9. 铜及铜合金.ppt

* * 9、 铜及铜合金 铜及其合金是人类最早使用、至今也是应用最广泛的金属材料之一,其最大特点是导电导热性好,耐蚀并具有较高的强度和优良的塑性、可焊接和冷热压力加工成形性,是电力、化工、航空、交通和矿山等领域不可缺少的贵重材料, 工业中广泛应用的铜和铜合金有工业纯铜、黄铜、青铜和白铜。 紫铜 工业纯铜 黄铜 （Cu-Zn-M） 青铜 （除Zn, Ni外，Cu-M） 锡青铜 （Cu-Sn-M） 特殊青铜（Cu-Al，Cu-Be，……） 白铜 （Cu-Ni） （一）纯铜 纯铜呈紫红色，故又称紫铜，具有面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性。 纯铜具有优良的导电性和导热性，在大气、淡水和冷凝水中有良好的耐蚀性，塑性好。 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。 根据O%和生产方法的不同，可分为三类: 韧铜：0.02%-0.10%O；T1，T2，T3，T4； T1、T2： 导电及高纯度铜合金用； T3、T4： 一般用铜材及铜合金. 无氧铜：0.003%； TU1，TU2: 主要用于电子真空仪器仪表中导体 脱氧铜：0.01%；TUP，TUMn； TUP 主要用于焊接用铜材，制作热交换器、排水管、 冷凝管等； TUMn 用于电子管用铜材 (二)工业纯铜的牌号及应用 铜合金常加元素为Zn、Sn、Al、Mn、Ni、Fe、Be、Ti、Zr、Cr等，既提高了强度，又保持了纯铜特性。 铜合金分为黄铜、青铜、白铜三大类。 （二）铜合金 合金元素的固溶强化效果 （见右图） 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。 合金元素对导电性、导热性的影响 溶质元素对铜导电性的影响 溶质元素对铜导热性的影响 1、黄铜 以锌为主要合金元素的铜合金称为黄铜。 黄铜按成分分为普通黄铜和特殊黄铜。 按工艺可分为加工黄铜和铸造黄铜。 黄铜的牌号及表示方法 铸造黄铜 Z+Cu+主加元素及含量 例如：ZCuZn38 普通黄铜 H+铜含量 例如：H62 复杂黄铜 H+主加元素+铜含量+主加合金元素含量 例如：HMn58-2 α固溶体：Cu3Zn 有两个变体α1和α2, α固溶体有良好的力学性能和冷热加工性,是常用的合金成分范围。 β相电子化合物：以CuZn为基础的固溶体,具有体心立方结构。 普通黄铜 普通黄铜的相组成 高温无序的β相的塑性好，而有序的β′相难以冷变形。故含β′相的黄铜只能采用热加工成型。 γ相电子化合物：Cu5Zn8为基的固溶体，硬且脆，难以塑性加工，故含γ相的合金无实用价值。 w(Zn)36%:α黄铜 铸态组织为单相树枝状晶; 形变及再结晶退火后:等轴α 相晶粒,具有退火孪晶。 w(Zn)=36~46%的合金为(α+β)黄铜。 黄铜的组织 (a) 单相黄铜 (b) 双相黄铜 ? 单相的α黄铜具有极好的塑性,能承受冷热塑性变形； 在200~700℃间存在低塑性区。 因素:一种是存在Cu9Zn和Cu3Zn有序固溶体,在中温时发生原子有序化,使合金塑性下降;另一种是含有微量低熔点的铋、锑、铅等杂质元素引起的晶界脆性。 普通黄铜的性能 (α+β)黄铜在加热到高于500 ℃时,低温有序的β′相转变成无序的β相, β相极软,但晶体结构为体心立方,原子扩散快晶粒易长大。一般锻造温度略低于(α+β)/ β相线,以保留少量α 相,阻碍相晶粒长大。 黄铜有良好的铸造性能,在大气、淡水中耐蚀,在海水中耐蚀性尚可。黄铜的腐蚀表现在脱锌和应力腐蚀。 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。 低锌黄铜H96、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强度高,塑性好,用于深冲或深拉制造形状复杂的零件,如散热器外壳、导管、波纹管以及枪弹