如wZn∶wAl超过1∶3时，铸态合金中将出现Mg3Al2Zn3三元化合物。Zr在镁合金中为辅助元素，主要起细化晶粒的作用。Mn与合金中的杂质铁生成化合物，可使合金的耐蚀性得到提高。近年来有不少关于Gd、Dy等重稀土元素对镁合金性能的影响研究报道。......
2023-06-22
合金元素与杂质对铜合金性能的影响
【摘要】：Cu-Al二元合金的力学性能取决于Al含量，随着Al含量的增加，合金的强度和伸长率先升高后降低，两者在wAl为10%和6%时分别达到最大值。但由于Fe在黄铜中溶解度极低，加入量超过0.3%会形成过多的FeZn10化合物，对力学性能、耐蚀性和加工性造成不利影响。但这些微量元素的加入会强烈地降低Be在铜中固溶度，因此，要严格控制加入量，一般不能超过0.5%。杂质元素铜合金中的杂质元素P、As、Pd、Bi等对合金的性能和加工性影响很大。
1.Zn
在Cu-Zn二元相图中，Zn在α固溶体中最大溶解度为39%。通常铸造条件下为非平衡凝固，Zn的最大溶解度降至32%左右。wZn<32%的黄铜是α相单相组织，α相固溶体为面心立方晶格，塑性好。提高Zn含量可提高合金的强度和塑性，在wZn=30%时伸长率达到最大值。wZn=32%～39%时开始出现β相，β相是以电子化合物CuZn为基的固溶体，在456～468℃时发生有序转变β→β′。高温无序的β相塑性好，能够承受压力加工，而室温下的有序β′相强度和硬度高，塑性差，难以进行压力加工。当wZn>45%后，合金进入β′单相区，强度和伸长率急剧下降，合金已不适合作为结构材料使用。铸造黄铜基本上都是α+β两相组织，使用时可根据需要选择不同的α/β比例，确定最佳Zn含量。
图4-7 硅青铜弹簧
2.Sn
在Cu-Sn二元相图中，存在α、β、γ、δ四个相。其中α相是Sn溶于纯铜中的置换型固溶体，保留了纯铜良好的塑性；β相是以电子化合物Cu5Sn为基的固溶体，仅在高温时存在，降温过程中会分解；γ相是以CuSn为基的固溶体，性能与β相相近；δ相是常温下存在以Cu5Sn为基的固溶体，硬而脆。Cu-Sn二元合金的力学性能取决于α+δ共析体的体积分数，而它们的体积分数又由Sn含量和冷却速度决定。随着Sn含量的增加，合金的强度和伸长率先增大后减小，wSn=7%～10%的合金具有最佳的综合力学性能。
3.Al
在Cu-Al二元相图铝侧，存在α、β、γ2三个相。α相为面心立方晶格，因溶入Al而强化，α相塑性高，因此单相α铝青铜常经冷、热压力加工后作为型材使用；β相是以电子化合物Cu3Al为基的固溶体，高温时稳定，降温过程中共析分解β→α+γ2；γ2相是以电子化合物Cu32Al19为基的固溶体，硬而脆，降低了合金的塑性。Cu-Al二元合金的力学性能取决于Al含量，随着Al含量的增加，合金的强度和伸长率先升高后降低，两者在wAl为10%和6%时分别达到最大值。为了获得最佳的力学性能，铝青铜中一般控制wAl=9%～11%范围内。因铝青铜表面有一层致密的Al2O3惰性保护膜，在海水、氯盐及酸性介质中有良好的耐蚀性。
4.Pb
Pb几乎不溶于铜，wPb<36%的合金在降温时先析出α相，然后发生偏晶反应L1→α+L2，随着温度的降低，L2不断析出α相，最后发生共晶反应L2→α+Pb，α相可看成纯铜，因此Pb-Cu合金在常温下的金相组织为α枝晶+枝晶间隙的Pb。分布在铜基体上的软Pb有自润滑作用，摩擦因数很小，耐磨性能优良。由于L1、L2与α相共存的温度范围宽，且α相与液相间的密度差异大，凝固时容易产生比重偏析，Pb相常聚集球化，严重影响合金的力学性能。因此，必须采取措施加快冷却速度，使Pb以细小的点状分布在铜基体上。
5.Si
铜与Si可形成固溶体，843℃时Si在铜中的最大溶解度是5.3%，室温下降至4%左右，因此时效硬化不明显。随着Si含量的增加，硅青铜的强度、硬度和塑性随之提高，wSi>3.5%，组织中产生脆性相，合金的伸长率降低，所以硅青铜通常wSi<4.5%，一般控制在1%～3%范围。Si的添加改善了铜的铸造性能，可提高流动性；而且可减小收缩率，因而不易发生热裂。
6.Be
铍青铜是青铜中强度和硬度最高的合金，在Cu-Be二元相图铜侧，存在α、β、γ三个相。α相是Be溶于Cu的固溶体，为面心立方晶格，塑性高。β是以电子化合物CuBe2为基的无序固溶体，γ是以CuBe为基的有序固溶体，它们具有高硬度、低塑性。高温下的Cu-Be合金由α+β组成，降温后发生共析转变β→α+γ。高温下Be在Cu中的极限溶解度为2.7%，300℃时降至0.02%，因此有很好的热处理强化效果。实践证明，有条链状和条带状分布的β相存在时，加工变形时容易产生裂纹，一般来说合金中Be含量越低，β相越细小、分布越均匀。因此，一般控制wBe=1.7%～2%。
7.Ni
铜镍之间彼此可无限固溶，从而形成连续固溶体，即不论彼此的比例多少，而恒为单相合金。在322℃以下存在一个产生亚稳态相区α→α1+α2。添加某些元素后能改变亚稳态区域的大小和位置。白铜中一般控制wNi<25%。
8.微量元素和杂质
（1）Mn和Fe
Mn能大量溶于铜中，在黄铜中加入少量的Mn对α相区范围的影响不大，可保持合金的组织基本不变，但却能提高黄铜的强度和硬度（塑性不会明显降低），而且能显著提高黄铜在海水和过热水蒸气中的耐蚀性。在硅青铜中加入少量的Mn也可显著提高合金强度和耐蚀性。在黄铜中加入Mn的同时加入少量的Fe能提高再结晶温度并细化晶粒，提高力学性能、改善工艺性能。但由于Fe在黄铜中溶解度极低，加入量超过0.3%（质量分数）会形成过多的FeZn10化合物，对力学性能、耐蚀性和加工性造成不利影响。在铝青铜中加入少量的Fe，会形成FeAl3硬质相，能提高合金的耐磨性。但Fe含量过多或FeAl3相呈针状析出，不仅会使合金变脆还会降低耐蚀性。
（2）Co和Ti
二元Be-Cu合金的相变速度很快，往往由于淬火冷却速度不够或时效处理控制不当发生晶界反应而难以达到最佳力学性能。在铍青铜中加入微量的Co和Ti可有效解决这一问题，还能细化晶粒、提高弹性及抗疲劳性能。但这些微量元素的加入会强烈地降低Be在铜中固溶度，因此，要严格控制加入量，一般不能超过0.5%。
（3）Zr
在铜合金中加入少量的Zr可提高合金的强度和耐热性，显著提高铜的软化温度，一定量的Zr还可以提高Cr在铜中的固溶度。随着Zr含量的增加，合金的高温稳定性明显提高。例如，在wCr=0.35%～0.6%的青铜中加入质量分数为0.2%～0.35%的Zr，合金的热处理效果更好，是目前耐热性能较好的高导材料。
（4）杂质元素
铜合金中的杂质元素P、As、Pd、Bi等对合金的性能和加工性影响很大。P作为无氧铜的脱氧剂，不可避免地会有少量残留固溶于铜中，也可形成Cu3P化合物而分布在基体上，从而降低导电性。As、Pd会降低合金的导电性和导热性。Bi和Pd在铜中的溶解度极小，容易与铜生成熔点为270℃和326℃的共晶体，当热加工温度超过共晶体熔化温度时会引起“热脆”而恶化热加工性能。晶界上形成的（Bi+Cu）低熔点共晶脆质薄膜在冷加工时还会引起“冷脆”。所以对于纯铜来说，Bi和Pd的质量分数要分别控制在0.001%～0.002%和0.003%～0.01%范围内。
Mg以脱氧剂的方式在铜合金熔炼时加入，残留的少量Mg会与铜形成CuMg2化合物。当Mg含量较高时可参与热处理强化，降低合金的电导性和塑性。Mg含量较低时则不参与热处理强化，仅作为杂质相存在。
有关有色金属熔炼入门与精通的文章
- 详细阅读
-
合金元素与杂质对镍基合金性能的影响详细阅读
CoCo与Ni和Fe同属于ⅧA族元素，作为合金元素加入到镍基合金中可以降低机体的堆垛层错能，起到固溶强化的作用。微量元素和杂质镍基合金中加入有益的微量元素如C、B、Zr、Mg、Ca、Y、La、Ce等，称之为微合金化，微合金化能改善高温合金的力学性能和抗氧化性。绝大多数镍基合金中都加入微量的B，它对合金的持久、蠕变性能影响显著。稀土元素Y、Ce、La等加入到镍基合金中主要有三个有益作用。......
2023-06-22
-
合金元素和杂质对铝合金性能的影响详细阅读
wSi小于11%的称为亚共晶Al-Si合金，wSi大于13%的称为过共晶Al-Si合金。有的Al-Si-Mg合金，为了提高强度，可加入适量的铜，同时加入适量的铬以抵消铜对耐蚀性的不利影响。在变形铝合金中，Fe在Al-Cu-Mg-Ni-Fe系锻铝合金中，Si在Al-Mg-Si系锻铝中和在Al-Si系焊条中均是作为合金元素加入的，在其他变形铝合金中，Si和Fe是常见的杂质元素，对合金性能有明显的影响。......
2023-06-22
- 详细阅读
-
铜合金的特点、分类及用途详细阅读
按照成形工艺的不同，铜及其合金可分为铸造铜合金和变形铜合金两大类。只含锌的铜锌二元合金称为普通黄铜，是航空领域应用最为广泛的结构铜合金。表4-1 铸造铜合金牌号及化学成分注：1.布氏硬度试验力的单位为牛顿。铍青铜是wBe≈2%的铜合金，具有高的强度、硬度、弹性、耐磨性、耐寒性和抗应力松弛性，用于制造航空仪器仪表，还可用于......
2023-06-22
- 详细阅读
-
合金中的相：了解不同相对合金性能的影响详细阅读
组成合金最基本、独立的物质叫作组元，或简称元。一般说来，组元就是组成合金的元素，也可以是稳定的化合物。由两个组元组成的合金称为二元合金，由三个组元组成的合金称为三元合金，由三个以上组元组成的合金称为多元合金。当不同的组元经熔炼或烧结组成合金时，这些组元间由于物理的和化学的相互作用，形成具有一定晶体结构和一定成分的相。......
2023-06-24
-
铜合金熔炼工艺优化方案详细阅读
尽管各种铜及铜合金的熔炼工艺不尽相同，但都应当遵循如下所示的一般原则：1）准备好炉料和熔剂。对熔炼炉进行检查、修补和清理，坩埚预热到一定温度方可加料，熔炼工具刷涂料烘干后再使用。铜合金熔体氧化和吸气严重，最好是在中性或微氧化性的炉气中熔炼，在炉内停留时间要短，达到出炉温度后尽快浇注。出炉前要分析化学成分、检查合金的含气量，出炉后进行弯曲试验和断口试验。熔炼过不同合金的小坩埚要分开，不能混用。......
2023-06-22
相关推荐