金属材料及热处理07有色金属材料篇.ppt

中南大学材料科学与工程学院 * * 1.1 铜及铜合金的主要特点与分类 1.2 紫铜 1.3 铜的合金化 1.4 黄铜 1.5 青铜 1.6 白铜 1.7 铜的热处理特点 第二节 铜及铜合金 1.1 铜及铜合金的主要特点与分类 铜及铜合金是最重要的有色金属材料之一，产量在有色金属的中居第二位。 1、特点 （1）纯铜有优良的导电、导热性，良好的抗蚀性，适当的强度和塑性（FCC结构）。 ——主要用于电力、电工以及各种仪器仪表材料。 （2）铜合金具有优异力学性能，如高的强度、弹性、抗蚀性、耐磨性等，以及其它特殊性能，如形状记忆等。 ——主要用于制造船舶、汽车、机器的机械结构、仪表、功能元件。 2、分类 铜及铜合金经不同合金化则呈现出不同的光泽和颜色，根据其颜色的不同，它们可分为四类： 紫铜——纯铜+少量杂质 黄铜——Zn+其它合金化元素 青铜——Sn、Al、或Be……+其它合金化元素 白铜——Ni+其它合金化元素 1、紫铜性质 （1）导电、导热性好 （2）化学稳定性好 ——表面产生氧化铜膜，有水分时，生成铜绿，均有一定的保护作用； （3）力学性能适当 ——比Al高，比Fe低。铸态 σb=170Mpa， δ=17%；加工退火软态 σb=200-240Mpa， δ=50%；加工硬化态 σb=400-500Mpa， δ=~6%。 2、牌号与用途 （1）纯铜（Tx，x↑，纯度↓）： T1、T2、T3（99.95%、99.90%、99.70%） （2）无氧铜（TUx，x↑，纯度↓） ：TU1、TU2（99.97%、99.95%） （3）磷脱氧铜（TPx，x↑，纯度↓）： TP1、TP2（99.90%、99.85%） ——紫铜主要用于电线、电缆、电气开关等 ——电器仪表等的垫圈、油管、冷凝管等有关零部件 ——配合金 ——TUx具有更高的导电性、导热性、可焊性，可用于电子管的封结，用于电真空器件等 1.2 紫铜 3、主要杂质及其影响 杂质分三类： （1）在铜中溶解度较大，有害影响较小的合金元素 ——Al、Fe、Ni、Sn、Cd、Zn、Au、Ag、As、P、Sb等， δ变化不大，σ、HB升高，导电导热性下降； （2）几乎不溶于Cu，并形成易熔（低熔点）共晶组织的杂质元素 ——Pb、 Bi等，Pb导致热脆，Bi则引起热、冷脆； （十万分之几的Bi使热加工困难，万分之几就明显易裂，Pb也一样） （产生原因：Cu通常在900℃热加工，Cu+Bi共晶点为270℃ ，Cu+ Pb的为327℃，且易沿晶界呈网状分布，在超过共晶点温度加工，过烧，而引起热脆。另外，Bi脆，冷加工时也会引起冷脆。 解决办法：i、降低Bi、Pb含量；ii、加RE、Zr、Ca等可生成高熔点化合物（BiCe、PbCe、BixZry、CaPb、BiCa等）的合金元素，晶内分布，降低脆性；iii、加Ti、B、Zr、Fe等，细晶，减少杂质在晶界处的相对含量。） Cu Bi或Pb 270 ℃或327℃ 99.8% 或99.7% Cu+Bi或Pb的伪共晶组织（或离异共晶） （3）与铜生成脆性化合物的杂质元素 ——S、O等，分别形成Cu2S、Cu2O，以及Cu+Cu2S、 Cu+Cu2O的共晶物（熔点高，不会引起热脆），分布在晶界处，易引起冷脆。 另外，O还降低Cu的耐蚀性和焊接性，甚至会引起“氢氧病”。 （氢氧病——O与H结合成H2O，Cu2O+[H]→Cu+H2O，引起晶界处产生气泡，而导致脆裂。因此，在还原性气氛中不可用。） Cu+Cu2O的伪共晶组织（或离异共晶） 可见，O对Cu是极其有害的杂质元素，根据氧含量和生产方法，紫铜可以分为如下三类： （1）纯铜（氧含量0.02-0.06%） （2）脱氧铜（氧含量小于0.01%） （3）无氧铜（氧含量小于0.003%） 无氧铜可以用于高温还原气氛中 1.3 铜的合金化与分类 像纯铝一样，铜通常需要加入合金元素合金化，使强度提高。 1、提高铜合金强度的强化机制 主要包括：加工硬化、细晶强化、固溶强化（主要的）、弥散强化 2、常见合金化元素 无限 无限 无限 0.7 1.0 1.7 2.75 2.8 Pt （铂） Pd （钯） Ni Cr Zr P Be （铍） Mg 3.0 Cd （镉） 4.0 Fe 4.6 Si 5.0 Co 7.4 Ti 8.0 As （砷） 8.0 Ag 9.4 Al 10.4 Sb（锑） 15.8 Sn 18.2 In （铟） 20.8 Ga （镓） 39.0 Zn 合金元素在铝中的极限固溶