合金元素對(duì)銅及銅合金的影響，涉及純銅、黃銅、青銅、白銅
發(fā)布時(shí)間：2020-11-20點(diǎn)擊：6259
一、純銅
1.氧
氧幾乎不固溶于銅，含氧銅凝固時(shí)，氧以共晶體的形式析出，分布于銅的晶界上。鑄態(tài)含氧銅中含氧量極低時(shí)，隨著氧含量的升高依次出現(xiàn)含Cu2O的亞共晶體、共晶體與過(guò)共晶體。
氧與其他雜質(zhì)共存時(shí)則影響極為復(fù)雜，例如微量氧可氧化高純銅中的痕量雜質(zhì)Fe、Sn、P等，提高銅的電導(dǎo)率，若雜質(zhì)含量較多，氧的該作用則不明顯。
氧能部分削弱Sb、Cd對(duì)銅導(dǎo)電性的影響，但不改變As、S、Se、Te、Bi等對(duì)銅導(dǎo)電性的影響。
可采用P、Ca、Si、Li、Be、Al、Mg、Zn、Na、Sr、B等作為銅的脫氧劑，其中P是***常用的。含P量達(dá)到0.1%時(shí)，雖不影響銅的力學(xué)性能，卻嚴(yán)重降低銅的電導(dǎo)率，對(duì)于高導(dǎo)銅，磷含量不得大于0.001%。
某些情況下紫銅中特意保留一定量的氧，一方面它對(duì)銅性能的影響不大，另一方面Cu2O可與Bi、Sb、As等雜質(zhì)起反應(yīng)，形成高熔點(diǎn)的球狀質(zhì)點(diǎn)分布于晶粒內(nèi)，消除了晶界脆性。
當(dāng)氧含量為0.016%~0.036%之間時(shí)，隨著氧含量增加銅的抗拉強(qiáng)度增加，但銅的塑性和疲勞極限會(huì)降低，氧含量增加對(duì)銅的電導(dǎo)率影響不大。
當(dāng)氧含量為0.003%~0.008%，鐵含量為0.06%~2.09%之間時(shí)，隨著兩種元素含量的增加，銅的電導(dǎo)率和伸長(zhǎng)率均顯著下降，而抗拉強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度顯著升高。
氧和砷共存時(shí)，對(duì)銅的力學(xué)性能無(wú)明顯影響，但顯著降低銅的電導(dǎo)率。
2.氫
氫在液固與固態(tài)銅中的溶解度均隨著溫度的升高而增加。氫在固態(tài)銅中形成間歇固溶體，提高銅的硬度。
含氧銅在氫氣中退火時(shí)，氫可與銅中的Cu2O反應(yīng)，產(chǎn)生高壓水蒸氣，使銅破裂，俗稱(chēng)“氫病”。氫病的發(fā)生與危害程度與溫度有關(guān)。150℃時(shí)，因水蒸氣處于凝聚狀態(tài)，不引發(fā)氫病，含氧銅在氫氣中擱置10a也不破裂；200℃時(shí)可放置1.5a，在400℃氫氣中只能停放70h。以Mg或B脫氧的銅不發(fā)生氫病。
3.硫
硫在室溫銅中的溶解度為零，硫在銅中以Cu2S的彌散質(zhì)點(diǎn)存在，降低銅的電導(dǎo)率與熱導(dǎo)率，但極大地降低銅的塑性，顯著改善銅的可切削性能。
4.硒
銅中的微量硒以Cu2Se化合物形式存在，硒在固態(tài)銅中的溶解度極低，對(duì)銅的電導(dǎo)率及熱導(dǎo)率的影響很小，但顯著降低銅的塑性，并大幅度提高銅的可切削性能。
5.碲
碲在固態(tài)銅中的溶解度很小，以Cu2Te彌散質(zhì)點(diǎn)存在，對(duì)銅的電導(dǎo)率及熱導(dǎo)率的影響很小，但能顯著改善銅的可切削性能。
含0.06%~0.70%Te的銅在工業(yè)中獲得了應(yīng)用，并在淬火和加工狀態(tài)下應(yīng)用，不要回火，以免Cu2Te沿晶界沉淀，使材料變脆。
微量(0.003%)硒和碲(0.0005%~0.0030%)顯著降低銅的可焊性能。
6.磷
磷在銅中的***大溶解度（714℃共晶溫度時(shí)）為1.75%，室溫時(shí)幾乎為零，顯著降低銅的電導(dǎo)率及熱導(dǎo)率，但對(duì)鋼的力學(xué)性能與焊接性能有良好的影響。因此，在以磷脫氧的銅中，要求有一定量的殘留磷。磷能提高銅熔體的流動(dòng)性。
直接封裝電真空用的無(wú)氧銅的含磷量***好不大于0.0003%，否則硼化處理氧化膜易剝落，可引起電子管泄漏。Si、Mg等也有與磷相似的影響。
7.砷
在共晶溫度時(shí)，砷在銅中的溶解度可達(dá)6.77%。少量砷可改善含氧銅的加工性能，對(duì)力學(xué)性能的影響很小，顯著提高銅的再結(jié)晶溫度，降低銅的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能。
As可與銅中的Cu2O起反應(yīng)形成高熔點(diǎn)的砷酸銅質(zhì)點(diǎn)，消除了晶界上的Cu+Cu2O共晶體，從而提高了銅的塑性。
含0.15%~0.50%砷的銅可用于制造在高溫還原氣氛中工作的零部件、發(fā)電廠低壓給水加熱器。
8.銻
在共晶溫度645℃時(shí)，銻在銅中的溶解量可達(dá)9.5%，并隨著溫度的下降而急速減少。
銻降低銅的抗蝕性、電導(dǎo)率與熱導(dǎo)率。電工銅含Sb量不得大于0.02%。銻可與含氧銅中的Cu2O反應(yīng)形成高熔點(diǎn)的球狀質(zhì)點(diǎn)，分布于晶粒內(nèi)，可消除晶界上的Cu+Cu2O共晶體，提高銅的塑性。
9.鉍
鉍在銅中的溶解度可忽略不計(jì)，即使在800℃時(shí)的溶解度也只不過(guò)0.01%。在270℃鉍與銅形成共晶體，其中的鉍呈薄膜分布于晶界，嚴(yán)重降低銅的加工性能。因此，其含量不得大于0.002%。
Bi對(duì)銅的熱導(dǎo)率與電導(dǎo)率的影響不大，真空開(kāi)關(guān)觸頭銅可含0.7%~1.0%Bi。因?yàn)樗懈叩碾妼?dǎo)率，并能防止開(kāi)關(guān)粘結(jié)，提高其工作期限與確保運(yùn)轉(zhuǎn)安全。
10.鉛
鉛不固溶于銅，呈黑色質(zhì)點(diǎn)分布于易熔共晶體中，存在于晶界上。
Pb對(duì)銅的電導(dǎo)率與熱導(dǎo)率無(wú)顯著影響，還能大幅度提高銅的可切削性能。含1.0%Pb的銅合金用于加工高速切削零件。
Pb嚴(yán)重降低Cu的高溫塑性，即伸長(zhǎng)率δ與面縮率ψ劇烈下降，同時(shí)高溫脆性區(qū)也隨著銅含量的增加而擴(kuò)大。
11.鐵
1050℃時(shí)，鐵在銅中的溶解度可達(dá)3.5%，635℃時(shí)的溶解量下降到0.15%。鐵的有益作用是：細(xì)化銅晶粒，延遲銅的再結(jié)晶過(guò)程，提高其強(qiáng)度與硬度。
鐵會(huì)降低銅的塑性、電導(dǎo)率與熱導(dǎo)率。
如果鐵在銅中呈獨(dú)立的相，則銅具有鐵磁性。
含0.45%~4.5%Fe的銅合金既有高的強(qiáng)度又有良好的耐熱性、導(dǎo)電性、可焊性好與加工成型性，是一類(lèi)獲得應(yīng)用的電工材料。
在組裝某些電子器件時(shí)，引線框架需能承受350℃的高溫?cái)?shù)分鐘，以及高達(dá)500℃的高溫?cái)?shù)秒鐘。因此，含鐵的C19400及C19500合金被選為引線框架材料，因?yàn)樗鼈兊碾妼?dǎo)率、強(qiáng)度與抗氧化能力好。
12.銀
在共晶溫度780℃時(shí)，銀在銅中的溶解度為7.9%，但室溫時(shí)的溶解度僅0.1%左右。盡管如此含0.5%Ag的銅合金在實(shí)際生產(chǎn)中仍可能為單一的固溶體。
銀與可固溶Cu的元素不同，含銀量少時(shí)，銅的電導(dǎo)率與熱導(dǎo)率的下降不多，對(duì)塑性的影響也甚微，并顯著提高銅的再結(jié)晶溫度與蠕變強(qiáng)度。因此，含0.03%~0.25%Ag高銅合金成為一類(lèi)很有實(shí)用價(jià)值的電工材料，如C11300、C11400、C11500、C11600、C15500等。含銀的銅帶是一種廣為應(yīng)用的汽車(chē)水箱材料。
含Ag的C15500合金（99.75Cu-0.11Ag-0.06P）是一種良好的引線框架材料，既有高的電導(dǎo)率又有相當(dāng)高的強(qiáng)度與抗軟化能力。
13.鈹
鈹是銅的有效脫氧劑之一，但由于鈹?shù)膬r(jià)格昂貴又不易添加，故不用作脫氧劑，而作為鈹青銅的主要合金元素。作為雜質(zhì)存在的微量鈹固溶于銅中，對(duì)銅的力學(xué)性能及工藝性能的影響甚微，略使銅的電導(dǎo)率與熱導(dǎo)率下降，明顯提高銅的抗高溫氧化能力。
14.鋁
作為雜質(zhì)存在的微量鋁固溶于銅，對(duì)銅的力學(xué)性能與工藝性能無(wú)明顯影響，但降低銅的電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率、釬焊焊性能與鍍錫性能等，提高銅的抗氧能力。
15.鎂
在共晶溫度485℃時(shí)，鎂在銅中的固溶度為0.61%，并隨著溫度的下降而急劇減少，因而含鎂量高的（2.5%~3.5%）合金有沉淀硬化作用。
實(shí)際應(yīng)用的Cu-Mg合金的鎂含量不到1%，如含0.3%~1.0%Mg的銅合金用于加工導(dǎo)電線材。這些合金無(wú)時(shí)效作用，只能通過(guò)冷加工強(qiáng)化。微量鎂略使銅的電導(dǎo)率下降，提高銅的抗高溫氧化能力，也對(duì)銅有脫氧作用。
16.鋰、硼、錳、鈣
這些元素對(duì)銅都有脫氧作用。作為雜質(zhì)存在的鋰可與銅中的雜質(zhì)鉍等生成高熔點(diǎn)化合物，呈細(xì)化彌散狀態(tài)分布于晶粒內(nèi)，提高銅的高溫塑住，微量鋰幾乎不影響銅的電導(dǎo)率與熱導(dǎo)率。
作為銅脫氧劑而殘存的0.005%~0.015% B能細(xì)化銅晶粒，提高銅的力學(xué)性能與工藝性能。
錳可作為銅的脫氧劑，以錳脫氧的銅中一般含0.1%~0.3%Mn，固溶于銅，一方面提高銅的軟化溫度，另一方面有益于銅的力學(xué)性能與工藝性能。
鈣幾乎不固溶于銅，作為雜質(zhì)存在的鈣可與雜質(zhì)Bi等形成高熔點(diǎn)化合物，以質(zhì)點(diǎn)形式均勻地分布于晶粒內(nèi)，提高銅的高溫塑性。
17.稀土元素
稀土元素一般幾乎不固溶于銅，但少量的稀土金屬不管是單獨(dú)還是混合的形式加入，都對(duì)銅的力學(xué)性能有益，而對(duì)銅的電導(dǎo)率影響又不大。這類(lèi)元素可與銅中的雜質(zhì)鉛、鉍等形成高熔點(diǎn)化合物，呈細(xì)小的球形質(zhì)點(diǎn)均布于晶粒內(nèi)，細(xì)化晶粒，提高鋼的高溫塑性。
向銅中添加0.008%混合稀土即可顯著改善銅的工藝性能；加入小于0.l%Y時(shí)，銅的力學(xué)性能與工藝性能就有所改善；含0.01%~0.15% La的銅合金的力學(xué)性能、電導(dǎo)率、抗軟化溫度均優(yōu)于Cu-0.15Ag合金，已在工業(yè)中獲得應(yīng)用。
18.難熔金屬及其他金屬
鎢、鉬、鈮、鈾、钚等元素幾乎不固溶于銅，鈦、鋯、鉻、鈷等元素少量固溶于銅，但它們都不同程度地細(xì)化銅晶粒，提高其再結(jié)晶溫度，中和一些易熔雜質(zhì)的有害作用，對(duì)改善高溫塑性有益。
含少量鋯（Cl5000、C15100、C18100)）、鈷（C17110、C17500）、鉻（C18400、C18200、C18500）的銅合金已在工業(yè)上獲得應(yīng)用，成為良好的電工材料。
二、黃銅
1.鐵
鐵在固態(tài)銅中的熔解極微，呈富鐵相質(zhì)點(diǎn)分布于α基體中，有細(xì)化晶粒作用。H60黃銅添加0.3%~0.6%Fe，有較強(qiáng)的晶粒細(xì)化作用，但抗磁銅材的含鐵量應(yīng)小于0.3%。雜質(zhì)鐵對(duì)黃銅的力學(xué)性能無(wú)明顯影響。
2.鉛和鉍
鉛和鉍對(duì)于一般黃銅中是有害雜質(zhì)，鉍的危害比鉛的大。
鉛呈顆粒狀存在于晶界上的易熔共晶體中，α黃銅的含鉛量若大于0.03%會(huì)出現(xiàn)熱脆性，對(duì)冷加工性能無(wú)明顯影響。鉛對(duì)雙相黃銅的加工性能無(wú)大的影響，其允許含量可稍高一些。
鉍在黃銅中呈連續(xù)的脆性薄膜分布于晶界上，使黃銅在冷、熱加工時(shí)發(fā)脆。
含鉛、鉍量超過(guò)允許限度的冷軋黃銅在退火過(guò)程中若加熱速度過(guò)快，會(huì)產(chǎn)生“火裂”即突然爆裂。
含鉛、鉍的黃銅添加少量鋯之類(lèi)的元素，使它們形成高熔點(diǎn)化合物，可消除它們的危害。
3.銻
銻在銅中的溶解度隨著溫度的下降而急劇減小，在其含量還不到0.1%時(shí)，就會(huì)形成Cu2Sb，呈網(wǎng)狀分布于晶界，使黃銅的冷加工性能大幅度下降。
銻還使銅合金產(chǎn)生熱脆性。
黃銅添加微量鋰可形成高熔點(diǎn)化合物Li3Sb，呈細(xì)小顆粒均布于晶粒內(nèi)，從而消除銻的不利影響。
由于銻在高溫下在銅中的熔解度較大，因而固溶處理可提高含銻黃銅的冷加工性能。
4.磷
磷在α銅中的固溶度很小，少量磷有晶粒細(xì)化作用，提高黃銅的力學(xué)性能。黃銅中磷含量大于0.05%時(shí)，就會(huì)形成脆相的Cu3P，降低黃銅的加工性能。
磷顯著提高黃銅的再結(jié)晶溫度，使再結(jié)晶晶粒粗細(xì)不均勻。
5.砷
砷在室溫黃銅中的溶解度小于0.01%，含量較大時(shí)則形成脆相化合物Cu3As，分布于晶界，降低黃銅的加工性能。含0.02%~0.05%As的黃銅的抗腐蝕性能能得到提高，不會(huì)產(chǎn)生脫鋅現(xiàn)象。
三、青銅
1.錫青銅
（1）磷
錫青銅的磷含量一般不超過(guò)0.45%。當(dāng)磷含量大于0.5%時(shí)在637℃左右會(huì)發(fā)生共晶-包晶反應(yīng)L+α?β+Cu3P，引起熱脆。合金的磷含量大于0.3%時(shí)，組織中會(huì)出現(xiàn)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，提高錫青銅的流動(dòng)性。缺點(diǎn)是加大鑄錠的逆偏析。
材料冷加工前的晶粒尺寸和加工后的低溫退火（180~300℃）對(duì)錫-磷青銅的力學(xué)性能有較大的影響。晶粒細(xì)小時(shí)，材料的強(qiáng)度、硬度、彈性模量、疲勞強(qiáng)度都比粗晶粒材料高，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(qiáng)度、塑性、彈性極限與彈性模量均有所提高，還能改善彈性穩(wěn)定性。
（2）鋅
鋅是錫青銅的合金元素之一，鋅在錫青銅α固溶體中的溶解度大。因此Cu-Sn-Zn加工青銅為單相α固溶體，Zn提高合金的流動(dòng)性、縮小結(jié)晶溫度區(qū)間，減輕逆偏析，而對(duì)其組織與性能無(wú)大的影響。
Zn在加工錫青銅中的含量一般不大于5%。
（3）鉛
Pb在錫青銅中的含量不超過(guò)5%，它不固溶于α相，以游離狀態(tài)存在，呈黑色質(zhì)點(diǎn)分布于枝晶之間，但分布不均勻。
Pb可降低錫青銅的摩擦系數(shù)，改善耐磨性能，提高可切削性能，但略使合金的力學(xué)性能下降。
（4）鐵
Fe是錫青銅的雜質(zhì)，其***大含量為0.05%，有細(xì)化晶粒、延緩再結(jié)晶過(guò)程，提高強(qiáng)度與硬度作用。但含量不得超過(guò)極限值，否則會(huì)形成過(guò)多的富鐵相，降低合金的抗蝕性與工藝性能。
（5）錳
Mn是錫青銅的有害雜質(zhì)之一，對(duì)其含量應(yīng)嚴(yán)加控制，不得大于0.002%。
錳易氧化生成氧化物，降低合金熔體流動(dòng)性，而在凝固后又分布于晶界上，削弱晶間結(jié)合，使強(qiáng)度下降。
（6）鈦
Ti可與Sn形成化合物TiSn，固溶于銅，有沉淀強(qiáng)化作用，并能提高加工錫青銅退火后的硬度和軟化溫度。含0.20%~0.75%Ti與、5%Sn的青銅合金，在800℃固溶處理1h，淬火后在450℃時(shí)效1h可達(dá)到峰值硬度。
（7）鈹
Be可與Sn形成金屬間化合物，使合金的強(qiáng)度升高。
Cu-4.5%Sn-1.0%Be青銅淬火后在325℃時(shí)效具有***大硬度值。
（8）鋁與鎂
鋁在Sn青銅中的含量不宜大于0.002%，Mg的含量也應(yīng)嚴(yán)加控制，因?yàn)樗鼈兊难趸飼?huì)使合金的強(qiáng)度下降及熔體流動(dòng)性降低。而國(guó)外已開(kāi)發(fā)出一些含Al及含Mg的錫青銅，不但有高的強(qiáng)度，而且抗蝕性也好，如Cu-5Sn-7Al合金有高的抗蝕性與強(qiáng)度，又如Cu-5Sn-lMg錫青銅在時(shí)效處理后的強(qiáng)度可達(dá)900 MPa、30 HRC，電導(dǎo)率為30%~35% IACS，可用于制造具有高的強(qiáng)度、較高的抗蝕性、電導(dǎo)率好的元器件。
（9)硅
Si 是錫青銅的有害雜質(zhì)之一，微量Si可國(guó)溶于α相中，對(duì)合金的力學(xué)性能有益，但在高溫下易形成SiO2，會(huì)使熔體流動(dòng)性下降。若殘留于鑄錠中，又有損于其強(qiáng)度。Si的***大含量為0.002%。
(10)銻與鉍
銻與鉍都是錫青銅的有害雜質(zhì)元素，其允許***大含量為0.002%。它們都不固溶于α相。
(11)鋯、鈮、硼
三種元素幾乎不固溶于α相中，微量Zr、Nb、B有晶粒細(xì)化作用。因此對(duì)錫青銅的力學(xué)性能與壓力加工性能有益。
2.鋁青銅
(1)鐵
少量Fe可固溶于Cu-Al合金的α固溶體中， 若過(guò)量則會(huì)形成針狀FeAl3，使合金的力學(xué)性能與抗蝕性降低。因此，合金中的Fe含量不應(yīng)超過(guò)5%。
若合金中的Ni、Mn、Al 含量增多，會(huì)進(jìn)一步降低Fe在固溶體中的溶解度。鐵可使鋁青銅中的原子擴(kuò)散速度減慢，增加β相穩(wěn)定性，因而能抑制引起合金變脆的“自退火”現(xiàn)象，使合金的脆性大大下降。
適量鐵能細(xì)化鋁青銅鑄造與再結(jié)晶晶粒，提高力學(xué)性能，加0.5%~1.0%Fe就有明顯的細(xì)化晶粒效果。
(2)鎳
鎳在Cu-Al合金中有一定的固溶度，當(dāng)Ni含量超過(guò)***大固溶度時(shí)會(huì)有K相NiAl相形成。Ni一方面提高鋁青銅的共析轉(zhuǎn)變溫度，另一方面又使共析點(diǎn)成分向升溫方向移動(dòng)，還能改變α相的形態(tài)。Ni含量低時(shí)，α相呈針狀，鎳含量達(dá)3%時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)槠瑺睢?/span>
在Cu-Al-Ni合金中添加Mn，β相發(fā)生共析轉(zhuǎn)變時(shí)有形成粒狀組織的傾向。
Ni能顯著提高鋁青銅的強(qiáng)度、硬度、熱穩(wěn)定性與抗蝕性，含有一定量Ni的的Cu-Al-Ni-Fe合金在熱加工后不需要再固溶處理與淬火，即可直接時(shí)效。
鋁青銅中同時(shí)添加Ni和Fe，可獲得更佳的綜合性能。在Cu-A1-Ni-Fe合金中，κ相的析出形態(tài)對(duì)其力學(xué)性能的影響甚大。Ni與Fe的***佳含量比為0.9~1.1。
(3)錳
Mn在Cu-Al合金α固溶體中有較大的溶解度，卻又降低鋁在α中的固溶度。錳對(duì)β相分解起穩(wěn)定作用，降低相變開(kāi)始溫度，推遲共析轉(zhuǎn)變。
鋁青銅中的含Mn量不超過(guò)***大溶解度極限，對(duì)合金的力學(xué)性能與抗蝕性有益，它們有良好的加工成形性能。
含0.3%~0.5%Mn的二元鋁青銅有相當(dāng)好的熱加工性能，熱軋時(shí)的開(kāi)裂傾向顯著減少。
含Mn的鋁青銅添加一定量Fe，合金的性能得到進(jìn)一步攻善，因?yàn)镕e能細(xì)化晶粒，不過(guò)鐵會(huì)減弱Mn對(duì)β相的穩(wěn)定作用。
(4)錫與鉻
鋁青銅添加≤0.2%Sn，能提高合金在蒸汽和微酸性氣氛中抵抗應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的能力。
鉻可提高二元Cu-Al合金的力學(xué)性能，抑制合金退火時(shí)的晶粒長(zhǎng)大，提高退火材料的硬度。
(5)鋅與硅
鋅在Cu-Al合金α中有限溶解，擴(kuò)大α相區(qū)。但Zn會(huì)減少Cu-Al-Ni-Fe合金的富鐵相質(zhì)點(diǎn)，使耐磨性下降。加工鋁青銅的雜質(zhì)鋅的***大含量為1.0%。
硅是鋁青銅的雜質(zhì)，其含量不得越過(guò)0.2%，對(duì)大多數(shù)鋁青銅不得大于0.1%，否則會(huì)降低合金的力學(xué)性能與工藝性能，但能改善合金的可切削性能。
(6)磷、硫、砷、銻、鉍
以上元素均為鋁青銅的有害雜質(zhì)，降低合金的力學(xué)性能、工藝性能及其他性能，須嚴(yán)格控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。
3.硅青銅
(1)錳
適量Mn對(duì)硅青銅的力學(xué)性能、抗蝕性能與工藝性能有益。含量小于3%Si、1%Mn的合金在高溫下為單一的α固溶體，當(dāng)冷卻到450℃以下時(shí)，會(huì)析出脆性相Mn2Si，但幾乎無(wú)強(qiáng)化效果。
合金的Si含量越高，沉淀的Mn2Si也越多，發(fā)生自裂傾向也越大。把硅含量控制在3%以下對(duì)材料進(jìn)行低溫退火可消除自裂現(xiàn)象。
(2)鎳
含Ni的硅青銅有良好的力學(xué)性能、抗蝕性和導(dǎo)電性。
Ni與Si可形成化合物Ni2Si，Ni在共晶溫度1025℃在α固溶體中的固溶度溶度可達(dá)9%，而室溫時(shí)的固溶度幾乎為零。因此，當(dāng)合金中的Ni、Si含量比為4:1時(shí)，可全部形成Ni2Si，有較強(qiáng)的時(shí)效硬化作用，使合金具有良好的綜合性能。
合金中的Ni/Si比值小于4時(shí)，雖有高的強(qiáng)度與硬度，但其電導(dǎo)率與塑性會(huì)降低，不利于壓力加工。Cu-Si-Ni合金添加少量（0.1%~0.4%）Mn，可改善合金的性能，因?yàn)镸n既有脫氧作用又有固溶強(qiáng)化效果。
(3)鉻
Cr與Ni的作用相似，能形成固溶于α的硅化鉻，但沒(méi)有時(shí)效硬化效果，是硅青銅的有害雜質(zhì)之一。
(4)鈷
鈷與硅可形成能固溶于α中的Co2Si，并且其溶解度隨著溫度的下降而減少，有一定的時(shí)效強(qiáng)化效果。淬火溫度為1000~1050℃，時(shí)效溫度500~550℃。含少量鈷的合金已得到應(yīng)用。如C66400等。
(5)鋅
鋅可較多地固溶于Cu-Si合金的α中，提高合金的強(qiáng)度與硬度，縮小合金的凝固溫度范圍，提高合金的流動(dòng)性，改善其鑄造性能。Cu-3.5Si-3Zn-1.5Fe青銅用于制造高溫軸套。
(6)鐵
雖然Fe在α固溶體中的溶解度隨著溫度的降低而顯著減少，室溫溶解度幾乎為零。時(shí)效強(qiáng)化效果甚微。Cu-Si合金中的Fe含量不得大于0.3%。否則形成單獨(dú)的相，大大降低合金的抗蝕性。
(7)鈦
Ti對(duì)硅青銅有晶粒細(xì)化效果，并能增強(qiáng)Cu-Si合金的時(shí)效硬化效果，提高材料的強(qiáng)度與硬度。
(8)鉛、鋁、鉍、砷、銻、硫、磷
以上元素都是硅青銅中的有害雜質(zhì)，須嚴(yán)加控制。Pb雖提高合金的抗磨性和可切削性能，但會(huì)引起熱裂。鋁對(duì)硅青銅的強(qiáng)度和硬度有益，但使焊接性能變差。
4.錳青銅
加工錳青銅為Cu-Mn二元合金，有相當(dāng)高的力學(xué)性能，抗腐蝕、耐熱、可進(jìn)行冷、熱壓力加工，多用于制造在高溫下工作的零件。
Mn可大量固溶于銅，有較高的固溶強(qiáng)化作用，Mn能提高銅的再結(jié)晶溫度（150~200℃）。含16.3 at.%Mn的銅合金在400℃形成面心立方晶格的有序相Cu5Mn。含25.0 at.%Mn的銅合金于450℃形成面心立方晶格的有序相Cu3Mn。
Mn提高合金的硬度與強(qiáng)度，伸長(zhǎng)率開(kāi)始階段隨Mn含量的提高而上升，于4%~5%Mn時(shí)達(dá)到***大值，然而后下降，但變化不大。
(1)鋅
Zn在Cu-Mn合金中的固溶度很大，有一定的固溶強(qiáng)化作用。
(2)鎳
Ni可固溶于Cu-Mn合金的α固溶體中，有固溶強(qiáng)化作用，同時(shí)提高合金的抗蝕性。Cu-20Mn-20Ni合金是一種時(shí)效硬化型銅合金，其硬狀態(tài)材料的力學(xué)性能為抗拉強(qiáng)度1200MPa~1300MPa，屈服強(qiáng)度1150MPa~1250MPa，伸長(zhǎng)率1%~4%，維氏硬度370~410，彈性模量157GPa。
(3)錫
Sn是錳青銅中的雜質(zhì)元素之一，其***大含量為0.1%，溶于Cu-Mn固溶體α中，Sn擴(kuò)大錳青銅的凝固溫度范圍。
(4)鋁、砷、硅、銻、鉛、磷、硫、鐵、鉍
以上元素都是錳青銅的雜質(zhì)，含量應(yīng)控制在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍，含2%Al的56Cu-42Mn合金是一種可熱處理強(qiáng)化的合金，經(jīng)固溶處理與時(shí)效后，其強(qiáng)度幾乎與結(jié)構(gòu)鋼相當(dāng)，并且與很強(qiáng)的吸震能力，比灰鑄鐵的還高30%左右，是一種既可以壓力加工又可以鑄造的合金，還有良好的可焊性，已用于制造墊片、齒輪、鋸片之類(lèi)的消震零件。
(5)鉻青銅及鎘青銅
Cr及Cd均可與銅形成固溶體，而且其固溶度隨著溫度的下降而顯著減少，因此它們都有沉淀硬化作用。這兩類(lèi)青銅由高的強(qiáng)度和硬度，抗磨、耐熱、電導(dǎo)率與熱導(dǎo)率高，加工成型性能好，是制造導(dǎo)電、耐磨零件的優(yōu)選材料。
鎘是一種對(duì)人體有害的元素，在熔煉時(shí)應(yīng)注意防護(hù)其蒸氣對(duì)人的危害。鎘含量低的Cu-Cd合金時(shí)效硬化效果很小，沒(méi)有實(shí)際生產(chǎn)意義。
(6)鋁及鎂
Al與Mg可作為鉻青銅的合金元素，它們可在Cu-Cr合金表面形成一層薄而致密的與基體金屬結(jié)合牢靠的氧化物膜，提高合金的高溫抗氧化性能與耐熱性。不過(guò)Al及Mg在合金中的含量通常各不大于0.3%。
(7)錫及鈦
鉻青銅中添加一定量的Sn和Ti，可形成有時(shí)效硬化作用的TiSn金屬間化合物，對(duì)合金強(qiáng)度、硬度和耐熱性有益。含0.3%~0.5%Cr、0.15%~0.25%Sn、0.05%~0.12%Ti是一種可在250℃下長(zhǎng)期使用的導(dǎo)電材料。
(8)鋯
Cr與Zr形成固溶于Cu的化合物Cr2Zr，而且其溶解度隨著溫度的降低而明顯減少，使合金的強(qiáng)度、硬度、耐熱性有所提高，同時(shí)對(duì)合金電導(dǎo)率的影響很小。
(9)鉿
鉿在這類(lèi)青銅中的作用與Zr相似，可與Cu 形成有一定時(shí)效強(qiáng)化作用的銅鉿化合物。Cu-0.6Cr合金在時(shí)效后的強(qiáng)度隨鉿含量的上升而提高，但其電導(dǎo)率則隨鉿含量的增加而下降。含0.6%Cr與0.2%~0.6%Hf的青銅于400~450℃時(shí)效3~20h后，既有高的力學(xué)性能又有良好的電導(dǎo)率，其抗拉強(qiáng)度≥600 MPa，電導(dǎo)率達(dá)80% IACS。
(10)鋅與銀
鋅可溶于鉻青銅的α固溶體中，能提高合金的強(qiáng)度性能，而對(duì)其電導(dǎo)率的影響不大。鉻青銅添加約0.2%Ag，一方面能顯著提高合金的軟化溫度，另一方面又不降低合金的電導(dǎo)率。
(11)鉻
鉻是鎘青銅的一種有益的微量元素，少量鉻（0.35%~0.65%）對(duì)其時(shí)效強(qiáng)化效果有較明顯的有益影響。
(12)鐵、鉛、鉍、砷、磷
以上元素都是這兩類(lèi)青銅的有害雜質(zhì)，應(yīng)嚴(yán)加控制，不得超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的***大值。
5.鋯青銅
在共晶溫度966℃時(shí)，鋯在銅中的極限溶解度只有0.15%，但隨著溫度的下降而急劇減少。因此鋯青銅有時(shí)效強(qiáng)化作用，強(qiáng)化相為β(Cu5Zr或Cu3Zr)。鋯青銅有高的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性與耐熱性，并有良好的抗蠕變性能。在400℃以下，鋯青銅的強(qiáng)度雖與鋯青銅的相當(dāng)，但前者電導(dǎo)率與塑性卻比后者高。鋯顯著提高銅合金的再結(jié)晶溫度，其效果比其它元素的都大。
在含有少量Cr的鋯青銅中，會(huì)出現(xiàn)可固溶于α相中的化合物Cr2Zr，在高溫下為密集六方晶格，低溫時(shí)為面心立方晶格。Cu-0.3Zr-0.34Cr合金有較明顯的時(shí)效強(qiáng)化作用，因?yàn)樗屑s0.64%Cr2Zr。Cu-Zr-Cr合金因Zr、Cr含量的不同，而從固溶體中單獨(dú)析出Cr2Zr或同時(shí)析出β相與Cr2Zr，起合金強(qiáng)化作用。砷可與Zr形成Zr-As化合物。
As可把Cu-Zr合金的共晶溫度提高到1000~1020℃，增加鋯在該溫度的溶解度而降低它在低溫下的溶解度，細(xì)化鉛青銅的晶粒，抑制合金在加熱時(shí)的晶粒長(zhǎng)大。
銻、錫、鉛、硫、鐵、鉍、鎳等元素都是鋯青銅的有害雜質(zhì)，不得超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的極限值。
6.鈹青銅
加工鈹青銅的正常鈹含量為0.20%~2.00%，一般還0.2%~2.7%Co或小于2.2%Ni。鈹青銅又分為兩類(lèi)：①高強(qiáng)度合金，如C17200、C17000；②高導(dǎo)性合金，其鈹含量較低，通常不大于0.7%，如C17500、C17510、C17410。鈹含量接近12 at.%的高強(qiáng)度合金呈金黃色，而鈹含量較低的高導(dǎo)鈹青銅為淡紅色或珊珊金黃色。
(1)鎳和鈷
鎳和鈷是鈹青銅的合金化元素， Ni與Be可形成有序體心立方晶格的化合物NiBe，NiBe硬度高達(dá)610 MPa。NiBe可溶于α固溶體，在共溫度1030℃的***大溶解度為3.25%（0.42%Be、2.83%Ni），NiBe的溶解度隨著溫度的下降而顯著減少，故此類(lèi)合金有明顯的時(shí)效硬化效果。
Cu-Be合金中加人0.2%~0.5%Ni能延緩再結(jié)晶過(guò)程、阻礙晶粒長(zhǎng)大、大大減慢冷卻時(shí)的相變過(guò)程、抑制時(shí)效時(shí)的晶界反應(yīng)，因此少量Ni能進(jìn)一步提高鈹青銅在時(shí)效后的力學(xué)性能。
不過(guò)工業(yè)鈹青銅含有少量Ni時(shí)會(huì)出現(xiàn)硬而脆的γ1相，降低合金的疲勞強(qiáng)度、彈性滯后和彈性穩(wěn)定性。因此，既要控制γ1相的數(shù)量又要控制其分布形態(tài)。
高電導(dǎo)率鍍青銅常含有一定的Co。它可與形成化合物CoBe及Co5Be21。CoBe屬于體心立方晶格，其顯微硬度高達(dá)443 MPa。CoBe在α固溶體中的固溶量隨著溫度的下降而減少，在共晶溫度1011℃的***大溶解度為2.7%，因而當(dāng)合金含有一定量Co，可通過(guò)固溶與時(shí)效處理提高鍍青銅的強(qiáng)度性能。
少量Co（0.2%~0.5%）能阻礙鈹青銅在加熱過(guò)程中的晶粒長(zhǎng)大、延緩固溶體分解、抑制晶界反應(yīng)、避免晶界附近由于過(guò)時(shí)效而形成的組織不均勻性，從而提高合金的沉淀硬化效果。
(2)鈦
鈦可與鈹形成固溶于α固溶體的金屬化合物TiBe2，在共晶溫度825℃時(shí)的***大固溶度為3.7%，溫度下降時(shí)，其固溶度會(huì)急劇減少，因而TiBe2有沉淀硬化作用。含少量Ti的Cu-Be-Ni合金中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)富鈦的化合物，如果呈條狀分布，會(huì)使合金在加工過(guò)程中出現(xiàn)層狀開(kāi)裂。
含少量Ni的Cu-Be合金添加0.10%~0.25%Ti可使其硬脆γ1相的量減到***低限度，使合金組織均勻，一方面能改善合金的加工性能與提高疲勞強(qiáng)度，另一方面使時(shí)效后的材料有好的彈性穩(wěn)定性和低的彈性滯后；少量鈦既能細(xì)化鑄錠的晶粒又能細(xì)化退火材料的晶粒，降低鈹?shù)臄U(kuò)散速度，減弱晶界反應(yīng)，阻礙脫溶相優(yōu)先在晶界沉淀，使合金沉淀相分布均勻，提高材料的力學(xué)性能。
(3)鎂
鎂降低鈹在固態(tài)銅中的溶解度。含2%Be的鍍青銅添加0.2%~0.5%Mg，在合金晶界上會(huì)出現(xiàn)低熔點(diǎn)共晶體Cu2Mg+Cu，其熔點(diǎn)約730℃，使材料在熱加工過(guò)程中易開(kāi)裂。向QBe1.9和QBe2合金添加0.02%~0.15%Mg，不但能細(xì)化晶粒，而且會(huì)使γ1相質(zhì)點(diǎn)既細(xì)小又均勻地分布，提高材料的力學(xué)性能及其穩(wěn)定性。少量鎂對(duì)鈹青銅的可焊性與抗蝕性無(wú)影響。
(4)鐵
一般鈹青銅的含Fe量應(yīng)小于0.1%。鐵含量過(guò)多，不但會(huì)形成含鐵的相，增加合金的組織不均勻，降低其抗蝕性，而且會(huì)減少Be在α固溶體中的過(guò)飽和度，即降低合金的沉淀硬化效果。
鐵能細(xì)化晶粒，而且固溶的Fe能延遲過(guò)飽和固溶體分解與抑制晶界反應(yīng)。
(5)錫
少量錫能固溶于鈹青銅的α固溶體，延遲過(guò)飽和固溶體分解，顯著抑制晶界的不連續(xù)沉淀，防止過(guò)時(shí)效，故可用錫代替部分鈹，例如含1.30%Be、0.25%Co、3%Sn、1.0%Zn的銅合金的力學(xué)性能與QBe 2青銅的相當(dāng)，且有很高的可切削性能。
(6)錳
錳可與鈹形成溶于α固熔體中的化合物MnBe2，在共晶溫度782℃時(shí)的***大溶解度為7.3%，而且會(huì)隨著溫度的下降而顯著減小，因而合金有明顯沉淀硬化效果。Mn對(duì)含Be量高的鈹青銅的力學(xué)性能沒(méi)有顯著影響，但對(duì)含Be量低的合金卻有積極的作用。
(7)銀
含0.25%~0.50%Be、1.1%~1.7%Co的鈹青銅加入0.9%~1.1%Ag，既能提高合金時(shí)效后的室溫強(qiáng)度，又使合金保持有高的電導(dǎo)率（50%~55%）。這種合金是制造焊接電極的良好材料。
(8)硅
合金中同時(shí)含有Co與Si時(shí)，可形成CoSi、Co2Si、Co3Si5以及CoSi2等化合物，提高合金的強(qiáng)度。硅含量足夠大時(shí)，可與鈹形成又硬、又脆的共晶體，使材料的韌性大幅度下降。
(9)鋁
少量（0.4%~0.8%）鋁略使Cu-2%Be合金的力學(xué)性能上升。
(10)磷
磷促使Cu-Be合金晶粒在加熱過(guò)程中長(zhǎng)大，加速固溶體分解，生成分布于晶界的易熔物，降低合金的熱硬性，提高其可切削加工性能。
(10)砷
鈹青銅中添加0.1%~0.2%As促進(jìn)其晶界反應(yīng)和過(guò)時(shí)效軟化過(guò)程。
(11)鉛
鈹青銅添加0.2%~0.3%Pb，通常可顯著提高其可切削性能，如C17300合金。另外，含1.8%~2.0%Be、0.20%~0.25%Pb的鈹青銅是制造手表齒輪的良好材料。Pb加速鈹青銅的晶界反應(yīng)，促進(jìn)軟化。
四、白銅
Cu與Ni形成無(wú)限固溶的連續(xù)固溶體，面心立方晶格，溫度低于322℃時(shí)，存在一個(gè)亞穩(wěn)分解的相當(dāng)寬的成分-溫度區(qū)域，向Cu-Ni合金添加第三元素諸如Fe、Cr、Sn、Ti、Co、Si、Al等，可改變亞穩(wěn)分解的成分-溫度區(qū)域范圍和位置。同時(shí)也可改善合金的某些性能。白銅除是良好的結(jié)構(gòu)材料外，還是一類(lèi)重要的高電阻和熱電偶合金。
（1）鋅
鋅在Cu-Ni固溶體中的溶解度相當(dāng)大，有較大的固溶作用。
當(dāng)Ni含量一定時(shí)，提高合金的鋅含量會(huì)增強(qiáng)合金抗大氣腐蝕的能力。
一般鋅白銅含5%~18%Ni和43%~72%Cu，其余為Zn，其抗蝕性、彈性與強(qiáng)度均高。
（2）鐵
Fe在Cu-Ni合金中的固溶度較小，950℃時(shí)可固溶1.8%。300℃時(shí)則劇降到0.1%。鐵可提高Cu-Ni合金的在抗蝕性與力學(xué)性能，特別能大幅度提高Cu-Ni合金抗海水沖擊腐蝕的能力。一般Cu-Ni-Fe合金的Fe含量不大于2%，否則合金有應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂傾向，若超過(guò)1%則腐蝕加劇。
（3）鋁
Al在Cu-Ni合金中的固溶度較低，并隨著溫度的下降而減小。
Cu-Ni-Al合金中會(huì)產(chǎn)生Ni3Al化合物，有明顯的沉淀硬化作用，提高合金的強(qiáng)度和硬度。
鋁顯著提高白銅的強(qiáng)度與抗蝕性。但材料的冷成形性下降。合金的Ni/Al比為8~10時(shí)，具有***佳的綜合性能。
（4）錳
白銅中的錳含量一般不超過(guò)14%。
在Cu-Ni-Mn合金中可形成MnNi化合物，具有沉淀硬化作用，Mn提高合金的強(qiáng)度、抗蝕性與彈性，還能提高Cu-Ni合金抗湍流沖擊腐蝕的能力，不過(guò)會(huì)略使B19合金的抗應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的能力下降，但比Al、Si、Sn、Cr、Be等元素的影響小。
Mn能消除Cu-Ni合金中過(guò)量碳的不良影響，改善其工藝性能。Cu-Ni-Zn合金添加少量Mn，也有一定的有益作用。
（5）錫、鈹、鈦、硅、碳、鉻、鋯、碳、硼
以上元素及S、P、As、Sb、Bi等都是白銅的雜質(zhì)元素，應(yīng)控制在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范圍之內(nèi)。
來(lái)源：《銅合金及其加工手冊(cè)》
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