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5-1黄铜的热处理5-2锡青铜的热处理5-3铝青铜的热处理5-4铍青铜的热处理5-5白铜的热处理5-6铜及铜合金热处理的特点第五章铜合金的热处理5-1黄铜的热处理以铜为基的铜与锌的合金称为黄铜。可分两类:普通黄铜和特殊黄铜。一、普通黄铜1.牌号H+xx(xx表示铜的百分含量)例如H68表示含Cu68%,含Zn约32%的黄铜。若为铸造黄铜,则ZH+xx(xx表示铜的百分含量)例如ZH68表示含Cu68%,含Zn约32%的铸造黄铜。2.合金相Cu-Zn相图α—Cu基固溶体(FCC),黄铜基体相;β—CuZn基固溶体,电子弄得2/3,bcc;γ—Cu5Zn8基固溶体,电子浓度21/13,复杂bcc。3.工业黄铜的性质与应用一般处于H96-H59(如相图所示)H96-H65:α黄铜H63-H59:α+β黄铜在RT情况下,α-Cu的塑性高于β-CuZn的塑性,强度低于β-CuZn的强度;在HT下,正好相反。因此,α+β黄铜热塑性好,而α黄铜冷塑性好。与紫铜相比,黄铜的强度、塑性均优,工艺性好,抗蚀性好,且价格低。因此用途广、可作各种零件、日用品、管道、散热器、工艺品、炮弹等。二、特殊黄铜加Sn、Si、Al、Fe、Ni、As、Mn、Pb等,形成特殊黄铜。Si、Fe、Ni、Mn—改善力学性能Sn、Si、Al、Fe、Ni、As—提高耐蚀性能Pb—改善切削性能。1.牌号(1)、H+第三组元元素符号+xx(xx表示铜含量的百分比)-y(第三组元含量)-z(第四组元含量)……例如:HSn70-1表示含Cu70%、含Zn29%、含Sn约1%的特殊黄铜HFe59-1-1表示含Cu59%、含Zn39%、含Fe约1%的特殊黄铜(2)、若为铸造黄铜,则ZH+第三组元元素符号+xx(xx表示铜含量的百分比)-y(第三组元含量)-z(第四组元含量)……例如:ZHSn70-1表示含Cu70%、含Zn29%、含Sn约1%的铸造特殊黄铜。一、锡青铜早期青铜仅指锡青铜。现在青铜这个名词以成为除黄铜和白铜之外的铜合金的总称。5-2锡青铜的热处理1、牌号•QSn+x(x表示Sn含量)-y(第三组元含量)-z(第四组元含量)……•例如QSn4-3表示含Sn约4%,其它元素约3%的青铜。•QHSn4-3表示含Sn约4%,其它元素约3%的铸造青铜。2、合金相Cu-Sn相图α—Cu基固溶体(FCC)青铜的基体相,存在退火栾晶;β—Cu5Sn基固溶体,电子浓度3/2,bcc;γ—Cu3Sn基固溶体,电子浓度7/4,fcc;δ—Cu31Sn8基固溶体,电子浓度21/13,复杂立方;ε—Cu3Zn基固溶体,电子浓度7/4,密排六方;注意:δ→α+ε(反应慢)一般不出现所以:(1)一般合金RT组织通常为α+(α+δ)共晶组织(2)Sn扩散慢,结晶范围宽,偏析严重;(3)铸锭中易于出现分散缩孔和反偏析(锡汗)现象。3、性能(1)不出现δ相时,Sn↑,强度和塑性都↓,出现δ相时,Sn↑,塑性↓,而强度↑。但是大量的δ相也会引起强度↓。(2)具有良好的抗蚀性能,由于生成了Cu2O或2CuCO3·Cu(OH)薄膜,故可作船舶零件,这也是青铜器可以长久保持的原因。(3)铸造工艺性能不好(相对而言的),但因分散缩孔多,体积缩小,可铸造尺寸准确、花纹清晰的工艺。(4)热轧难,挤压易,通常需要均匀化退火。5-3铝青铜的热处理当主要添加元素为铝时称为铝青铜。铝青铜具有良好的机械性能、耐蚀性能和抗磨性能,是各种青铜中应用最广泛的一个。1、牌号与上述锡青铜相同QAl+x(x表示Al含量)-y(第三组元含量)-z(第四组元含量)……例如Qal4-3表示含Al约4%,其它元素约3%的青铜。2、合金相Cu-Al合金相图α—Cu基固溶体(FCC),铝青铜的基体相,存在退火栾晶;β—Cu3Al基固溶体,电子弄得3/2,bcc;γ2—Cu4Al9基固溶体,电子浓度21/13,复杂立方;慢冷,在565℃,β→α+γ2(自回火现象),导致合金脆化;快冷,低铝者,β→β’(马氏体)高铝者,β→β1→β’或γ’(均为马氏体)通常选择快冷,而且工业铝青铜Al<13%,属于低铝者,快冷组织为β’马氏体,但实际铸造组织重也可能有α+γ2组织存在。3.性能(1)机械性能优于黄铜、锡青铜;(2)大气、海水、大多数有机酸中耐蚀性好;(3)耐磨、耐寒、冲击不产生火花(有油易燃时有利)4.工业铝青铜二元合金QAl5,、QAl7(属于单相α组织,枝晶和栾晶,耐蚀、耐磨、弹性材料,如弹簧)多元合金(通常加Fe、Mn、Ni等)Qal9-4(Fe):Fe加入,细化组织,HB↑,耐磨性↑,防止自回火,可热处理强化,用于船舶电器零件;QAl9-2(Mn):Mn加入,耐蚀性↑,防止自回火,用于海轮上的零件;QAl11-6-6(Fe、Ni):综合性能最佳,主要用于重要的重型零件,应用与机械,航空工业的高强耐磨齿轮,可用温度高达500℃。5-4铍青铜的热处理铍青铜是硬度、强度最高的、也是综合性能(尤其是弹性模量高、抗疲劳强度高、耐磨耐蚀、导电导热性好,耐寒、无磁性、冲击不差产生火花等)最好的铜合金,óh1250-1500Mpa,HB350-400,主要用于弹性零件和耐磨零件。最大问题是Be贵,而且有毒,限制了它的应用。1、牌号与成分牌号与锡青铜相同。铍青铜中的Be通常处于1.5-2.5%,虽然少但作用大,溶解度从高温Max2.7→室温0.2,变化大,而且脱溶有强烈的时效强化效果。2、合金相Cu-Be相图α—Cu基固溶体(FCC),铍青铜的基体相,存在退火栾晶;γ1—Cu2Be,bcc;γ2—Cu2Be,有序bcc(时效强化原因);3、时效特点(1)脱溶序列过饱和的α-固溶体—γ’’(片状GP区)—γ’—γ2其中γ’’(片状GP区)—γ’发展时强度最高;(2)为了达到最高强度,时效温度应不超过330℃,否则会发生晶界反应,即发生不连续脱溶,不利于性能。5-5白铜的热处理以Ni为主要合金元素的铜基合金称为白铜。白铜可分为两类:普通白铜—Cu-Ni二元合金复杂白铜—Cu-Ni-X多元合金,(X=Ni、Fe、Mn、Al、Zn、Pb等)1、牌号(1)普通白铜:B+xx(xx表示Ni含量的百分比)例如:B19表示含Ni约19%、含Cu约81%的Cu-Ni二元合金(白铜)(2)复杂白铜:B+第三组元元素符号+x(Ni的含量)-y(第三组元含量)-z(第四组元含量)……例如:BZn15-20表示含Ni约15%、含Zn约20%、含Cu约65%的复杂白铜2、合金元素的作用与复杂白铜Ni:与铜形成完全固溶体,Ni↑,ó↑,电阻↑,抗蚀性↑,热电势↑,普通白铜Fe:细化晶粒,Fe↑,ó↑,抗蚀性ó↑(抗海水冲击腐蚀明显增强),铁白铜Mn:电阻率↑,电阻温度系数↓,锰白铜Al:生成Ni3Al、Ni2Al,ó↑,热处理可强化,铝白铜Zn:耐蚀性↑,颜色银白,锌白铜(亦称中国银、德国银)Pb:易切削3、主要应用(1)结构用白铜:除B0.6,锰白铜等常作补偿导线、标准电阻、热电偶等电器电工材料外,其余白铜均可作结构件;(2)锰白铜:精密电工仪表材料BMn3-12(锰铜)—标准电阻(电桥、电位计)BMn40-1.5(康铜)—电热体、热电偶BMn43-0.5(考铜)—变阻器、热电偶、补偿导线等等5-6铜及铜合金热处理的特点一、类型铜及铜合金的热处理包括均匀化退火、回复与再结晶退火、淬火时效等等,但在具体应用中不同合金,采用不同的类型。铝青铜、锆青铜、铬青铜、铍青铜都是热处理可强化合金,淬火时效在铍青铜中很普遍,但其他则不一定。二、存在的问题1、低温退火硬化现象2、光亮退火目的:防止氧化、吸气,提高表面质量在保护性气氛中或真空中退火,保证表面十分漂亮保护性气氛:水蒸气、分解氨、不完全燃烧的脱水氨、氮气、干燥氢、不完全燃烧的煤气或其他可燃气体,但具体选择,与合金本性、种类和退火要求有关。
本文标题:铜合金的热处理
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