。如 QSn4—3，表示含 wSn=4%、 wZn=3%的錫青銅； QBe2，表示含 wBe=2%的鈹青銅。 銅及其合金 第 9章 有色金屬及其合金 1. 錫青銅 (CuSn合金 ) (1) 力學(xué)性能：錫能溶入銅中，形成的固溶體，具有優(yōu)良的塑性，適宜冷、熱加工成形。由于錫在銅中不易擴(kuò)散，在實(shí)際鑄造生產(chǎn)條件下即非平衡條件不易獲得平衡組織，含錫量小于 6%時(shí)，合金呈單相固溶體；含錫量超過(guò) 6%時(shí)，就可能出現(xiàn) (+)共析體，其中是一個(gè)硬脆相。 含錫量小于 6%時(shí)，錫青銅的強(qiáng)度、硬度隨含錫量的增加而顯著地提高，塑性變化不大，適宜進(jìn)行冷、熱壓力加工，常以線、板、帶材供應(yīng)。 含錫量大于 6%的錫青銅，因組織中出現(xiàn)硬脆相，塑性急劇降低，已不宜承受壓力加工，只能用作鑄造合金。當(dāng)含錫量超過(guò) 20%時(shí)，不僅塑性極低，且強(qiáng)度急劇降低，工業(yè)上無(wú)實(shí)用價(jià)值，以前只用來(lái)鑄鐘，有“鐘青銅”之稱(wSn=17%～ 25%)。工業(yè)用錫青銅的含錫量一般在 3%～ 14%范圍內(nèi)。 (2) 耐磨性能。由于錫青銅組織中共析體 (+)仍均勻分布在塑性好的固溶體中，從而構(gòu)成了堅(jiān)硬相質(zhì)點(diǎn)均勻分布在塑性好的基體上的耐磨組織。因而，錫青銅是很好的耐磨材料，被廣泛用來(lái)制造齒輪、軸承、蝸輪等耐磨零件。 (3) 耐蝕性能。錫青銅在大氣、海水、淡水和蒸汽中的抗蝕性比黃銅高。廣泛用于蒸汽鍋爐、海船的鑄件。但錫青銅在亞硫酸鈉、氨水和酸性礦泉水中極易被腐蝕。 銅及其合金 第 9章 有色金屬及其合金 (4) 鑄造性能。錫青銅的鑄造性能并不理想，因?yàn)樗慕Y(jié)晶溫度區(qū)間大，流動(dòng)性差，易產(chǎn)生偏析和形成分散縮孔。但鑄造收縮率很小，是有色金屬中鑄造收縮率最小的合金。可用來(lái)生產(chǎn)形狀復(fù)雜、氣密性要求不太高的鑄件。在錫青銅中，還常加入其他合金元素以改善鑄造、切削、耐磨等性能。常用錫青銅的牌號(hào)、成分、性能和應(yīng)用見(jiàn)表 95。 表 95 常用青銅的牌號(hào)、成分、性能和應(yīng)用 類 別 牌 號(hào) Cu以外的成分 /% 狀態(tài) 力學(xué)性能 應(yīng) 用 舉 例 σb /MPa /% HB 錫 青 銅 鑄造青銅 ZQSn10— 1 Sn 9～ 11 P ～ S 200～ 300 3 80～ 100 軸承、齒輪等 J 250～ 350 7～ 10 90～ 120 ZQSn6— 6—3 Sn5～ 7 Zn5～ 7 Pb1～ 4 S 150～ 250 8 60 軸承、齒輪等 J 180～ 250 10 65～ 70 壓力加工青銅 QSn4— 4— 4 Sn3～ 5 Zn3～ 5 ～ 軟 310 46 62 航空儀表材料 硬 550～ 650 2～ 4 160～ 180 — Sn6～ 7 ～ 軟 350～ 450 60～ 70 70～ 90 耐磨材料、彈簧等 硬 700～ 800 8～ 10 160～ 200 銅及其合金 第 9章 有色金屬及其合金 無(wú) 錫 青 銅 鋁青銅 QAl9— 4 Al8～ 9 Fe2～ 4 軟 500～600 40 110 有重要用途的齒輪、軸套等 硬 800～1000 5 160～200 鈹青銅 QBe2 ～ 軟 500 35 100 有重要用途的彈簧、齒輪等 硬 1250 2～ 4 330 注：表中 S表示砂型鑄造； J表示金屬型鑄造；軟表示 800?C退火狀態(tài)；硬表示變形度 50%的性能。 2. 鈹青銅 (CuBe合金 ) 銅 鈹合金稱為鈹青銅。工業(yè)用鈹青銅的含鈹量一般在 %～ %之間，由于鈹溶入銅中形成固溶體，其溶解度隨溫度的下降而急劇下降，室溫時(shí)其溶解度僅為 % Be。因此鈹青銅是典型的時(shí)效硬化型合金。其時(shí)效硬化效果顯著，經(jīng)淬火時(shí)效后，抗拉強(qiáng)度可由固溶處理狀態(tài) 450MPa提高到1250MPa～ 1450MPa，硬度可達(dá) 350HB～ 400HB，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其他所有銅合金，甚至可以和高強(qiáng)度鋼相媲美。 銅及其合金 第 9章 有色金屬及其合金 鈹青銅具有高的彈性極限、屈服極限和高的疲勞極限，其耐磨性、抗蝕性、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和焊接性均非常好。此外還具有無(wú)磁性、受沖擊時(shí)不產(chǎn)生火花等特點(diǎn)。 鈹青銅主要用于制造各種重要用途的彈簧、彈性元件、鐘表齒輪和航海羅盤儀器中的零件、防爆工具和電焊機(jī)電極等。鈹青銅主要缺點(diǎn)是價(jià)格太貴，生產(chǎn)過(guò)程中有毒，故應(yīng)用受到很大的限制。一般鈹青銅是在壓力加工之后固溶處理態(tài)供應(yīng)，機(jī)械制造廠使用時(shí)可不再進(jìn)行固溶處理而僅進(jìn)行時(shí)效即可。 銅及其合金 第 9章 有色金屬及其合金 白銅 以銅為基的 CuNi合金和 CuNiZn合金，稱為白銅。 銅和鎳都具有面心立方晶格，其電化學(xué)性質(zhì)和原子半徑也相差不大，故銅與鎳可無(wú)限互溶。所以各種銅 鎳合金均為單相組織。因此，這類合金不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，主要通過(guò)固溶強(qiáng)化和加工硬化來(lái)提高力學(xué)性能。工業(yè)用銅 鎳合金，根據(jù)其性能特點(diǎn)和用途不同分為耐蝕用白銅和電工用白銅兩類。 銅 鎳二元合金，稱為簡(jiǎn)單白銅或普通白銅，牌號(hào)用“ B”(“白”字漢語(yǔ)拼音第一個(gè)大寫字母 )加含鎳量表示。如 B5表示含鎳量為 5%。簡(jiǎn)單白銅，具有高的抗腐蝕疲勞性，也具有高的抗海水沖蝕性和抗有機(jī)酸的腐蝕性。另外，還具有優(yōu)良的冷、熱加工性能。常用的簡(jiǎn)單白銅有 B B19和 B30等牌號(hào)，廣泛用于制造在蒸汽、海水和淡水中工作的精密儀器、儀表零件和冷凝器、蒸餾器及熱交換器管等。 銅及其合金 第 9章 有色金屬及其合金 在銅 鎳二元合金的基礎(chǔ)上加入其他合金元素的銅基合金，稱為特殊白銅。牌號(hào)用“ B”加特殊合金元素的化學(xué)符號(hào)，符號(hào)后的數(shù)字分別表示鎳和特殊合金元素的百分含量。如 BMn3—l2表示含 wNi=3%和 wMn=12%的錳白銅。 鋅白銅：鋅在銅鎳合金中起固溶強(qiáng)化作用，還能提高耐蝕性。其中BZn15—20應(yīng)用最廣，有相當(dāng)好的耐蝕性和力學(xué)性能。另外，成本較低。呈美麗的銀白色。 錳白銅：組織為單相固溶體、塑性高，容易進(jìn)行冷