金屬材料銅合金第一頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二一、銅及銅合金的主要特點人類最早認識和使用的金屬：新石器時代知道金和銅。青銅器。產量在有色金屬中占第二位，密度8.9g/cm3，屬重金屬。純銅具有優良導電、導熱性，fcc主體；較好的抗蝕性：耐海水和大氣腐蝕合金化：高強、高抗蝕性、高耐磨分類特殊：紫、黃、青、白第二頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二1.優良的導電、導熱性能在所有金屬中，Cu的導電性僅次于Ag,為100%IACS，高純銅甚至可到103%IACS.銅的導熱性是所有金屬中最好的，為430W/m.K。合金化會顯著提高強度，但會降低導電、導熱性能高強、高導銅的發展，如彌散強化銅導電、導熱是銅及其合金的最重要應用領域。W-Cu第三頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二2.銅是抗磁性金屬銅的抗磁性磁化率極低：銅及其合金在抗外磁環境得到廣泛應用，如儀表、羅盤、航空、航天、雷達。但含Fe、Mn、高Ni的銅合金除外。3.銅的摩擦系數很小。銅基合金耐磨性能優良，尤其是含Sn的多元銅合金，廣泛用于機械設備上的重要耐磨零件，如軸套、軸瓦、渦輪等。4.銅的耐蝕性很好銅的電極電位很高，高于氫。在許多介質中都是穩定的，大部分銅基合金在大氣和海水中具有很高的耐腐蝕性，在稀的非氧化氫氟酸、鹽酸、磷酸及醋酸溶液中也有很高的化學穩定性。第四頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二5.銅的塑性很高銅是fcc結構，無同素異構轉變，非常易于加工成形。經過強化后，特別是固溶強化效果好，可形成高強度、高韌性材料，制造高強度、高韌性、高導電、高導熱、高耐蝕零件6.銅有殺菌作用。銅在水等介質中，能釋放銅離子，抑制細菌和某些微生物的生長，廣泛應用于人類飲用水輸水管道、洗衣機內筒、船舶的重要部件，如螺旋槳等。7.銅及銅合金有各種色彩純銅呈紫色，合金化后呈金黃色或銀白色，色調古樸典雅，可用于錢幣和各類工藝美術品。第五頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二二、銅及銅合金分類最普通的分類法：六大類紫銅、高銅合金、黃銅、青銅、白銅、鋅白銅紫銅工業純銅，軟而韌，雜質含量<0.7%高銅合金含有少量Be、Zr、Cr、Fe，每一種合金元素含量不超過8mol%,這些元素改善Cu的一種或多種性質。黃銅Zn五種基本元素青銅Si、Sn、Al白銅、鋅白銅Ni第六頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二

銅合金五種基本元素類別合金元素固溶度(摩爾分數，20℃)，%黃銅Zn37錫青銅Sn9鋁青銅Al19硅青銅Si8白銅、鋅白銅Ni100第七頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二Cu含量不少于99.3wt.%Cu2O呈紫色，新鮮表面呈玫瑰紅牌號：GB5231-85

純銅：T1-T3(99.95,99.90,99.70)用于導電、導熱無氧銅：Tu1(99.97),Tu2(99.95)用于電真空器件磷脫氧銅：Tp1(99.90),Tp2(99.85)殘留脫氧劑，只能做結構材料特種銅:砷銅、銀銅、碲銅和彌散銅等，用于導電結構件性質：導電、導熱性（僅次于銀）化學穩定性好（堿式化合物）力學性能（σb=170-500MPa，鑄態延伸率17%、退火50%、硬態6%）1.紫銅第八頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二溶解度較大但對銅影響較少的雜質：

Al、Fe、Ni、Sn、Cd、Zn、Au、Ag、As、P、Sb等硬度升高，電導率降低固溶度很低，易形成共晶的雜質：Pb、Bi等銅一般在900OC以上熱加工或冷加工

Pb引起熱脆，Bi引起熱脆、冷脆加入稀土、Zr、Ca等可生成高熔點化合物且在晶內分布降低脆性生成脆性化合物的雜質：O,S等

O,S均降低冷加工的性能和力學性能三大類雜質氫病：還原性氣氛，氫滲入晶界生成水蒸氣

Cu2O+(H)=Cu+H2O第九頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二2.黃銅黃銅是以鋅為主要添加元素的銅合金，含有或不含有少量的其他元素。只含鋅的銅-鋅二元合金稱為普通黃銅或簡單黃銅，除鋅以外還含有其他添加元素的銅合金稱為復雜黃銅或特殊黃銅。黃銅的銅質量分數一般為55％～96％，以字母H表示。第十頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二黃銅具有良好的力學性能、耐蝕性、導電性、導熱性和加工工藝性，價格低，色澤美，是應用最廣、最經濟的結構用銅合金。高鋅黃銅在冷作硬化狀態下有應力腐蝕傾向(季裂)，應注意消除應力退火。脫鋅腐蝕是高鋅黃銅的另一個突出問題，可選用低鋅黃銅或在黃銅中加入微量As、Sn、P、sb等元素抑制合金脫鋅。在含微量氧的氮氣中退火，生成氧化物薄膜，也可抑制脫鋅，獲得較好的表面質量。第十一頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二3.青銅青銅是以除鋅和鎳以外的其他元素為主要添加元素的銅合金，通常以銅以外的第一主元素名稱命名青銅的類別。青銅品種繁多，其中以錫青銅、鋁青銅、鈹青銅應用較廣；還有硅青銅、錳青銅、鈦青銅、鉻青銅及鋯青銅等。青銅以字母Q表示。具有比黃銅高的力學性能，良好的耐蝕性、耐磨性、耐熱性，高的彈性，且加工成形性能好，鑄件體積收縮率小。主要用于承力的耐蝕、耐磨零件、彈性元件等。第十二頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二4.白銅

白銅是以鎳為主要添加元素的銅合金，含有或不含有一定量的其他元素。只含Ni的銅一鎳二元合金稱為普通白銅，除Nj以外還含有其他添加元素的銅合金成為復雜白銅。通常分為結構白銅和電工白銅(錳白銅)，以字母B表示。對于銅．鎳系合金，當Nj在10％以下時呈赤銅色，隨Ni含量的增加赤銅色急劇減弱。Ni的質量分數達到20％時變為白色，因此有“白銅”之稱。白銅的突出特點是在腐蝕性介質中有極高的化學穩定性，并具有高的力學性能，高的耐熱性耐寒性，足夠的加工成形性。結構白銅主要用于在高溫強腐蝕介質中工作的零件；電工白銅主要用于電阻元件、熱電偶及其他精密電測儀器零件。第十三頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二我國加工銅及銅合金牌號中國國家標準(GB／T340--1976)規定，加工銅及銅合金的牌號命名以“銅的種類代號、化學符號后的元素含量或順序號”表示，其中，銅的種類代號取第一個漢字漢語拼音的第一個大寫字母，“T”代表純銅，“H”代表黃銅,“Q”代表青銅，“B”代表白銅第十四頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二分類牌號組成

示例純銅T+順序號①例如：Tl、T3純銅(添加其他元素)T+添加元素化學符號+順序號①或添加元素含量②例如：TP2、TAg0.1無氧銅TU+順序號①例如：TUl、TU2普通黃銅(二元)H+銅含量例如：H90、H65復雜黃銅(三元以上)H+第二主添加元素化學符號+除鋅以外的元素含量(數字間以“-”隔開)例如：HPb89-2、HFe58-1-1、HMn62-3-3-0.7青銅Q+第一主添加元素化學符號+除銅以外的元素含量(數字間以“-”隔開)例如：QAl5、QSn6.5-0.1、QAl10-4-4普通白銅(二元)B+鎳(含鈷)含量例如：B5、B30復雜白銅(三元以上)B+第二主添加元素符號+除銅以外的元素含量(數字闖以“-”隔開)例如：BZnl5-20、BAl6-1.5、BFe30-1-1①銅含量隨著順序號的增加而降低。②元素含量為名義百分含量(以下同)第十五頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二三、銅的合金化原理按銅合金固有強化途徑：可分為固溶合金、變性固溶合金、時效強化合金

(1)固溶合金最適合于能與銅形成固溶相的元素，包括Zn、Sn、Ni、Al、Fe、Ag以及錳。在這些合金體系中硬化作用大，足以達到實用目的，而不會遇到由第二相或化合物帶來的脆性。彈殼黃銅是典型的固溶合金。彈殼黃銅含30％Zn，由于偏析偶爾有少量β相出現，但β相通常在第一次退火后就消失。強度高、可成形性好。因為固溶強化合金是單相，加熱或冷卻過程中均不發生相變，可以冷加工硬化提高強度。第十六頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二(2)變性固溶合金（彌散強化合金）添加元素可反應形成金屬間化合物彌散顆粒，此彌散過程有晶粒細化和強化作用，故可產生更高的強度。因為這種變性處理不需要大量的昂貴元素，所以收效是相當經濟的。95Cu-2.8A1-1.8Si-0.4Co合金是一種變性固溶高強度合金，其退火抗拉強度為570MPa，冷軋狀態的抗拉強度為660～900MPa，鈷便是這種能形成金屬間化合物彌散強化的元素。第十七頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二3)時效硬化合金時效硬化可產生很高的強度，但是只局限于合金元素的溶解度隨溫度降低而急劇減小的少數幾種銅合金，鈹-銅就是這種時效硬化銅合金的典型代表。含1.6％-2.0％Be和約0.25％Co(質量分數)的鈹青銅，常常叫做“金色合金”。因為其中有大量的鈹(摩爾分數約12％)存在，故放出耀眼的光環。其經冷加工時效后的屈服強度大于l380MPa，電導率的范圍視冷加工量和熱處理工藝的不同而在20％～30％IACS之間。其他時效硬化合金包括：鋯-銅、鉻-銅、銅-鐵-磷、銅-鎳-硅等。銅-鎳-錫合金也屬時效強化型合金，其靠調幅分解作用得到硬化。靠冷加工與熱加工相結合，這些合金可以達到與硬化鈹-銅相等的高強度。獨有的加工各向同性。第十八頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二(4)其他合金某些鋁青銅，尤其是含鋁量大于9％的鋁青銅，可以在臨界溫度以上淬火以得到硬化，此硬化過程屬馬氏體型過程。類似于鐵-碳合金淬火時發生的馬氏體型硬化，淬火后進行回火韌化或用間斷式淬火代替標準式淬火還可進一步改善鋁青銅性能。加入鎳或鋅的鋁青銅，利用可逆馬氏體相變還可產生形狀記憶效應。第十九頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二(5)不溶性合金元素為了提高機加工性能，把鉛、碲和硒添加到銅和銅合金中。碲和硒以及鉍，使合金的熱軋和熱成形困難，并嚴重影響冷加工性能。高鋅黃銅在高溫下完全變成β相。β相可以溶解鉛，因而避免在熱鍛或熱擠壓溫度下生成液態晶界相。大多數易切削黃銅棒材是用β相擠壓法生產的。第二十頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二四、各類銅合金簡介(一)、高導電高導熱銅及銅合金(二)、高強導電銅合金(三)、結構黃銅(四)、高彈性銅合金(五)、高強度熱穩定銅合金(六)、耐磨銅合金(七)、耐蝕銅合金(八)、藝術銅合金和形狀記憶合金第二十一頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二(一)、高導電高導熱銅及銅合金1.普通純銅2.磷脫氧銅3.無氧銅4.彌散強化無氧銅5.電解銅箔第二十二頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二1.普通純銅高導電用普通純銅是銅的質量分數不低于99．7％，雜質量極少的含氧銅，工業最常用的牌號是Tl、T2和T3。外觀呈紫紅色，故又稱為紫銅，其再結晶溫度為200～280℃。

T1和T2是陰極重熔銅，含微量氧和雜質，具有高的導電、導熱性，良好的耐腐蝕性和加工性能，可以熔焊和釬焊。主要用作導電、導熱和耐腐蝕元器件，如電線、電纜、導電螺釘、殼體和各種導管等，航空工業多使用T2。T3是火法精煉銅，含氧和雜質較多，具有較好的導電、導熱、耐腐蝕性和加工性能，可以熔焊和釬焊。主要作為結構材料使用，如制作電器開關、墊圈、鉚釘、管嘴和各種導管等；也用于不太重要的導電元件。第二十三頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二T1、T2、T3在含氫的還原介質中易產生氫脆，俗稱“氫病”，故不宜在高溫(>370℃)還原介質中進行加工(退火、焊接等)和使用；在低溫(至-250℃)下，其強度將會提高。退火溫度380-650℃，熱加工溫度800-900℃（棒材）抗拉強度：Y態294MPa；M態200MPa

延伸率：5%35%第二十四頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二2.磷脫氧銅磷脫氧銅是以元素磷精煉并殘留微量磷的銅。強烈降低銅的導電性，通常作為結構材料使用。一般條件下無“氫脆性”，可以在還原性氣氛條件下加工和使用，但不宜在高溫氧化條件下加工和使用。磷在銅中的最大溶解度(714℃

共晶溫度時)為1.75%，200℃時為0.4％，室溫時幾乎為零。磷能提高銅熔體的流動性，對銅的力學性能尤其是焊接性能有良好的影響。磷脫氧銅具有良好的導熱、耐蝕性和優良的加工性，易于承受精沖、拉伸、鐓鉚、擠壓、纏繞、深沖、熱鍛和焊接等加工。該合金主要用做各種供油、供水的管道，深沖和焊接件等。第二十五頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二3.無氧銅1號、2號無氧銅TUl、TU2是含氧量極少的銅，具有純度高、導電、導熱性高的特點，無“氫病”或極少“氫病”。含磷量(質量分數)極低(如P<0.0008％或P≥0.0003％的無氧銅，與玻璃封結性好，加工性能、焊接性、耐蝕性、耐寒性均好。如果含磷量不符合上述條件，經涂硼氧化處理后，所生氧化膜極易剝落，會引起電子管漏氣。無氧銅主要用于電真空儀器儀表用零件，包括匯流排、導電條、波導管、同軸電纜、真空密封件、真空管、晶體管的部件等。第二十六頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二4.彌散強化無氧銅具有優良綜合物理性能和力學性能的新型功能結構材料，兼具高強高導性能和良好的抗高溫軟化能力，理想狀態時可以滿足電導率>90％IACS，強度超過500MPa。彌散強化相粒子多為熔點高、高溫穩定性好、硬度高的氧化物、硼化物、氮化物、碳化物。彌散相粒子以納米級尺寸均勻彌散分布于銅基體內，在接近銅基體熔點的高溫下也不會溶解或粗化，因此可以有效阻礙位錯運動和晶界滑移，提高合金的室溫和高溫強度，同時又不明顯降低合金的導電性，并且具有較高的耐磨耐蝕性能。第二十七頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二彌散強化無氧銅的出現不僅豐富了銅合金的種類，而且擴大了了其使用的溫度范圍，已被廣泛應用于電阻焊電極、大規模集成電路引線框架、燈絲引線、電觸頭材料、大功率微波管結構材料、連鑄機結晶器、直升機啟動馬達的整流子及浸入式燃料泵的整流子、核聚變系統中的等離子體部件、燃燒室襯套、先進飛行器的機翼或葉片前緣、電真空器件中前相波放大器、行波管、空調管、磁控管等。目前，彌散強化無氧銅主要以Al2O3為強化相粒子，合金牌號根據ASTM(美國)有C15710，C15720，C15735．C15715，C15760第二十八頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二5.電解銅箔電子、電信、儀表、機械等部門用量很大。我國的銅箔需要量每年7000～9000t。銅箔生產方式主要有兩種：一種是采用帶坯進一步的高精度軋制，可以生產黃銅箔、青銅箔、鈹青銅箔、白銅箔等品種；另一種是采用輥式方法連續電解，產品僅限于純銅箔。電解銅箔是覆銅箔層壓板(CCL)及印刷電路板(PCB)制造的重要材料。在當今電子信息產業高速發展中，電解銅箔被稱為電子產品信號與電力傳輸、溝通的“神經網絡”。電解銅箔的生產已有數十年的歷史，現在最寬箔可生產1～2.5m，厚度可到0.005mm，主要用于印刷電路板上，其中0.035mm厚的銅箔用量占95％，0.018rain以下的占5％。電解銅箔的生產工藝主要由兩部分組成，即制成滿足寬度和厚度要求的卷狀銅箔工序和表面處理工序。第二十九頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二(二)、高強導電銅合金1鉻青銅2鋯青銅3鉻鋯青銅4鐵青銅5鎳硅青銅6鎘青銅7鎂青銅8Cu-Ag-Zr合金9鈷鉻硅青銅第三十頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二1鉻青銅鉻青銅是含0.4％～1.1％Cr(質量分數)的高銅合金。Cu．Cr二元系相圖富銅角為共晶型。共晶溫度1072℃，鉻在銅中的最大固溶度為0.65％。隨溫度的降低，固溶度急劇下降，固溶后時效處理析出Cr粒子相鉻青銅可以通過淬火-時效或淬火-冷變形-時效處理獲得強化。鉻一方面明顯提高合金的再結晶溫度和熱強性，時效態鉻青銅的軟化溫度為400℃，是冷加工銅的二倍；另一方面使銅的導電性略有下降，固溶處理的鉻青銅電導率為45％IACS，時效處理后上升到80％IACS。可在鑄造狀態和變形狀態下使用。固溶溫度980-1000℃，時效420-500℃/2-4h熱加工溫度800-925℃抗拉530MPa；屈服450MPa;延伸率16%290℃抗拉352MPa；屈服186MPa

延伸率4.2%第三十一頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二2鋯青銅

鋯青銅是含0.15％～0.30％(質量分數)鋯的高銅合金。Cu-zr二元系相圖富銅角是共晶型，在共晶溫度965℃下，鋯在銅中的最大固溶度為0.15％，隨溫度的降低，鋯在銅中的固溶度急劇減少。時效過程中，從固溶體中析出微細的β相質點(Cu5Zr或Cu3Zr)，產生沉淀硬化效果。鋯的加入使銅的導電性略有下降，時效態合金的電導率為90％IACS。鋯大大提高合金再結晶溫度和熱強性，其耐熱性優于鉻青銅。第三十二頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二此外，砷可把Cu—Zr合金的共晶溫度提高到1000-l020℃，增加鋯在此溫度時的溶解度但降低它在低溫下的溶解度。As還可與Zr形成Zr-As化合物，細化鋯青銅的晶粒，抑制合金在加熱時的晶粒長大。銻、錫、鉛、硫、鐵、鉍、鎳等都是鋯青銅的有害雜質，不應超出標準規定的極限值。國產鋯青銅的牌號有QZr0.2和QZr0.4。第三十三頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二3鉻鋯青銅在鉻青銅中添加少量的鋯，形成化合物Cu3Zr，高溫下Cu3Zr為密集六方晶格，低溫時為面心立方晶格，在銅中的溶解度隨著溫度的降低而明顯減少。Cu-Cr-Zr合金由于Cr、Zr含量的不同，可從固溶體中單獨析出Cu2Zr或同時析出Cu3Zr和Cu2Zr，起析出強化作用，鋯的加入使鉻青銅合金的強度、硬度、耐熱性提高，對合金電導率的影響不大。Al與Mg可作為鉻鋯青銅的合金元素，它們可在Cu-Cr-Zr合金表面形成一層薄的、致密的與基體金屬結合牢靠的氧化物膜，提高合金的高溫抗氧化性能與耐熱性，Al與Mg在合金中含量通常不大于0.3％。國產鉻鋯銅牌號為QCr0.5-0.2-0.1第三十四頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二4鐵青銅Cu-Fe二元系富銅角為包晶型，1094℃包晶溫度下，鐵在銅中的溶解度均為4％，600℃時下降到0.15％。Fe有細化晶粒作用，抑制銅的再結晶過程和提高銅的強度，但降低銅的塑性。鐵顯著降低銅的電導率與熱導率，時效后合金電導率約為70％IACS。Fe以獨立形式存在于銅中，使銅呈鐵磁性，磁化率為1.1×10-6。鐵青銅除主要合金元素Fe外，還添加少量有P、Co、Sn、Zn、Mg。國產鐵青銅牌號有QFe1.0,QFe2.5。廣泛用于成形性能好、強度和導電率高的材料，如電氣、電子接插件，斷路器元件，保險絲夾，電纜屏蔽，引線框架。第三十五頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二5鎳硅青銅鎳硅青銅是Cu-Ni-Si三元系為基的合金，還含有0.1％～0.3％的Zn。Ni和Si形成化合物Ni2Si，Cu-Ni2Si偽二元相圖富銅角為共晶型，960℃共晶溫度下，Ni2Si在銅中的溶解度約為8.5％，室溫時下降到0.5％。鎳硅青銅是典型的時效強化型合金。鎳硅青銅是一種新型大功率集成電路引線框架材料。第三十六頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二6鎘青銅鎘青銅是含有0.8％～1.3％Cd高銅合金。高溫時鎘與銅形成固溶體，隨溫度的降低，鎘在銅中的固溶度急劇下降，在300℃以下為0.5％，并析出β相(Cu2Cd)。由于鎘的含量低，析出相質點強化效果很弱，合金不能通過熱處理時效硬化，只能采用冷變形加工獲得強化。鎘的加入，使銅的電導率略有下降，但其強度、再結晶溫度和抗高溫軟化能力明顯提高。合金的耐熱性不如鉻青銅和鋯青銅好，一般在300℃以下工作。鎘是一種對人體有害的元素，在熔煉時應注意防護其氣對人的危害。國產鎘青銅的牌號有QCdl，第三十七頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二7鎂青銅鎂青銅是銅-鎂系二元合金。鎂在銅中的溶解度隨溫度下降而減少，在共晶溫度722℃下的極限溶解度為3.3％。含2.5％～3.5％Mg的銅合金可通過相(MgCu2)的沉淀而產生時效強化，但相是一種既脆又硬的相，合金的加工成形性能隨著相的增加而急劇下降。因此，有實際應用意義的Cu-Mg合金的鎂含量不大于1％，這類合金只能用加工硬化來提高強度。第三十八頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二元素Mg的加人使銅的導電性略有降低，熱傳導性，耐熱性能則優于鎘青銅，并有一定的抗扭轉性和抗腐蝕性。微量鎂加入還有一定的脫氧作用，對銅的高溫抗氧化性也有益。鎂青銅冷、熱加工性能較好，產品一般以線材供應。用做電纜及其他導電材料，在許多方面可以代替鎘青銅。國產鎂青銅的牌號有QMg0.8。第三十九頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二8Cu-Ag-Zr合金779℃共晶溫度下，Ag在Cu中的溶解度為7.9％，隨溫度降低，Ag在Cu中的溶解度顯著下降，300℃時0.2％，室溫下只有0.1％，965℃下Zr在Cu中最大溶解度為0.11％～0.13％，500℃時下降低到0.01％Cu-Ag-Zr合金可通過固溶一時效處理得到強化，析出相為Ag和Cu3Zr相。Ag的加入稍許降低銅的導熱性，但顯著提高銅的再結晶溫度、蠕變強度和抗高溫熱低周疲勞性能。Cu-Ag-Zr合金是航天飛行的液體火箭發動機燃燒室內壁理想的高強導熱材料。國產銀鋯青銅牌號為QAg3-0.5第四十頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二9鈷鉻硅青銅鈷鉻硅青銅，為了改善合金的熱鍛性能還加入微量Nb。固溶后時效處理，抗高溫軟化溫度為550～620℃。合金的相組織結構為Cu固溶體，Co2Si相和Cr3Co5Si2相。Co2Si能與銅形成固溶體，其固溶度隨溫度下降而急劇減少。Cu-Co-Cr-Sii合金除具有Cu-Cr和Cu-Co-Si合金的相成分和性能特征外，還可能生成新的相，且各元素及相之間會產生交互作用，這些都會影響合金的最終性能。合金的強度高，有高的耐熱性，是制造要求高溫抗軟化性良好的導電結構材料。國產Cu-Co-Cr-Si合金的商業代號為航空DJl00，為改善合金鍛造性能添加某些微量元素的材料代號為航空DJ101第四十一頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二(三)結構黃銅1.普通黃銅2.鉛黃銅3.錫黃銅4.鐵黃銅5.鋁黃銅6.錳黃銅7.硅黃銅8.鎳黃銅第四十二頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二加入Zn元素后呈金黃色，一般為不可熱處理強化合金。普通黃銅：HX:X為含銅量，H68含銅68wt%.鑄造黃銅：ZH68鑄造黃銅與變形黃銅可能為同一種，因為多為包晶系。基本相為面心立方的固溶體，還有、、ε，其中還有無序體心立方→'有序轉變，'相硬脆1.普通黃銅第四十三頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二工業黃銅一般為H96—H59H96—H65為黃銅，不宜深沖H63---H59為+黃銅，結晶時為相，為冷卻析出物在室溫下，固溶體的塑性比好，強度〉；高溫相反。因此，兩相黃銅熱塑性好，黃銅冷加工較方便。熱加工時應避免在200-700OC的脆性區。在區，雖Zn含量增加，塑性與強度均增加，故黃銅的強度、塑性均優于紫銅；工藝性好；抗蝕（ZnO膜）、價格低各種零件、日用品、管道散熱器、工藝品、炮彈（筒）第四十四頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二黃銅腐蝕方面的兩個特征問題：季裂：冷拔棒或管材（有拉應力存在），在潮濕大氣、含氨大氣及汞鹽溶液中易發生自動破裂現象。原因：Zn在應力作用下選擇性溶解。防止：270OC退火；鍍Sn或其它表面鍍層脫Zn腐蝕：在腐蝕介質中，Zn溶解（電極電位低于銅），銅呈多孔狀殘留在黃銅表面。防止：加入Al、Sn、Ni、Si、As、Sb、Be等，As作用最明顯第四十五頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二特殊黃銅或復雜黃銅在二元系中加入第三組元構成復雜黃銅，以改善性能。HNi65-5HFe59-1-1HMn58-2,HMn57-3-1HSi80-3鋅當量：第三組元加入后，可溶于或，或以第三相形式出現。但可用與相的相對含量的增加與減小來分析組元的影響。一般加入1%第三組元相當于加鋅的量造成對組織同樣的影響來表示。Si當量為10，則加1%Si相當于加入10%Zn（縮小了相區）。若當量為負值，相當于增大了相區。第四十六頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二2.鉛黃銅鉛幾乎不固溶于銅一鋅合金中，而存在于固溶體的晶界處。經過壓力加工，鉛以游離的質點分布在固溶體內。游離的鉛質點具有潤滑和減摩的特性，鉛黃銅都具有極高的切削性能，切屑易碎，工件表面光潔，適宜于自動高速車床加工零件。鉛含量超過3％，不但不改善合金的切削性能，反而由于鉛質點性軟、熔點低，會大大降低合金的綜合性能。第四十七頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二在單相a黃銅中有不溶鉛質點而不宜熱軋，但雙相黃銅依靠相變重結晶(-β)，可使鉛分布于晶粒內部而不是在邊界上。因而在熱變形時的重熔已不再那么危險。鉛對人體有害。鉛黃銅在熔鑄和切削加工中，鉛蒸氣和粉塵對環境和人身的危害越來越引起人們的重視。含碲無鉛易切削黃銅已經投入商業應用。第四十八頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二3.錫黃銅錫在飽和的固溶體中的溶解度很小，但當鋅含量增加出現β相時，錫的溶解度會增加。少量錫能提高黃銅的強度和硬度，但超過1.5％后反而會降低黃銅的性能。錫的另一個重要作用是抑制黃銅脫鋅，提高黃銅的耐蝕性能。錫黃銅在海水中的耐蝕性很好，故有“海軍黃銅”之稱。向HSn70-1添加0.02％～0.05％的砷和或0.01％的硼可進一步提高錫黃銅的耐蝕性。第四十九頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二4.鐵黃銅

鐵在黃銅中的固溶度極低，超過其溶解度的鐵以富鐵相(-Fe)粒子存在，常作為“人工晶核”，既能細化鑄造組織，又能抑制黃銅再結晶時的晶粒長大，獲得細晶組織，從而大大提高黃銅的力學性能和工藝性能。鐵與錳、錫、鋁、鎳等元素配合使用，可以使黃銅具有更高的強度和硬度，并可改善其在大氣和海水中的耐蝕性。黃銅中的鐵和硅會形成高硬度(950Hv)的硅化鐵粒子，惡化切削性能。黃銅的鐵含量一般不超過1.5％，否則會造成富鐵相偏析，破壞黃銅的耐蝕性，而且會影響電鍍層表面質量。第五十頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二5.鋁黃銅和其他合金元素相比，鋁能最顯著地提高黃銅的強度和耐蝕性能。在黃銅中加入鋁，會使相區明顯地移向銅角。當鋁含量高時會出現硬而脆的相，提高合金的強度和硬度。同時大幅度降低其塑性。在鋁黃銅中，鋁的表面離子化傾向比鋅的大，優先形成致密而堅硬的氧化鋁膜，可以防止合金的進一步氧化。向鋁黃銅中加入Sn、Sb、Bi、Te、Si、Ni等元素都可以進一步提高其耐蝕性。工業上變形鋁黃銅的鋁含量一般不超過4％.第五十一頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二6.錳黃銅對黃銅而言，錳的加入對其相區的影響極其微弱。因此，錳基本上不改變黃銅的組織，Mn通過固溶強化使黃銅的強度和硬度提高，并大幅度提升其對海水、氯化物和過熱蒸汽的耐蝕性。錳黃銅有相當好的冷、熱加工性能，被廣泛使用于艦船和海洋工程。也作為耐磨材料用于高壓泵摩擦副和汽車同步齒環。第五十二頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二7.硅黃銅硅的鋅當量系數高達10。在黃銅中加入硅會顯著地縮小a相區。增加硅含量到4％會出現新的具有密排六方結構的k相，它在高溫下有足夠的塑性，在545℃時通過共析分解轉變為+β。硅黃銅的硅含量通常在4％以內。常用的牌號為HSi80-3，其組織為+β

。硅黃銅的高低溫力學性能令人滿意，在大氣和海水條件下耐蝕性強，可以焊接。因此，硅黃銅被用做船舶零件、蒸汽管和水道管件。硅黃銅的鑄造和壓力加工性能良好，但Al、As、Sb、P、Pb等都是硅黃銅中有害雜質，應當加以控制。第五十三頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二8.鎳黃銅鎳和許多合金元素(如鋁、錳、錫和硅等)不同，能明顯地擴大相區域的范圍，因而能用加鎳的辦法使某些兩相黃銅轉變為晶粒細小的單相黃銅，從而改善黃銅的工藝性能和力學性能。典型的鎳黃銅是HNi65-5，它具有很高的力學性能、耐蝕性和工藝性能，能極好地在冷、熱狀態下進行壓力加工。某些雜質如鉛、銻、鉍等會嚴重影響其熱加工性，應嚴格控制，鉛應小于0.01％，銻和鉍應小于0.005％。鎳黃銅HNi65-5可以加工成板、帶、管、棒、線材，用于制造低壓壓力計管、紙漿銅網、船用冷凝器管和其他工業部門的零件。第五十四頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二(四)高彈性銅合金1.鈹青銅加工材2.鑄造鈹青銅3.錫磷青銅4.硅青銅5.銅鎳錫與銅鎳鋁合金6.鈦青銅第五十五頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二1.鈹青銅加工材QBe0.6-2.5,QBe0.3-1.5等，Be在銅中的固溶度隨溫度變化大，有強烈的時效強化效果強度可達1250-1500MPa，在銅合金中最高彈性模量高、耐疲勞、耐磨，但有毒高回彈性---接插件觸點彈簧等晶間腐蝕傾向小，但在潮濕氨和空氣作用下易應力腐蝕合金元素：Ni,Co固溶處理：高強的760-800℃,高電導的900-955℃時效過程：SS→GP→″→'時效溫度：高強的260-400℃，高電導的425-565℃第五十六頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二2.鑄造鈹青銅鑄造鈹青銅按鈹含量可分為高鈹青銅和低鈹青銅兩類:低鈹青銅亦稱低合金化的高銅合金，僅有0.3％～0.8％的Be和2～6％Co或Ni，為了提高熱強性，有的合金中還添加少量的Cr。鑄造高鈹青銅中含有1.7％～2.8％的Be和少量的Co或Ni、Si；鈹在熔煉、鑄造及熱加工熱處理工藝過程中會產生有害人體健康的不利因素，要做好防護工作，預防不利因素。第五十七頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二2.鑄造鈹青銅用于要求強度高、耐腐蝕、耐磨損、高導電和高導熱的零部件。如繼電器開關、連鑄機的結晶器、水冷模、壓鑄機的活塞頭、船舶和化工結構件，如螺旋漿、葉片、泵零件等。用于高強度耐磨零件，如塑料成形模具、壓鑄機零件、凸輪、襯套軸承、閥、安全工具。第五十八頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二3.錫磷青銅(簡稱磷青銅)磷能提高錫青銅的工藝性能與力學性能，錫磷青銅廣泛用作彈性材料。加工錫磷青銅的磷含量不超過0.45％，因為磷含量大于0.5％時在637℃左右會發生共晶一包晶反應L+—β+Cu3P，引起熱脆。合金的磷含量大于0.3％時，組織中會出現銅與銅的磷化物(Cu3P)組成的共晶體。磷是銅合金的有效脫氧劑，元素磷的加入，能提高合金的強度、硬度、彈性極限、彈性模量和疲勞強度，改善耐蝕性能和鑄造時的流動性。第五十九頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二3.錫磷青銅(簡稱磷青銅)缺點是加大鑄錠的反偏析。材料冷加工前的晶粒尺寸和加工后的低溫退火(180-300℃)對錫磷青銅的力學性能有較大的影響。晶粒細小時，材料的強度、硬度、彈性模量、疲勞強度都比粗晶粒材料的高，但塑性卻稍低一些。冷加工錫磷青銅在200—260℃退火1～2h后，其強度、塑性、彈性極限與彈性模量均有所提高，彈性穩定性也能得到改善。第六十頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二4.硅青銅硅青銅是一類含有Si、Mn、Ni等合金元素的銅合金，Si量量一般不超過3.5％。雜質元素有As、sb、Sn、A1、Pb和P等。Fe和Zn是雜質元素，但有時作合金元素加入。適量Mn對硅青銅的力學性能、耐蝕性能與工藝性能有益。Cu-Si合金于555℃發生共析轉變β—+，但在生產的非平衡結晶條件下，共析轉變實際上很難發生，因而β

相可保留到室溫。硅青銅幾乎沒有沉淀硬化效果，但力學性能比錫青銅的高．成本也稍低一些，可作為后者的代用材料，其中作為高彈性用途的主要是QSi3-1合金。1%Mn第六十一頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二5.銅鎳錫與銅鎳鋁合金銅鎳錫與銅鎳鋁是以銅-鎳合金為基礎分別加入第三元素錫、鋁的白銅，具有優良的耐蝕性和中等以上的強度，彈性好，易于熱、冷壓力加工，易于焊接，被廣泛用于制造耐蝕的結構件和彈簧、插接件等。銅與鎳能形成無限互溶的連續固溶體(面心立方晶格)，固態合金在322℃以下的溫度范圍內，存在一個產生亞穩分解的較寬成分一溫度區域，添加錫、鋁到銅．鎳合金之后，將改變亞穩分解的成分一溫度區域的大小和位置，并可借亞穩分解來改善性能。第六十二頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二5.銅鎳錫與銅鎳鋁合金錫在銅鎳合金固溶體中的溶解度不大，且隨著溫度的下降而減小。在含錫量超過固溶度的銅鎳錫合金中，會出現一種新的θ相，它是一種可溶解銅原子的Ni3Sn化合物，即(Cu、Ni)3Sn。銅鎳錫合金可因θ相的沉淀而產生明顯的強化效應，這類合金經冷加工后再時效，可獲得很高的強度、硬度及優良的彈性性能，同時又有較好的抗氧化性和耐蝕性，易于焊接等優點。Cu-15Ni-8Sn合金是Spinodal調幅分解型高強度導電彈性合金，具有高溫抗松弛特性，且無污染，是替代經典Cu-Be彈性合金的理想材料。第六十三頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二6.鈦青銅工業鈦青銅還含有一定的Fe、Sn、Cr、Al等元素。這類材料具有高的強度、硬度、彈性極限和優良的耐磨性、耐疲勞性、耐熱性及耐蝕性，冷熱態加工性好，易釬焊和電鍍，無磁性，沖擊時不生火花，導電性僅次于鈹青銅，可用于制造高強度、高彈性、高耐磨性的零件。銅-鈦合金中添加>0.35％Sn，在組織中形成第二相TiSn。該相的數量隨合金中含鈦量和含錫量的增加而增多。錫在Cu-1.6%Ti-2.5%Sn合金中的固溶度隨著溫度的降低而明顯減少，并可借TiSn相的析出而導致合金硬化。Cu-1.6％Ti-2.5％Sn合金具有最佳沉淀硬化效果，加工性能好，900℃淬火后不經中間退火也可冷加工90％。冷加工后400℃時效具有最高的強度，其電導率在30％以上，是一種良好的高強度、中等電導率的材料。第六十四頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二(五)高強度熱穩定銅合金1.鋁青銅2.硅青銅QSil-33.錳黃銅HMn60-3-1-0.75第六十五頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二1.鋁青銅具有高強度熱穩定性的鋁青銅通常為復雜鋁青銅，即除鋁外，還含有鐵、鎳、錳等其他元素的多元合金。這類鋁青銅有高的力學性能，強的熱穩定性。元素錳可提高合金的力學性能和耐蝕性，使其能很好地承受冷、熱壓力加工，如加入0.3％～0.5％的錳，就可以減少熱軋開裂，提高成品率。第六十六頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二1.鋁青銅元素鐵能細化鋁青銅鑄造或再結晶后的晶粒，與鋁形成微粒狀的FeAl，化合物，顯著提高合金的強度、硬度和耐磨性，但鐵含量過高時，組織中會析出針狀FeAl化合物，降低合金力學性能，鐵還能增加高溫β相的穩定性，抑制β相共析分解及形成連續鏈狀的粗大2顆粒而使合金變脆的“自行退火”現象。元素鎳既提高鋁青銅共析轉變溫度，又使共析點成分向高鋁方向移動，并可改變相的形狀。含鎳量較低時，相呈針狀，含鎳量達3％時則呈片狀。在含鎳鋁青銅中加入錳，有使β相的共析轉變形成粒狀組織的傾向。鎳顯著提高鋁青銅的強度、硬度、熱穩定性和耐蝕性。第六十七頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二2.硅青銅和錳黃銅具有高強度熱穩定性的其他銅合金主要有硅青銅QSil-3和錳黃銅HMn60-3-0.75兩種。QSil-3是Cu-Ni-Si-Mn系的可熱處理強化的熱強型合金。元素鎳與硅形成Ni2Si金屬間化合物，它在銅中的溶解度隨溫度下降而急劇減小，并析出彌散的質點相使合金明顯強化。少量的錳進一步強化合金和提高耐蝕性。HMn60-3-0.75錳黃銅是Cu-Zn-Mn-Si-Pb系銅基多元合金。錳和硅的加入提高了合金的強度和硬度，鉛的加入增強了其耐磨性。第六十八頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二(六)耐磨銅合金l.耐磨錫青銅2.鉛青銅3.汽車同步器齒環用耐磨銅合金簡介第六十九頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二l.耐磨錫青銅具有高耐磨性的錫青銅主要是含錫、鋅、鉛或磷的多元合金。鋅除強化α銅-錫固溶體外，還改善合金的流動性，減小結晶溫度范圍，減輕反偏析的程度，提高合金的充型能力和補縮能力，有助于減輕疏松，提高耐水壓性能。鉛以單獨相存在，呈黑色夾雜物分布于枝晶間，減少晶間顯微縮孔的體積，有利于提高鑄件的致密度，改善合金的耐磨性和切削性能。元素磷在銅中的溶解度很小，主要以(α+β)共晶的形式存在。Cu3P化合物有很高的硬度，顯著地提高合金的力學性能，同時，元素磷還能顯著地降低銅液的表面張力，提高熔體的流動性和充型能力。這類合金具有較高的強度，良好的抗滑動摩擦性、優良的切削性和好的焊接性能，在大氣、淡水中有良好的耐腐蝕性能。第七十頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二錫青銅是最古老的銅合金，QSn+Sn含量+第三組元含量+通常為+（+δ）共析組織。SnO2,需脫氧結晶范圍寬，偏析嚴重鑄錠中分散縮孔、反偏析（錫汗）無低溫脆性、沖擊時無火花、耐磨（δ硬而脆）、抗蝕第七十一頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二2.鉛青銅具有高鉛高錫含量的ZCuPb10Sn10和高鉛低錫含量的ZCuPb25Sn5均是三元系鑄造鉛青銅。元素Pb不溶于Cu-Sn合金，以單獨質點相分布于枝晶間，可顯著提高合金的耐磨性蓑和切削加工性，但使力學性能有所下降。添加元素錫能顯著提高合金的強度，并改善合金的鑄造工藝性能。合金兼有鉛青銅和錫青銅的耐磨、導熱、易切削加工、高的耐蝕性和強度特性。高鉛錫青銅雖然強度較低，但更適于在潤滑不良為條件下工作，在載荷為20MPa，滑動速度為15m/s的工作條件下有極好的耐密性，合金的力學性能在300℃以下無大的變化。主要用于制造重載高速工作的耐磨零件。低鉛錫青銅適用于制造輕載、高速(50ms以下)和潤滑不良條件下工作的耐磨零件，合金的工作溫度不宜高于150～200℃。第七十二頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二汽車同步器齒環用耐磨銅合金簡介同步器齒環是汽車變速系統的關鍵零部件，用于制造同步器齒環的材料要求具有高的熱塑性、強度、耐磨性和切削性等綜合性能，其中耐磨性是衡量同步器齒環質量的最重要性能指標。由于銅合金具有優良的減摩和耐磨性能，目前國內外普遍選用復雜錳黃銅和復雜鋁黃銅等生產汽車同步器齒環。通過添加微量元素和采取相應的工藝措施，控制材料中耐磨質點的生成，使硬質第二相主體由Mn5Si3構成，并控制其數量、形態和分布，促使基體α相增多，并造成較多的合金元素(如Al，Ni，Co等)在其中的溶解，強化和細化基體晶粒組織，提高材料的塑性和強度，使材料的裂紋擴展減緩，使α相呈方向性且均勻分布，在磨損過程中，有利于釋放裂紋擴展的應力，減緩了產品的磨損。在使用過程中產品表層會形成致密高硬氧化物或化合物，從而由嚴重的黏著磨損向氧化磨損轉化，大大降低了材料的磨損，提高了材料的耐磨性。第七十三頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二(七)耐蝕銅合金1.白銅2.普通白銅3.鋅白銅4.鐵白銅5.錳白銅第七十四頁，共八十二頁，編輯于2023年，星期二鎳為主要合金元素，Cu-Ni基。