α单相黄铜(从H96至H65)具有良好的塑性,能承受冷热加工,但α单相黄铜在锻造等热加工时易出现中温脆性,其具体温度范围随含Zn量不同而有所变化,黄铜棒一般在200~700℃之间。因此,热加工时温度应高于700℃。单相α黄铜中温脆性区产生的原因主要是在Cu-Zn合金系α相区内存在着Cu3Zn和Cu9Zn两个有序化合物,在中低温加热时发生有序转变,使合金变脆;另外,合金中存在量的铅、铋有害杂质与铜形成低熔点共晶薄膜分布在晶界上,热加工时产生晶间破裂。实践表明,加入量的铈可以有效地中温脆性。
两相黄铜(从H63至H59),黄铜棒合金组织中除了具有塑性良好的α相外,还出现了由电子化合物CuZn为基的β固溶体。β相在高温下具有很高的塑性,而低温下的β′相(有序固溶体)性质硬脆。故(α+β)黄铜应在热态下进行锻造。含锌量大于46%~50%的β黄铜因性能硬脆,不能进行压力加工。
(3)力学性能 黄铜中由于含锌量不同,黄铜棒机械性能也不一样。对于α黄铜,随着含锌量的增多,σb和δ均不断增高。对于(α+β)黄铜,当含锌量增加到约为45%之前,室温强度不断提高。若再进一步增加含锌量,则由于合金组织中出现了脆性更大的r相(以Cu5Zn8化合物为基的固溶体),强度急剧降低。(α+β)黄铜的室温塑性则始终随含锌量的增加而降低。所以含锌量超过45%的铜锌合金无实用价值。
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铅易切削空心黄铜棒的其含量不得大于0. 002010。铋、碲、硫等元素对其他铜合金极为有害,出产中必需严格控制,防止原料、旧料、炉衬材料、辅助工具等的混用。空心黄铜棒具有较高的导电机能,并能防止开关粘结,进步其工作期限,确保运转。 Bi对铜的热导率与电导率的影响不大,真空开关触头铜可含0. 7%~1.0% Bi。一般在淬火和加工状态下应用,不需回火,以免Cu2 Te沿晶界沉淀,使材料变脆。
含0. 06%~0.7% Te的铜在产业中获得了实际应用。 Bi、Te等这些合金元素在铜中存在的特点、形式和铅相似,基本不溶于铜,以游离质点存在于晶界上,经后序加工弥散分布于铜基体,起润滑和减摩作用,使合金切屑易碎、易排,保证制品表面光洁。在某些特殊用途上,如要求高导电性的电触头等采用高铜合金系列。从加工机能方面来讲,此类合金的加工机能均不是很好,尤其是对高铜合金,其成分的控制及加工机能不易保证,而在无铅易切削黄铜棒中,锌的加入在一定程度上增大了其溶解度,并使其成分不乱性和加工机能得到改善。
量(0. 003 010)硒和碲(0.00050/0一0.003%)明显降低铜棒的可焊机能。 无铅易切削黄铜棒是易切削铅黄铜棒的替换产品,因为铅对人体危害较大,无铅易切削黄铜棒是以害第三合金元素来替换铅,目前已研制出的无铅黄铜棒合金体系有:Cu-Zn-Bi、Cu-Zn-Te、Cu-Zn-Bi-Te,同时在Cu-Bi、Cu-Te、Cu-C以及Cu-S等高铜合金体系上也有一定研究,但因为产品的可加工性、易切削性以及性价比等因素影响,目前有一定实际应用的主要为Cu-Zn-Bi无铅易切削黄铜棒。
碲在固态铜中的溶解度很小,以Cu2 Te弥散质点存在,对铜的电导率及热导率的影响很小,但能明显改善铜的切削机能。铋在270℃与铜形成共晶体,其中铋呈薄膜分布于铜晶界,严峻降低铜的加工机能。铋在铜中的溶解度很小,800℃时也只有0. 01%。
(1)所有元素都无一例外地降低铜棒的电导率和热导率,凡元素固溶于铜棒中,造成铜棒的晶格畸变,使自由电子定向流动时产生波散射,使电阻率增加,相反在铜棒中没有固溶度或很少固溶的元素,对铜棒的导电和导热影响很少,特别应注意的是有些元素在铜棒中固溶度随着温度降低而激烈地降低,以单质和金属化合物析出,既可固溶和弥散强化铜棒合金,又对电导率降低不多,这对研究高强高导合金来说,是重要的合金化原则,这里应特别指出的是铁、硅、错、铬四元素与铜棒组成的合金是极为重要的高强高导合金;由于合金元素对铜棒性能影响是叠加的,其中CoCr —Zr 系合金是的高强高导合金;
(2)铜基耐蚀合金的组织都应该是单相,避免在合金中出现第二相引起电化学腐蚀。为此加人的合金元素在铜棒中都应该有很大的固溶度,甚至是无限互溶的元素,在工程应用的单相黄铜棒、青铜棒、白铜棒都具有优良的耐蚀性能,是重要的热交换材料。