第九章第二節(jié)銅及其合金

1、第二節(jié)第二節(jié) 銅及其合金銅及其合金 銅及合金是應(yīng)用廣泛的有色金屬之一，它銅及合金是應(yīng)用廣泛的有色金屬之一，它是人類最早使用的金屬。是人類最早使用的金屬。一、工業(yè)純銅（紫銅）一、工業(yè)純銅（紫銅）1、具有面心晶格，無(wú)同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，無(wú)磁性。、具有面心晶格，無(wú)同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，無(wú)磁性。2、玫瑰紅色，密度、玫瑰紅色，密度8.96g/cm3，熔點(diǎn)，熔點(diǎn)1083。3、導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好，僅次于銀。、導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好，僅次于銀。 金屬導(dǎo)電性排序：金屬導(dǎo)電性排序： Ag、Cu、Au、AL4、具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性、具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性 在大氣、淡水中均有優(yōu)良的抗蝕性；在大多非在大氣、淡水中均有優(yōu)良的抗蝕性；在大多非氧性介質(zhì)

2、中（氧性介質(zhì)中（HF、HCl）抗蝕性較好，而在氧化）抗蝕性較好，而在氧化性介質(zhì)中（性介質(zhì)中（HNO3、 H2SO4）易）易 被腐蝕。被腐蝕。5、優(yōu)良的成型加工性、可焊性、塑性，強(qiáng)度較低。、優(yōu)良的成型加工性、可焊性、塑性，強(qiáng)度較低。 HB=40-50， b=200240 MPa =50%， s=6070MPa6、冷變形加工可顯著提高純銅的強(qiáng)度和硬度，、冷變形加工可顯著提高純銅的強(qiáng)度和硬度， 但塑性、導(dǎo)電率降低，經(jīng)退火后可消除加工但塑性、導(dǎo)電率降低，經(jīng)退火后可消除加工 硬化現(xiàn)象。硬化現(xiàn)象。7 7、工業(yè)純銅的表示方法、工業(yè)純銅的表示方法 T+順序號(hào)順序號(hào) TU+順序號(hào)順序號(hào) TU+P 工業(yè)純銅工業(yè)純

3、銅 無(wú)氧銅無(wú)氧銅 脫氧銅脫氧銅 脫氧劑脫氧劑P T1T4 TU1、TU2 TUP 磷脫氧銅磷脫氧銅 TUMn 錳脫氧銅錳脫氧銅純純銅銅退退火火組組織織導(dǎo)電紫銅帶導(dǎo)電紫銅帶厚壁紫銅管厚壁紫銅管薄壁紫銅管薄壁紫銅管紫銅管接頭紫銅管接頭表面淬火感應(yīng)線圈表面淬火感應(yīng)線圈紫銅鎮(zhèn)尺紫銅鎮(zhèn)尺紫銅香爐（大明宣德年制款）紫銅香爐（大明宣德年制款）二、雜質(zhì)對(duì)銅性能的影響二、雜質(zhì)對(duì)銅性能的影響 工業(yè)純銅常見(jiàn)雜質(zhì)：工業(yè)純銅常見(jiàn)雜質(zhì)：氧、硫、鉛、鉍、氧、硫、鉛、鉍、砷、磷等砷、磷等。這些雜質(zhì)的存在，均使銅的導(dǎo)。這些雜質(zhì)的存在，均使銅的導(dǎo)電率降低電率降低。1、熱脆現(xiàn)象、熱脆現(xiàn)象產(chǎn)生原因：鉛、鉍雜質(zhì)存在。產(chǎn)生原因：鉛、鉍雜

4、質(zhì)存在。 鉛、鉍與銅能形成熔點(diǎn)很低的共晶體鉛、鉍與銅能形成熔點(diǎn)很低的共晶體（Cu+Bi ，270），（），（Cu+Pb ，326），），且沿晶界分布，熱加工時(shí)（且沿晶界分布，熱加工時(shí)（820860），），晶界熔化晶界熔化熱脆。因此應(yīng)嚴(yán)格控制熱脆。因此應(yīng)嚴(yán)格控制Pb 、Bi含含量。量。Pb（0.005%0.03%），）， Bi (0.002%0.003%)機(jī)理：機(jī)理：2、冷脆現(xiàn)象、冷脆現(xiàn)象產(chǎn)生原因：硫、氧雜質(zhì)存在產(chǎn)生原因：硫、氧雜質(zhì)存在硫、氧與銅形成共晶體，硫、氧與銅形成共晶體，Cu+Cu2S，（，（1067） Cu+Cu2O，（，（1065），且沿晶界分布，熔點(diǎn)），且沿晶界分布，熔點(diǎn)較高，不會(huì)

5、引起熱脆。但較高，不會(huì)引起熱脆。但Cu2S、Cu2O屬于脆性屬于脆性化合物，冷加工時(shí)易產(chǎn)生脆性開(kāi)裂。因此應(yīng)嚴(yán)化合物，冷加工時(shí)易產(chǎn)生脆性開(kāi)裂。因此應(yīng)嚴(yán)格控制格控制S、O含量。含量。 (S0.0015%；O：0.0015%0.05%）3、銅的氫病、銅的氫病 含有氧的純銅在含有氫氣或一氧化碳等還含有氧的純銅在含有氫氣或一氧化碳等還原性氣氛中加熱時(shí)，氫氣及一氧化碳?xì)怏w會(huì)滲原性氣氛中加熱時(shí)，氫氣及一氧化碳?xì)怏w會(huì)滲入入Cu中，與氧發(fā)生反應(yīng)，形成不溶于中，與氧發(fā)生反應(yīng)，形成不溶于 Cu 的水的水蒸汽和二氧化碳：蒸汽和二氧化碳： 2H+O22H2O； 2CO+O22CO2在局部產(chǎn)生很大的應(yīng)力，造成微裂紋，使在

6、局部產(chǎn)生很大的應(yīng)力，造成微裂紋，使Cu在在隨后的加工或使用過(guò)程中發(fā)生斷裂，這種現(xiàn)象隨后的加工或使用過(guò)程中發(fā)生斷裂，這種現(xiàn)象稱為稱為銅的氫病銅的氫病。 銅合金常加元素為銅合金常加元素為Zn、Sn、Al、Mn、Ni、Fe、Be、Ti、Zr、Cr等，既提高了強(qiáng)度，又保持了純銅等，既提高了強(qiáng)度，又保持了純銅特性。特性。銅合金分為銅合金分為黃銅、青銅、白銅黃銅、青銅、白銅三大類。三大類。銅管銅管銅冷卻器銅冷卻器三、 銅合金銅合金1、固溶強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化 加入加入Zn、Sn、Al、Ni等合金元素，形等合金元素，形 成銅的固溶體成銅的固溶體固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化，使銅的強(qiáng)度，使銅的強(qiáng)度 升高。升高。2、時(shí)效強(qiáng)化、時(shí)

7、效強(qiáng)化 Be、Si、Zn等等在在Cu中的溶解度隨溫度中的溶解度隨溫度 的降低而降低，使合金具有時(shí)效強(qiáng)化的功能。的降低而降低，使合金具有時(shí)效強(qiáng)化的功能。（一）合金的強(qiáng)化（一）合金的強(qiáng)化3、過(guò)剩相強(qiáng)化、過(guò)剩相強(qiáng)化 合金元素的加入量超過(guò)銅的最大溶解度合金元素的加入量超過(guò)銅的最大溶解度 時(shí)，便產(chǎn)生時(shí)，便產(chǎn)生過(guò)剩相過(guò)剩相，使合金強(qiáng)度提高。但過(guò)，使合金強(qiáng)度提高。但過(guò) 剩相數(shù)量太多時(shí)，合金脆化，強(qiáng)度下降。剩相數(shù)量太多時(shí)，合金脆化，強(qiáng)度下降。4、細(xì)化晶粒強(qiáng)化、細(xì)化晶粒強(qiáng)化 Cu中加入少量中加入少量Fe、Ni等合金元素，能細(xì)等合金元素，能細(xì) 化晶粒，提高機(jī)械強(qiáng)度?；Я?，提高機(jī)械強(qiáng)度。（二）、合金的分類（二）、

8、合金的分類1 1、黃銅、黃銅法蘭閥法蘭閥閘閥閘閥 成分與組織：成分與組織：成分成分：黃銅是黃銅是Cu-Zn合金合金 簡(jiǎn)單黃銅（普通黃銅）簡(jiǎn)單黃銅（普通黃銅） Zn50% 復(fù)雜黃銅（特殊黃銅）復(fù)雜黃銅（特殊黃銅） Cu-Zn+其它合金元其它合金元素素組織：組織： 工業(yè)黃銅工業(yè)黃銅（Zn20%20%的黃銅，的黃銅，經(jīng)冷變形后經(jīng)冷變形后，在，在 潮濕的大氣或海水中，尤其有氨存在時(shí)，潮濕的大氣或海水中，尤其有氨存在時(shí)， 會(huì)發(fā)生自動(dòng)破裂（應(yīng)力腐蝕破裂）。會(huì)發(fā)生自動(dòng)破裂（應(yīng)力腐蝕破裂）。防止自裂的措施：防止自裂的措施： a、低溫去應(yīng)力退火、低溫去應(yīng)力退火 260300，12小時(shí)小時(shí) b、往黃銅中加入、往黃

9、銅中加入Sn、Si、Al、Ni等元素等元素 c、表面鍍、表面鍍 Sn或或Zn、黃銅的鑄造性能良好、黃銅的鑄造性能良好 Zn38%時(shí)，由于結(jié)晶溫度間隙較小，時(shí)，由于結(jié)晶溫度間隙較小，流動(dòng)性好。流動(dòng)性好。鑄態(tài)黃銅的機(jī)械性能與含鋅量及組織的關(guān)系鑄態(tài)黃銅的機(jī)械性能與含鋅量及組織的關(guān)系 、黃銅的表示方法黃銅的表示方法 H 80 HPb 59 1普通黃銅普通黃銅 含含Cu80% Cu 59% Pb 1% 表示含表示含Pb1%特殊黃銅特殊黃銅 ZCuZn31Al 2 ：表示含：表示含Al 2%，Cu67%的鑄造黃銅。的鑄造黃銅。 HSn 70-1： 表示含表示含Sn 1%、Cu70%的特殊黃銅的特殊黃銅 （

10、海洋黃銅，防脫鋅）（海洋黃銅，防脫鋅）黃銅為銅和鋅的合金，金屬光澤隨黃銅為銅和鋅的合金，金屬光澤隨鋅的含量增加由橙紅色轉(zhuǎn)變?yōu)辄S色。鋅的含量增加由橙紅色轉(zhuǎn)變?yōu)辄S色。黃黃銅銅退退火火組組織織1980年年莫斯科莫斯科奧運(yùn)會(huì)奧運(yùn)會(huì)火炬火炬2000年年悉尼悉尼奧運(yùn)會(huì)奧運(yùn)會(huì)火炬火炬2 2、青、青 銅銅經(jīng)對(duì)出土漢鏡進(jìn)行分析，成分如下：經(jīng)對(duì)出土漢鏡進(jìn)行分析，成分如下： Cu：6570% Sn：2426% Pb：19% Zn: 05% 金相組織幾乎完全是金相組織幾乎完全是Cu31Sn8（相），顏相），顏色呈青灰色色呈青灰色故稱故稱青銅青銅。 青銅最早是指青銅最早是指Cu-Sn合金，后來(lái)把合金，后來(lái)把Cu-Al、

11、Cu-Si、Cu-Be、Cu-Mn、Cu-Pb合金都稱為青合金都稱為青銅。為了區(qū)別，分別稱為銅。為了區(qū)別，分別稱為鋁青銅、硅青銅、鋁青銅、硅青銅、 鉛青銅鉛青銅等。等。、錫青銅錫青銅a a、組織、組織 Cu-Sn 合金相圖非常復(fù)雜，由幾個(gè)包晶合金相圖非常復(fù)雜，由幾個(gè)包晶轉(zhuǎn)變和共析轉(zhuǎn)變組成，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物有：轉(zhuǎn)變和共析轉(zhuǎn)變組成，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物有：、等相。等相。相：相：Sn在在Cu中的置換固溶體，具有面心立方中的置換固溶體，具有面心立方 晶格，塑性良好，適于冷熱變形加工。晶格，塑性良好，適于冷熱變形加工。相：以電子化合物相：以電子化合物Cu5Sn為基的固溶體，體心為基的固溶體，體心立方晶格。立方晶格。586以

12、上穩(wěn)定存在，塑性良好，適以上穩(wěn)定存在，塑性良好，適于熱加工；于熱加工；586發(fā)生共析反應(yīng)發(fā)生共析反應(yīng)，形成，形成+ 相，相，塑性急劇降低。塑性急劇降低。相：以電子化合物為基的固溶體，晶格結(jié)構(gòu)相：以電子化合物為基的固溶體，晶格結(jié)構(gòu) 尚未確定，只能在尚未確定，只能在520以上穩(wěn)定存在，以上穩(wěn)定存在， 520發(fā)生共析反應(yīng)，分解為發(fā)生共析反應(yīng)，分解為+相。相。相：以電子化合物相：以電子化合物Cu31Sn8為基的固溶體，具為基的固溶體，具有復(fù)雜立方晶格，硬而脆。有復(fù)雜立方晶格，硬而脆。相很穩(wěn)定，在相很穩(wěn)定，在350發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，形成發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，形成+相相。但轉(zhuǎn)變速度。但轉(zhuǎn)變速度極其緩慢，一般很難進(jìn)行。

13、只有經(jīng)極其緩慢，一般很難進(jìn)行。只有經(jīng)7080%的變的變形，數(shù)千小時(shí)退火，才能完成轉(zhuǎn)變，故稱形，數(shù)千小時(shí)退火，才能完成轉(zhuǎn)變，故稱相是相是青銅的基本室溫組織青銅的基本室溫組織相：以電子化合物相：以電子化合物Cu3Sn為基的固溶體，密排為基的固溶體，密排 六方晶格，既硬又脆，在青銅中無(wú)使用價(jià)六方晶格，既硬又脆，在青銅中無(wú)使用價(jià) 值。值。b b、Sn Sn 含量對(duì)青銅性能的影響含量對(duì)青銅性能的影響Sn 含量較低時(shí)含量較低時(shí)(7%時(shí)，由于組織中出現(xiàn)時(shí)，由于組織中出現(xiàn)相相，塑性急劇降低。，塑性急劇降低。Sn20%時(shí)，不僅塑性降低，強(qiáng)度也急劇下降時(shí)，不僅塑性降低，強(qiáng)度也急劇下降故工業(yè)上錫青銅故工業(yè)上錫青銅

14、Sn 含量在含量在314%范圍范圍: : 壓力加工錫青銅壓力加工錫青銅：67% Sn 鑄造錫青銅鑄造錫青銅： 1014% Snc c、 錫青銅的鑄造性錫青銅的鑄造性 Sn：314%范圍內(nèi)，青銅的結(jié)晶溫度間隔范圍內(nèi)，青銅的結(jié)晶溫度間隔 很大，流動(dòng)性差，易產(chǎn)生偏析，鑄造性能很大，流動(dòng)性差，易產(chǎn)生偏析，鑄造性能 差。但鑄造收縮率很小，是有色合金中收差。但鑄造收縮率很小，是有色合金中收 縮率最小的合金，可用來(lái)生產(chǎn)形狀復(fù)雜、縮率最小的合金，可用來(lái)生產(chǎn)形狀復(fù)雜、 氣密性要求不高的鑄件。氣密性要求不高的鑄件。d d、其它合金元素（磷、鋅、鉛等）、其它合金元素（磷、鋅、鉛等） P 脫氧，脫氧，0.020.03

15、5%， 改善鑄造性能改善鑄造性能， 提高強(qiáng)度提高強(qiáng)度 Zn 節(jié)約部分錫，縮小合金結(jié)晶溫度間隔，節(jié)約部分錫，縮小合金結(jié)晶溫度間隔， 改善鑄造性能，提高鑄件氣密性。改善鑄造性能，提高鑄件氣密性。 Pb 提高耐磨性。提高耐磨性。e e、 青銅的其它性能青銅的其它性能 良好的抗蝕性（除酸外），優(yōu)于純銅良好的抗蝕性（除酸外），優(yōu)于純銅 和黃銅；無(wú)磁性，沖擊不產(chǎn)生火花，無(wú)冷和黃銅；無(wú)磁性，沖擊不產(chǎn)生火花，無(wú)冷 脆現(xiàn)象，耐磨性高（脆現(xiàn)象，耐磨性高（相）。相）。、鋁青銅鋁青銅a、組織、組織 常用鋁青銅常用鋁青銅 Al45%時(shí)，塑性時(shí)，塑性降低。降低。Al78%，塑性急劇降低，塑性急劇降低，Al1011%，強(qiáng)，

16、強(qiáng)度降低。度降低。故壓力加工鋁青銅：故壓力加工鋁青銅：Al 57% 鑄造鋁青銅：鑄造鋁青銅： Al 712%c、其它元素、其它元素 Fe細(xì)化晶粒；細(xì)化晶粒；Mn提高強(qiáng)度、耐蝕提高強(qiáng)度、耐蝕 性，不降低塑性；性，不降低塑性；Ni提高耐蝕性、耐磨性、提高耐蝕性、耐磨性、 熱強(qiáng)度。熱強(qiáng)度。、青銅的表示方法、青銅的表示方法 Q+主加元素符號(hào)主加元素符號(hào)+主加元素含量主加元素含量3 3、白銅（、白銅（Cu-NiCu-Ni合金）合金）中間中間白色白色銅鎳銅鎳合金合金CU-Zn-Ni合金合金第三節(jié)第三節(jié) 軸承合金軸承合金 常用軸承：滾動(dòng)軸承，承載能力較低，一般機(jī)械采用滑常用軸承：滾動(dòng)軸承，承載能力較低，一般

17、機(jī)械采用滑動(dòng)軸承。滑動(dòng)軸承工作平穩(wěn)、可靠、無(wú)噪聲。軸被軸承動(dòng)軸承?；瑒?dòng)軸承工作平穩(wěn)、可靠、無(wú)噪聲。軸被軸承支承的支承的部分部分稱為軸頸，與軸頸相配的零件稱為稱為軸頸，與軸頸相配的零件稱為軸瓦軸瓦。為。為了改善軸瓦表面的摩擦性質(zhì)而在其內(nèi)表面上澆鑄的減摩了改善軸瓦表面的摩擦性質(zhì)而在其內(nèi)表面上澆鑄的減摩材料層稱為材料層稱為軸承襯軸承襯。軸瓦和軸承襯的材料統(tǒng)稱為滑動(dòng)軸。軸瓦和軸承襯的材料統(tǒng)稱為滑動(dòng)軸承材料?；瑒?dòng)軸承應(yīng)用場(chǎng)合一般在低速重載工況條件下，承材料?；瑒?dòng)軸承應(yīng)用場(chǎng)合一般在低速重載工況條件下，或者是維護(hù)保養(yǎng)及加注潤(rùn)滑油困難的運(yùn)轉(zhuǎn)部位?；蛘呤蔷S護(hù)保養(yǎng)及加注潤(rùn)滑油困難的運(yùn)轉(zhuǎn)部位。 一、滑動(dòng)軸承合金的性

18、能要求與組織一、滑動(dòng)軸承合金的性能要求與組織滑動(dòng)軸承性能要求：滑動(dòng)軸承性能要求： 在常溫和工作溫度下，有一定的承載能力和在常溫和工作溫度下，有一定的承載能力和疲勞強(qiáng)度，有足夠的塑、韌性，使軸與軸瓦之疲勞強(qiáng)度，有足夠的塑、韌性，使軸與軸瓦之間配合良好，低的摩擦系數(shù)，良好的導(dǎo)熱性，間配合良好，低的摩擦系數(shù)，良好的導(dǎo)熱性，低的膨脹系數(shù)，良好的耐蝕性，以防止溫升和低的膨脹系數(shù)，良好的耐蝕性，以防止溫升和軸咬合。軸咬合。 與軸配合基本原則：保軸不保瓦。與軸配合基本原則：保軸不保瓦。組織要求：組織要求：軟基體硬質(zhì)點(diǎn)軟基體硬質(zhì)點(diǎn) 或或 硬基體軟質(zhì)點(diǎn)；硬基體軟質(zhì)點(diǎn)；軟基體上分布硬質(zhì)點(diǎn)，其體積約占軟基體上分布硬

19、質(zhì)點(diǎn)，其體積約占1530，軸工作時(shí)，軟基體凹陷貯存，軸工作時(shí)，軟基體凹陷貯存潤(rùn)滑油，提高耐磨性，而硬質(zhì)點(diǎn)為凸?jié)櫥?，提高耐磨性，而硬質(zhì)點(diǎn)為凸出部分起支撐軸，承載的作用出部分起支撐軸，承載的作用灰口鑄鐵：硬基體（珠光體等）軟質(zhì)點(diǎn)（石墨）；灰口鑄鐵：硬基體（珠光體等）軟質(zhì)點(diǎn)（石墨）； 低速軸承低速軸承鋁基黃銅軸瓦鋁基黃銅軸瓦鉛黃銅軸瓦鉛黃銅軸瓦 二、二、 錫基軸承合金（巴氏合金）錫基軸承合金（巴氏合金）錫基：錫基：ZSnSb11Cu6 銻銻11銅銅6 軟基體為軟基體為相（相（Sb在在Sn中的中的固溶體）固溶體）HB30，硬質(zhì)點(diǎn)為，硬質(zhì)點(diǎn)為相（相（SnSb化合物）化合物）HB110，加入銅是形成，加入銅是形成Sb6Cu5化合物，防止化合物，防止因因輕上浮而引起的成分偏析。性能：摩擦系輕上浮而引起的成分偏析。性能：摩擦系數(shù)小、膨脹系數(shù)小、導(dǎo)熱性好、抗蝕性好、工數(shù)小