铜-铝二元合金相图铜端
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青铜
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青铜
铝含量对铝青铜的力学性能有较大的影响。 随铝含量的增加，强度和硬度明显提高，但塑性 下降。
塑性强烈下降
塑性降低，强度也随之降低
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青铜
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青铜
四、铍青铜
Be固溶于Cu中的固溶体。不 同温度下，Be有不同溶解度，有 强烈时效硬化效果。
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青铜
以电子化合物CuBe为基的固 溶体，是体心立方结构的有序固 溶体，硬而脆
1）锡黄铜
在普通黄铜中加入0.5～1.5%Sn，可提高 合金的强度和硬度以及在海水中的耐蚀性。 此外，能改善黄铜的切削加工性能。锡虽然 提高了黄铜的耐蚀性能，但不能从根本上消 除应力腐蚀破裂倾向，可采用低温退火，提 高应力腐蚀抗力。
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黄铜
2）铝黄铜
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黄铜
3） 镍黄铜
4） 硅黄铜 普通黄铜中加入1.5～4.0%Si，能显著提高 黄铜在大气及海水中的耐蚀性能以及应力腐 蚀破裂能力，改善合金的铸造性能，并能与 钢铁焊接。
锡青铜铸造性的特点：
铸件收缩率小，适宜于形状复杂、壁厚变化大的 零件。这是因为铜-锡合金的结晶间隔大，液体流动性 差，锡原子扩散慢，结晶时树枝晶发达，易形成分散 型缩孔，所以收缩率小，且不易裂。锡青铜由于存在 分散缩孔，致密性差，在高压下易渗漏。锡青铜合金 凝固时铸锭中易出现反偏析现象。
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青铜
③ 其他合金元素在锡青铜中的作用 主要作用是脱氧，改善铸造性能。 少量磷能显著提高合金的弹性极限和 疲劳极限。下左图为铸造锡青铜组织 （＞10.0%Sn、＞0.5%P）
金属材料学
刘 斌 教授
第十章 铜合金
10.1 黄铜
10.2 青铜
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黄铜
铜是人类历史上使用最早的一种金属。铜带领人类走出 了石器时代，创造了青铜时代的辉煌，并不断推进社会文 明的进步。
具有许多可贵的物理性能，如电导率、热导 率都很高，化学稳定性强等。但纯铜的强度 很低，因此结构件常使用铜合金。
Cu
铜合金在电器、电子、机械、车辆、化工、 船舶、航空、工艺品等传统领域具有广泛应 用，也是诸多成分分为：黄铜、青铜、白铜
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黄铜
编钟
永乐大钟
越王勾践剑
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黄铜
一、黄铜的牌号及表示方法 黄铜是以锌为主要元素的铜合金。最简 单的黄铜是铜-锌二元合金，简称普通黄铜。 工业上使用的黄铜含锌含量均在50%（质 量分数）以下。在二元铜-锌合金基础上加入 一种或多种其他合金元素的黄铜，称为特殊 黄铜。 黄铜按其生产工艺可分为压力加工黄铜 和铸造黄铜。
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黄铜
普通黄铜牌号用“黄”字的汉语拼音字头“H” 后面加铜含量表示。特殊黄铜的牌号用“H”加主 添加元素的化学符号，再加铜含量和添加元素的 含量表示。铸造黄铜牌号用“铸”字的汉语拼音 字头“Z”再加铜的化学符号和主添元素的化学符 号及含量表示。
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黄铜
二、普通黄铜
铜-锌二元相图铜端
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黄铜
上图为铜-锌二元合金相图
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青铜
青铜牌号的表示方法是：“青”字的 汉语拼音字头“Q”加上第一个主加元素 的化学符号及含量，再加上其他合金元素 的含量。如QSn4-3表示含4%Sn，3%Zn的 锡青铜；QAl5表示含5%Al的铝青铜。铸造 青铜的牌号为：“Z”表示铸造，“Cu” 表示铜基体元素符号。如ZCuPb表示铸造 铅青铜，铅的平均质量分数为30%。
② 锡青铜的性能
锡青铜有较高的强度、 硬度和耐磨性。抗拉强度随 Sn含量的增加而升高。左图 显示了铸态锡青铜的力学性 能与锡含量之间的关系。 ＞6%Sn
＞ 20%Sn
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铸态锡青铜力学性能与锡含量 的关系
断后伸长率即开始迅速降低
青铜
＜7～ 8%Sn ＞10%Sn 有高的塑性和较高的强度，适用于塑性加工 因塑性低，只适用于铸造用
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青铜
Ni
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青铜
Ti
微量钛（0.1～0.25%）可降低铍 的溶解度，抑制过饱和固溶体的分解， 其作用比镍还好。改善工艺性能、细 化组织、提高强度、减少弹性滞后， 并保持其高的硬度。
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青铜
铍青铜热处理特点是淬火状态具有极好的塑性， 可冷加工成管材、棒材、带材等各种型材。若经过 固溶处理及冷变形后，不仅能提高强度、硬度，而 且能显著提高弹性极限，减少弹性滞后值。淬火的 主要目的是使铍青铜中富铍相固溶于基体中，快速 冷却获得过饱和固溶体，为时效强化做准备。
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青铜
二、锡青铜 Cu-Sn系合金称锡青铜，是历史上应用最早的一种合金。 锡青铜有较高的强度、耐蚀性和良好的铸造性能。
① 锡青铜的组织
铜-锡二元合金相图铜端
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青铜
Sn固溶于Cu中的固溶体，面心立 方结构
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青铜
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青铜
含5%Sn的锡青铜铸态组织
含10%Sn的锡青铜铸态组织
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青铜
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青铜
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黄铜
7）铁黄铜
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黄铜
四、黄铜的热处理 铜无同素异构转变，且铜-锌二元相图中锌在铜中 的溶解度随温度降低而增大，故普通黄铜不能热处理退 火。
黄铜的热处理主要采用：再结晶退火、去应力退火
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黄铜
中间退火 再结晶 退火 最终再结晶 退火 消除冷变形强化恢 复塑性
中间退火
在连续冷变形加工中间进行的，冷加工使材料 产生变形强化，并随着变形程度的增加，在板宽的 方向上发生“边裂”。
P
含磷锡青铜铸态组织
含铅锡青铜铸态组织
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青铜
Pb
不溶于铜中，呈孤立的夹杂物存在， 改善锡青铜的切削加工性和耐磨性，能 显著降低力学性能和热加工性能。 ZCuSn5Pb5Zn5显微组织如上右图所示。
Zn
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青铜
④ 锡青铜的热处理
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青铜
三、铝青铜 铜与铝形成的合金称为铝青铜，是特殊青铜的 一种。铝青铜的强度和耐蚀性比黄铜和锡青铜还高， 是应用最广的一种铜合金，但铸造和焊接性较差。
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黄铜
经过冷变形的黄铜制品在潮 湿的大气中，特别是在含有氨气 的大气或海水中，会发生自动破 裂。 产生的原因：冷加工变形的黄 铜制品内部存在着残余应力， 在腐蚀性介质的作用下，发生 应力腐蚀，导致制品破裂，又 称为“应力破裂”
“季裂”/“自裂”
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黄铜
三、特殊黄铜
在普通黄铜中加入少量的硅、铝、铅、锡、 锰、铁和镍等元素形成特殊黄铜，可改善和提高 黄铜的耐蚀性能、力学性能和切削加工性能等。
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黄铜
衡量中间再结晶退火质量如何，除要求使 冷变形后的变形强化消除，以便继续进行冷加 工外，还要考虑材料再结晶后的晶粒尺寸。
最终再结晶 退火
成品最终再结晶退火，是指成品 最终一次退火，其目的是使产品 的性能满足使用条件的要求，改 善再结晶组织及均匀性。
与中间再结晶退火相比，退火温 度，加热时间的范围要严格控制， 退火必须均匀。
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黄铜
去应力 退火
黄铜的去应力退火通常是在制品加工 完成后进行的，主要作用是去除铸件、 焊接件及冷成型制品的内应力，以防止 制品变形与开裂及提高弹性。
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青铜
一、青铜的牌号及表示方法
青铜是人类历史上最早应用的一种合金。青 铜最早指的是铜-锡合金。但在工业上应用了大 量的含铝、硅、铍、锰和铅的铜基合金，这些也 称为青铜。为了加以区别，通常把铜-锡合金成 为锡青铜（普通青铜），其他称为无锡青铜（特 殊青铜）。
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黄铜
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黄铜
① 普通黄铜的组织
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黄铜
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黄铜
② 普通黄铜的性能 随Zn含量增加，黄铜的导电性、导热 性、密度下降，线膨胀系数提高
Zn
＞32%，黄铜塑性下降，强度持续增 高。在45%Zn时强度最大。再增加锌 含量，脆性增加，强度急剧下降。
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黄铜
铸态黄铜的性能与锌含量的关系
微量元素对Zn38%黄铜中温脆性的影响
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黄铜
5）铅黄铜
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黄铜
HPb59-1挤压棒材的显微组织
ZCuZn40Mn3Fe1铸态的显微组织
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黄铜
6）锰黄铜 黄铜中加入一定量锰有细化晶粒的作用， 并能在不降低塑性的前提下，提高强度、硬度 和在海水及热蒸汽中的耐蚀性。锰黄铜具有良 好的冷、热加工性，广泛用于造船等工业。 ZCuZn40Mn3Fe1其显微组织如上右图所示。
上左图为锌和组织对黄铜性能的影响。黄铜经过变形于再结 晶退火后，其性能与锌含量的关系与铸态相似。由于成分均匀和 晶粒细化，其强度和塑性比铸态都有所提高。 上右图曲线1为28%Zn的黄铜断面收缩率随温度而变化的关系， 在400℃时塑性最低。因此，热加工时温度应高于700℃
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黄铜
合金中存在微量的铅、铋有害杂质与铜形 成低熔点共晶分布在晶界上，热加工时产 生晶间破裂。