第十章铜合金

第十章铜合金 第一节工业纯铜第二节铜中的合金元素第三节黄铜第四节青铜第五节白铜

第一节工业纯铜 • 概述物理性能：紫红色光泽，密度8.9g/cm3，熔点1083℃，fcc结构，导电、导热性能良好，塑性好，耐蚀，强度低。应用：工业应用以纯铜为主。铜及铜合金的产品中，80%是以纯铜被加工成各种形状供应的。利用铜制造电线、导电零件、油管以及磁学仪器等。

性能（1）优异的物理化学性能：导电性、导热性好；耐蚀；无磁性；（2）良好的加工性能：塑性好，铸造性能好；（3）特殊机械性能：减摩性耐磨性好，高的弹性极限和疲劳极限； • 工业纯铜纯铜呈玫瑰红，俗称紫铜。主要有含氧铜和无氧铜两大类。

编号纯铜的编号：以“T+数字”表示，数字越大，杂质的含量越高，工业纯铜分为四种：T1、T2、T3、T4。 • 杂质元素铋或铅：容易与铜形成低熔点共晶，造成铜的热脆；铋或锑等：与铜的原子尺寸相差大，容易引起铋或锑在铜晶界处偏聚，产生强烈的晶界脆化倾向。氧元素：含氧铜在氢气还原时，易裂纹。

第二节铜合金中的合金元素 • 铜基固溶体工业纯铜不适于用作结构材料。为满足制作结构件要求，需对纯铜进行合金化，加入一些Zn、Al、Sn、Mn、 Ni等适宜的合金元素。产生显著的固溶强化效果，获得强度及塑性都能满足要求的铜合金。

溶质元素对铜基固溶体在室温临界分切应力的影响溶质元素对铜基固溶体在室温临界分切应力的影响 • 合金元素的固溶强化效果（见右图） • 合金元素的溶解度无限互溶元素：Ni、Au、γ-Mn等；有限溶解元素：除无限互溶元素外的大多数合金元素。注：当合金元素与铜原子尺寸差别很大时，溶解度一般较小，如Sn、As等。

溶质元素对铜导电性的影响 溶质元素对铜导热性的影响 • 合金元素对导电性、导热性的影响

图10-4 铜铍二元相图铜端 • 铜合金中的强化相 • γ2-CuBe相脱溶过程中产生弥散的γ//有序介稳相，它与基体完全共格（形成很强的共格应变场），沉淀强化效果显著。进一步时效，出现γ/相，合金强度最高。

图10-5 Cu- Ni2Si伪二元相图 • Ni2Si相相图特点：Ni2Si金属间化合物在铜基固溶体中的溶解度随温度下降而急剧降低。

NiAl2相 相图特点：NiAl2相溶解度随温度降低而减小。图10-6 铜镍铝三元相图1000℃（a）和400 ℃（b）等温截面

铜合金中的马 氏体型相变（自学部分）图10-67 铜钛合金相图铜端 • Cu3Ti相相图特点： Cu3Ti相溶解度随温度降低而显著下降。

第三节黄铜 普通黄铜：H(黄）+数字（铜的百分含量）属于Cu-Zn二元合金，如H68表示：Cu含量为68%的铜锌合金。低锌黄铜H95、H90、H85有良好的导电性、导热性和耐蚀性，有适宜的强度和良好的塑性，大量用于冷凝器和散热器。三七黄铜H70、H68强度较高、塑性很好，用于深冲零件，如散热器外壳、弹壳等。四六黄铜H62、H59可高温热加工，强度高，塑性较好，可制造导管、销钉等。

铜锌二元相图 • 铜锌二元相图分析锌在铜中的溶解度较大，但含量＞39％，会出现硬脆第二相β′。

黄铜的腐蚀与防止 • 黄铜的腐蚀分为电化学腐蚀（脱锌）和应力腐蚀。 • 脱锌：是指锌在中性盐溶液中发生选择性水解。可加入微量的砷W（As）＝0.02～0.06％加以防止。 • 应力腐蚀：冷变形后的黄铜在张应力、腐蚀介质NH3、SO2和湿空气的联合作用，发生腐蚀。 • 应力腐蚀的防止：1）去应力退火；2）表面镀锌或镉； 3）在黄铜中加入少量的Si和微量的砷可减小自裂倾向。

多元黄铜 在Cu-Zn二元合金的基础上，加入Sn、Si、Pb、Fe等合金元素，改善和提高其性能。牌号：H(黄）+主加元素符号（锌除外）+数字（铜含量）-数字（主加元素含量，其余为锌含量）如HPb59-1表示W(Pb)=1%,W(Cu)=59的铅黄铜。

多元黄铜分类 铝黄铜：利用铝的固溶强化，提高合金强度和硬度，同时氧化铝膜可防腐蚀，HAl77-2可制造海轮等，HAl85-0.5色泽金黄，耐蚀，可作为金的代用品。铜锌铝合金：这类合金具有形状记忆功能，相变温度范围宽（±100℃），可制造安全阀，控温装置，断路器等。锡黄铜：可提高耐蚀性，抑制脱锌，并提高强度，HSn70-1称为（海军黄铜）。

锡青铜 普通青铜以锡为主加元素,同时还常添加Zn、P、Pd等元素。它是人类历史上应用最早的合金，具有良好的耐蚀性、减磨性、抗磁性和低温韧性，但耐酸性差。第四节青铜除了以锌或镍为主加元素的铜合金外，其余铜合金外观多为棕绿色，通称为青铜。表示方法：Q(青）+主加元素符号+数字（主加元素含量）－数字（其他合金元素平均含量）

铜锡合金二元相图 • 相图分析 δ相：Cu31Sn28,复杂立方，硬而脆。

常用铝青铜： 低铝青铜：如QAl5、QAl7等，一般强度，塑性和耐蚀性较好，塑性加工后，主要用于制造高耐蚀弹性元件；高铝青铜：如QAl9-4、QAl10-4-4等，具有较高的强度、耐磨性、耐蚀性，主要用于制造齿轮、轴承、摩擦片、蜗轮、螺旋桨等。 • 铝青铜 • 铝青铜的性能：强度、硬度、耐磨性、耐热性、耐蚀性都高于黄铜和锡青铜，是无锡青铜中应用最广的一种。

铜铝二元相图 • 相图分析 γ2相：Cu9Al4，硬而脆。

铍青铜 铜合金性能最好的一种铜合金，唯一可固溶强化的铜合金；具有很高的强度、弹性、耐磨性、耐蚀性及耐低温性，良好的导电、导热性，无磁性、受冲击时不产生火花，还具有良好的冷、热加工和铸造性能；常用代号：QBe2、QBe1.9等；用途：用于制造重要的精密弹簧、膜片等弹性元件，高速、高温、高压下工作的轴承等耐磨零件，防爆工具等。

镍对合金性能的影响： 镍与铜可无限互溶，即形成无限固溶体，随着溶质原子的增加，合金的硬度、强度、电导率上升，而塑性、电阻温度系数下降。结构白铜具有优良的耐蚀性，适于冷热加工成形，B20合金是常用的镍币材料。第四节白铜以镍为主要合金元素的铜合金，外观为白色，故称为白铜。按用途可分为结构白铜和电工白铜。

电工白铜主要包括含康铜、考铜和B0.6白铜。其中康铜和考铜均含有一定量的Mn元素，具有高电阻、低电阻温度系数的特性。电工白铜主要包括含康铜、考铜和B0.6白铜。其中康铜和考铜均含有一定量的Mn元素，具有高电阻、低电阻温度系数的特性。

第十章 铜 合 金