铜合金
发布时间:2008-08-02 00:00
作者:互联网
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tonghejin
铜合金 copper alloys
以
铜为基加入一定量的其他元素组成的
合金。铜合
金是历史上应用最早和最主要的合金之一。传统上铜合金分为
紫铜、
黄铜、
白铜、
青铜四大类。按成型方法又可分为变形铜合金和铸造铜合金。四种主要铜合金系的
相图、成分和力学性能(
退火态)的关系见图1[ 典型铜合金的相图、成分和力学性能]
。
紫铜 因呈紫红色而得名。它不一定是纯铜,有时还加入少量脱氧元素或其他元素,以
改善材质和性能,因此也归入铜合金。中国紫
铜加工材按成分可分为:普通紫铜(T1、T2、T3、T4)、
无氧铜(TU1、TU2和高纯、真空无氧铜)、脱氧铜(TUP、TUMn)
添加少量合金元素的特种铜(
砷铜、
碲铜、
银铜)四类。紫铜的
电导率和
热导率仅次于银,广泛用于制作导电、导
热器材。紫铜在大气、海水和某些非氧化性酸(盐酸、稀
硫酸)、碱、盐溶液及多种有机酸(醋酸、柠檬酸)中,有良好的耐蚀性,用于化学工业。另外,紫铜有良好的
焊接性,可经冷、
热塑性加工制成各种半成品和成品。20世纪70年代,紫铜的
产量超过了其他各类铜合金的总产量。
紫铜中的微量杂质对铜的导电、
导热性能有严重影响
杂质元素对电导率的影响见图2[杂质元素对铜电导率的影响]
其中
钛、磷、
铁、
硅等显著降低电导率,而
镉、
锌等则影响很小。氧、硫、
硒、碲等在铜中的
固溶度很小,可与铜生成脆性化合物,对
导电性影响不大,但能降低加工塑性。普通紫铜在含氢或一氧化
碳的还原性气氛中加热时,氢或一氧化碳易与
晶界的氧化亚铜(Cu
O)作用,产生高压水蒸气或二氧化碳气体,可使铜破裂。这种现象常称为铜的“氢病”。氧对铜的
焊接性有害。
铋或
铅与铜生成低
熔点共晶,使铜产生
热脆;而脆性的铋呈
薄膜状分布在晶界时,又使铜产生
冷脆。磷能显著降低铜的导电性,但可提高铜液的
流动性,改善焊接性。适量的铅、碲、硫等能改善可切削性。紫铜退火
板材的室温抗拉
强度为22~25公斤力/毫米
,
伸长率为45~50%,布氏
硬度(HB)为35~45。
黄铜 以锌为主要合金元素的铜基合金,因常呈黄色而得名。黄铜色泽美观,有良好的
工艺和力学性能,导电性和导热性较高,在大气、淡水和海水中耐
腐蚀,易切削和
抛光,焊接性好且
价格便宜。常用于制作导电、导热元件,耐蚀结构件,弹性元件,日用
五金及装饰材料等,用途广泛。
简单黄铜 二元铜
锌合金称为简单黄铜。随着含锌量的增加,其色泽由金红向黄、金黄、白色逐渐变化。锌和铜能形成
、
、γ、
、
、η等六个相。工业上常用的有
黄铜、(
+
)黄铜和
黄铜三类,含锌量一般不超过50%。其中H62、
H68黄铜具有高的塑性和强度,成型性好,应用广泛,可制作各种复杂的冷冲件和
深冲件,
波导管和
冷凝器用管件,
机械和
电器用零件。
H70黄铜也称“炮铜”,主要用于制作弹壳及
管材。有残余内
应力的黄铜制品,长期存放于含
氨气或二氧化硫等介质中,会产生沿晶或穿晶破裂。此现象称为应力腐蚀破裂或季节
裂纹(
季裂),可用低温退火消除。含锌量高于20%的高锌黄铜,易发生脱锌腐蚀,可加入适量的砷、硅、磷、
锑等加以抑制。
复杂黄铜 为改善简单黄铜的性能而加入1~5%的
锡、铅、
铝、硅、铁、
锰、
镍等元素的合金称为“复杂黄铜”,并在黄铜的名称上冠以所加元素,称为
锡黄铜、
铅黄铜、铝黄铜、
锰黄铜、铝锰黄铜等。锡能抑制脱锌腐蚀,提高黄铜的耐蚀性。锡黄铜在海水和淡水中均耐蚀,故有“海军黄铜”之称。铅在黄铜中的固溶度极小,呈游离质点分布于基体,能使切屑碎裂并起润滑作用,从而改善材料的可切削性和耐磨性。铝起固溶强化作用,使表面形成有保护作用的
氧化铝膜。某些铝黄铜经适当处理后,还可具有形状记忆效应及消震
能力。
硅黄铜有较高的耐蚀性、力学和铸造性能,抗应力腐蚀能力强。
镍黄铜具有较高的强度、
韧性、耐蚀性,能承受冷、热塑性加工。
[典型黄铜的成分和室温下力学性能]
白铜 以镍为主要合金元素的铜基合金,因多数呈银白色而得名。铜和镍能无限互溶形成连续
固溶体。铜中加镍能显著提高耐蚀性、强度、硬度、
电阻、热电势,并降低
电阻率温度系数。在铜合金中,白铜因耐蚀性优异,且易于塑性加工和焊接,广泛用于造船、
石油、化工、
电力、精密仪表、医疗器械等部门作耐蚀结构件。某些白铜还有特殊的
电学性能,可制作电阻元件、
热电偶材料和补偿
导线。
白铜可分为简单白铜和复杂白铜两类。按用途又可分为结构白铜和精密电阻合金用白铜。在结构白铜中,最常用的是B30、B10和
锌白铜,另外,还有铝白铜、铁白铜和
铌白铜等。典型白铜的成分和性能见表2[ 典型白铜的成分和室温下力学性能]
。 B30在白铜中耐蚀性最强,但价格较贵。铝白铜的性能同B30接近,价格低廉,可作B30的代用品。锌白铜于 15世纪时就已在中国
生产使用,被称为“中国银”,所谓镍银或德银也属此类锌白铜。这种合
金具有高的强度和耐蚀性,弹性也较好,外表美观,价格低廉。在精密电阻用白铜中,重要的有BMn 3-12锰铜、BMn 40-1.5康铜、BMn 43-0.5考铜以及以锰代镍的新康铜(又称无镍
锰白铜,含锰10.8~12.5%、铝2.5~4.5%、铁1.0~1.6%)。这类合金具有高的电阻率和低的电阻率温度系数,适于制作
标准电阻和精密电阻元件。康铜和考铜的热电势高,还可用作热电偶和补偿导线。
青铜 除黄铜和白铜外,其余的铜合金都称为青铜。青铜前面常冠以主要合金元素的名称,如
锡青铜、
铝青铜、
铍青铜、
钛青铜等。用量最大的是锡青铜和铝青铜。强度最高的是
铍青铜。与黄铜
相比,青铜具有更高的力学性能(表3[ 常用青铜的成分和室温下力学性能]
)和耐蚀性,但价格较贵。与白铜相比,青铜的力学性能较高,但在某些条件下,耐蚀性不如白铜。在铜合金中青铜的综合性能较好,常用于制造耐蚀性能好和强度高的零件、耐蚀弹性元件、导电和抗
蠕变性能好的零件等。
锡青铜 含锡量一般在3~14%之间,主要用于制作弹性元件和耐磨零件。变形锡青铜的含锡量不超过 8%,有时还添加磷、铅、锌等元素。磷是良好的脱氧剂,还能改善流动性和耐磨性。锡青铜中加铅可改善可切削性和耐磨性,加锌可改善铸造性能。
铝青铜 含铝量一般不超过11.5%,有时还加入适量的铁、镍、锰等元素,以进一步改善性能。铝青铜可
热处理强化,其强度比锡青铜高,抗高温氧化性也较好。
铍青铜 含铍量不超过2.5%,可
沉淀硬化。其主要特性是:强度和硬度高,弹性好,耐
疲劳,导电、导热性好,无
铁磁性,冲击时不生火花,是重要的弹性和工具材料。但铍有毒,且铍青铜价格贵,可切削性差。
钛青铜 性能接近于铍青铜,价格便宜,无毒,可作为铍青铜的代用品。
其他青铜
硅青铜耐蚀性好(特别耐酸),低温性能好,可制作输酸
管道、低温容器、耐酸耐磨零件等。
锆青铜、
铬青铜和
镉青铜等适于制作在高温
工作的导电零件。
参考书目
重有色
金属材料加工手册编写组,《重有色金属材料加工手册》,1分册,
冶金工业出版社,北京,1979。
.
.
,
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,1967.
J.H.Mendenhall ed.,
UNDERstandin
Copper Alloys,John Wiley & Sons,New York,1980.
备注:数据仅供参考,不作为投资依据。