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| 內容簡介： |
铜及铜合金具有优异的导电、导热、耐蚀等特性以及良好的工艺性能、力学性能，广泛应用于电力、电子、通讯、化工、机械、交通运输、海洋工程、航空航天、建筑装饰等领域。在经济建设、科技领域和人类生活中发挥着巨大作用，特别是随着人类文明的进步和物质文化生活水平的提高，铜及铜合金越来越成为重要的基础金属材料。
铜及铜合金的性能与其金相组织有着极为密切的内在联系。检验分析和控制不同状态下的金相组织，对于提高金属材料的产品质量、改进生产工艺、研制新型材料、准确选用材料等具有重要的实际意义。
原《铜及铜合金金相图谱》一书于1983年由原洛阳铜加工厂中心实验室金相组编写、冶金工业出版社出版，该书全面详尽地介绍了当时我国铜及铜合金的合金系列、牌号、成分、组织以及生产过程中出现的各种缺陷。作为铜及铜合金金相组织研究的基础和权威著作，20多年来，该书指导了我国铜及铜合金的材料研制和生产控制，得到业界的广泛认同，是广大工程技术人员必备的工具书。
改革开放后，国内铜加工企业、科研院所自主研发的新型铜合金和直接引进国外成熟的合金数量庞大。这些新型铜合金，大部分是在铜中添加微量和少量元素的微合金化铜和高铜合金，以及具有多组元的复杂合金，他们具有复杂的组织和相变特征。原图谱满足不了新合金组织分析的需要，因此有必要编写新的铜及铜合金金相图谱。按照国家“十一五”重点图书出版规划，中南大学出版社组织《中国有色金属丛书》的出版要求，由中铝洛阳铜业有限公司负责编写新的《加工铜及铜合金金相图谱》。
本书共分6章：第1章概述；第2章紫铜的金相组织；第3章黄铜的金相组织；第4章青铜的金相组织；第5章白铜的金相组织；第6章常见缺陷。
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| 目錄：
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第1章 概述
1.1 加工铜及铜合金的分类和牌号
1.1.1 我国加工铜及铜合金的分类和牌号
1.1.2 美国材料与试验协会标准加工铜及铜合金的分类
1.1.3 其他国际组织和国家铜及铜合金的分类
1.1.4 各国加工铜及铜合金牌号的对照
1.2 铜及铜合金的相、 相图及相组成
1.2.1 铜及铜合金中的相及其晶体结构
1.2.2 铜合金相图
1.2.3 铜及铜合金的相组成
1.3 铜及铜合金各种状态的组织特点
1.3.1 铜及铜合金的铸造组织
1.3.2 铜及铜合金的压力加工组织
1.3.3 铜合金的热处理组织
第2章 紫铜的金相组织
2.1 紫铜的牌号和化学成分
2.2 微量元素和杂质的影响
2.2.1 微量元素和杂质对铜的性能的影响
2.2.2 各种元素与铜的作用特点
2.2.3 氢和稀土元素与铜的作用特点
2.3 紫铜的组织与相组成
2.3.1 纯铜、 无氧铜与磷脱氧铜
2.3.2 银铜
2.3.3 碲铜
2.3.4 硫铜
2.3.5 锆铜
2.3.6 铁铜Cu-Fe-P系合金
2.3.7 镁铜
2.3.8 锡铜
2.3.9 弥散强化铜
2.3.10 铬铜与铬锆铜
2.3.11 镍铬铜
2.3.12 铍铜
2.3.13 铅铜
2.3.14 钛铜
2.3.15 镉铜
第3章 黄铜的金相组织
3.1 黄铜的牌号和化学成分
3.2 普通黄铜
3.2.1 普通黄铜的组织及相组成
3.2.2 黄铜的工艺性能
3.2.3 黄铜的耐蚀性
3.3 复杂黄铜
3.3.1 锡黄铜
3.3.2 铅黄铜
3.3.3 铝黄铜
3.3.4 锰黄铜
3.3.5 铁黄铜
3.3.6 镍黄铜
3.3.7 硅黄铜
3.3.8 环保易切削黄铜
第4章 青铜的金相组织
4.1 青铜的牌号和化学成分
4.2 锡青铜
4.2.1 铜锡二元合金的组织及相组成
4.2.2 合金元素对锡青铜的影响
4.3 铝青铜
4.3.1 铜铝二元合金的组织及相组成
4.3.2 合金元素对铝青铜的影响
4.4 硅青铜
4.4.1 铜硅二元合金的组织及相组成
4.4.2 合金元素对硅青铜的影响
4.5 镍硅青铜Cu-Ni-Si系合金
4.6 锰青铜
第5章 白铜的金相组织
5.1 白铜的牌号和化学成分
5.2 普通白铜
5.2.1 普通白铜的组织
5.2.2 合金元素对白铜的影响
5.3 复杂白铜
5.3.1 铁白铜
5.3.2 铝白铜
5.3.3 锌白铜
5.3.4 锰白铜
第6章 常见缺陷
6.1 铸造制品缺陷
6.1.1 偏析
6.1.2 气孔
6.1.3 缩孔与缩松
6.1.4 夹杂
6.1.5 裂纹
6.1.6 冷隔
6.1.7 晶粒不均
6.1.8 其他表面缺陷
6.2 加工制品常见缺陷
6.2.1 过热与过烧
6.2.2 裂纹与开裂
6.2.3 夹杂
6.2.4 异物压入
6.2.5 鼓泡
6.2.6 分层
6.2.7 脱锌
6.2.8 腐蚀
6.2.9 氧化
6.2.10 起皮、 起刺
6.2.11 起皱
6.2.12 麻面
6.2.13 机械损伤
6.2.14 成分不均、 组织不均
6.2.15 烧黏、 撕裂
6.2.16 绿锈、 印痕、 污斑
6.2.17 压折、 压漏
6.2.18 辊印
6.2.19 板形缺陷
6.2.20 板带材侧边缺陷
6.2.21 管材偏心、 破肚
6.2.22 型材扭拧
6.2.23 表面环状痕
6.2.24 凸筋
6.2.25 过酸洗、 酸洗不良
6.2.26 应力腐蚀开裂
6.2.27 挤制品缩尾
6.2.28 断口缺陷
参考文献
附录
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| 內容試閱：
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第1章 概述
1.1 加工铜及铜合金的分类和牌号
铜及铜合金的种类和牌号繁多, 不同国家和国际组织的分类和命名各不相同, 其中最具代表性且比较统一的标准有:
中国国家标准GB、美国材料与试验协会标准ASTM、 国际标准化组织标准ISO、 德国工业标准DIN、
日本工业标准JIS、英国标准BS、 法国标准NF、 俄罗斯标准ΓOCT以及欧共体欧盟标准EN等。
上述9类标准的牌号表示方法可概括分为3大类: ①按紫、 黄、 青、 白分类标注。如中国标准GB、 俄罗斯标准ΓOCT;
②以元素化学符号+含量直接标注。 如国际标准ISO、 德国国家标准DIN、 法国国家标准NF、欧共体欧盟标准EN;
③以字母+数字表示。如美国ASTM、 日本JIS、 英国BS数字无特定含意。
在这些标准中, 除中国国家标准GB外, 对我国影响较大的是美国材料与试验协会标准ASTM。
1.1.1 我国加工铜及铜合金的分类和牌号
我国传统上按合金系划分为紫铜纯铜和高铜、
黄铜、青铜和白铜4大类。牌号命名是以“铜的种类代号+化学符号后的元素含量或顺序号”来表示, 其中紫铜纯铜和高铜以“T”表示,
黄铜以“H”表示 , 青铜以“Q”表示, 白铜以“B”表示。
纯铜和高铜的具体命名方法为: 纯铜以“T+顺序号”命名; 无氧铜以“TU+顺序号” 命名; 磷脱氧铜以“TP+顺序号” 命名;
添加其他元素的纯铜和高铜以“T+添加元素化学符号+添加元素含量” 命名。
黄铜的具体命名方法为: 普通黄铜以“H+铜含量”命名;
复杂黄铜以“H+第二主添加元素化学符号+除锌以外的元素含量数字间以“-”隔开”命名。
青铜以“Q+第一主添加元素化学符号+除铜以外的元素含量数字间以“-”隔开”命名。
白铜以“Q+第一主添加元素化学符号+除铜以外的元素含量数字间以“-”隔开”命名。
表1-1给出了加工铜及铜合金的牌号组成及示例。
表1-1 加工铜及铜合金的牌号组成
在加工铜及铜合金的牌号前冠以“铸造”一词汉语拼音的第一个大写字母“Z”表示铸造铜及铜合金的牌号,
冠以“再生”英文单词regenerative的第一个大写字母“R”表示再生铜及铜合金的牌号。
为了便于同ASTM接轨, 我国同时对铜及铜合金以代号来表示, 方法为“字母T+5位阿拉伯数字”,
5位阿拉伯数字同ASTM对应牌号相一致。
加工铜及铜合金的代号范围为“T10000~T79999”, 铸造铜及铜合金的代号范围为“T80000~T99999”。
加工铜及铜合金代号的具体命名按表1-2的规定。
表1-2 加工铜及铜合金代号的命名
紫铜包括纯铜和高铜, 纯铜又细分为普通纯铜、 无氧铜及脱氧铜、 添加微量变质元素的微合金化铜,
其铜含量大于等于99.3%。参照美国ASTM标准, 定义铜含量在99.3%~96.0%之间的合金为高铜合金。
黄铜是以锌为主要添加元素的铜合金, 分为普通黄铜和复杂黄铜两大类。普通黄铜即Cu-Zn二元合金,
复杂黄铜是在Cu-Zn基础上添加其他元素形成多组元合金。青铜是以除锌和镍以外其他元素为主要添加元素的铜合金。白铜是以镍为主要添加元素的铜合金,
Cu-Ni二元合金称为普通白铜, 在普通白铜基础上添加其他元素形成诸如锌白铜、 铁白铜等的多元白铜。
除了国标列出的202个铜及铜合金牌号外, 近几年来国内铜加工企业、 科研院所自主研发的新型铜合金数量庞大, 据不完全统计,
近10年来申请专利的新型合金就达70余个, 同时生产企业直接引进国外成熟的合金牌号也有一定的数量,
极大地丰富了我国铜及铜合金家族。新研发和引进的铜合金大部分是多组元的复杂合金, 具有优良性能或特殊功能,
比如同步器齿环材料、发动机散热材料、 高速铁路材料、 框架材料等,
铜合金材料的功能性得到了强化。每一类功能材料往往是由多个牌号组成的系列, 比如框架材料包含了TP2、 KFC、 TFe0.1、
TFe2.5、 C70250等数10种牌号, 它们分属于不同的合金类别。另外随着专业化生产趋势的不断发展, 合金系列化程度在迅速提高,
为适应不同用户不同生产线工艺条件的要求, 对铜合金材料的成分进行微调, 形成细化分类的合金系列。
1.1.2 美国材料与试验协会 ASTM 标准加工铜及铜合金的分类
美国UNS编号制度ASTM E527规定, 铜及铜合金均采用5位数字作为代号, 表示为“C+XXXXX五位数字”, 其中,
加工铜为“C10000~C15999”, 加工铜合金为“C16000~C79999”。
分类和具体编号情况如表1-3所示。
表1-3 ASTM铜及铜合金的分类和编号
1.1.3 其他国际组织和国家铜及铜合金的分类
1国际标准化组织标准ISO
国际标准化组织标准ISO 11901—1982规定,
铜及铜合金的牌号用材料的化学成分表示。基体元素和主要合金化元素应采用国际化学元素符号,
其后加上表示金属特征的字母或表示合金名义成分的数字。加工铜及铜合金牌号的组成如表1-4所示。
表1-4 ISO加工铜及铜合金分类和牌号
2德国。在德国工业标准中, 有色金属材料的表示方法有两个体系。一种是以化学元素符号、 标记字母和阿拉伯数字组成的牌号;
另一种是7位数字代号系统。在现行的DIN技术标准文件中, 两种体系并用, 相互对照列出。
1以化学元素为基础的牌号表示方法, 见表1-5。
表1-5 德国以化学元素为基础的表示方法
2数字代号表示方法。采用7位数字代号的形式如下: X?XXXX?XX即: 组别号?类别号?附加号。
其中: 组别号——共分为10大组, 铜及铜合金为第2组;
类别号——表示具体合金, 主要根据材料的化学成分、 制备方式编制;
附加号——用以标记诸如熔炼、 浇注、 热处理的方式及有否加工硬化和外形、 表面状况等。
铜及铜合金的具体数字代号如表1-6所示。
表1-6 德国数字代号表示方法
3日本。采用铜的英文Copper的首字母C+4位数字表示, 即:
C+XXXX4位数字。其表示方法与美国UNS编号基本相同少2位数字。
第一位数字表示合金系列, 用1~9表示。各数字的含意如下: 1——纯铜、 高铜系合金; 2——铜锌系合金; 3——铜锌铅系合金;
4——铜锌锡系合金; 5——铜锡系、 铜锡铅系合金; 6——铜铝系、 铜硅系、 特殊铜锌系合金; 7——铜镍系、 铜镍锌系合金; 8、
9——尚未使用。
4英国。英国对有色金属牌号没有制定统一的表示方法标准, 只有一些笼统的原则,
加工铜及铜合金的牌号即由“铜类型的字母代号+3位数字顺序号” 表示。
字母代号代表的含意如下: C——纯铜; CA——铝青铜; CB——铍青铜; CC——铬青铜; CN——铜镍合金白铜;
CS——硅青铜; CZ——黄铜; NS ——锌白铜; PB——磷青铜。
顺序号数字本身没有确定含意, 仅表示同一系列中不同成分的金属和合金。
5法国。法国规定的加工铜及铜合金牌号,
原则上由铜的化学元素符号和表示材料类型的字母代号或主要合金元素的元素化学符号及其名义含量成分数字组成。牌号的组成如表1-7所示。
表1-7 法国加工铜及铜合金的分类和牌号
6俄罗斯。俄罗斯是以“化学元素或产品名称的俄文字母代号、 元素含量或顺序号”表示。牌号的组成如表1-8所示。
表1-8 俄罗斯加工铜及铜合金的分类和牌号
常用的铜及铜合金俄文字母代号如表1-9所示。
表1-9 常用铜及铜合金俄文字母代号
7欧共体。两种表示方法: 以化学元素为基础的牌号表示方法同ISO; 数字代号表示方法,
CW+XXX+特定英文大写字母。
1.1.4 各国加工铜及铜合金牌号的对照
附表1-1给出各国加工铜及铜合金相应牌号的对照。
由于各国使用的加工铜及铜合金类别上基本相近但又不完全一致, 对照表主要依据主成分或合金元素成分是否相同或相近而定,
而不苛求各元素的含量完全相同, 仅是近似的对照。
1.2 铜及铜合金的相、 相图及相组成
1.2.1 铜及铜合金中的相及其晶体结构
在铜及铜合金中, 除紫铜和彼此无限固溶的铜-镍白铜外, 锌、 锰、 铝、 钙、 锗、 硅、 镓、 铟等元素亦能大量固溶于铜中,
而形成α单相合金。
α相为面心立方晶格的固溶体, 随固溶元素的不同, 性能有很大的差异。通常其塑性较高, 冷变形时极易加工硬化, 晶内出现大量滑移带,
经退火后呈典型的孪晶组织。
铸态下的某些合金会在α相基体上出现少量非平衡相,
通常经高温或长时间退火后即行消失如某些黄铜出现的γ相及某些锡青铜出现的α+δ共析体。但若合金元素含量过高或相变进行的特别缓慢,
则第二相可能残留如在H68中偶尔见到的β相。
氧、 硫、 铅、 铋等元素在多数合金中均被视作有害杂质, 它们含量很少也会与铜形成共晶。含量甚微时,
又多呈离异共晶形态出现于晶界或枝晶网络。
在铜角与铜形成共晶的常见合金元素还有磷、 砷、 铈、 铬、 锆、 钛、 镨等。合金不同, 共晶形态差异很大。
锌、 钴、 铁、 镓、 锗等合金元素在铜角与铜发生包晶反应, 其中Cu-Zn包晶反应即黄铜的包晶反应最为典型。
当锌含量或锌当量超过36%时, 黄铜即为多相合金, 其组织由α、 β、
γ及某些游离相所组成如铅相、铁相等。β相为体心立方结构。以β相为基的合金, β相界面平直, 晶粒呈规则形状的多面体,
再结晶退火后不出现孪晶。α+β黄铜中, β相的含量和分布形态, 会影响黄铜的强度和塑性。γ相为复杂立方结构, 多呈颗粒状或星花状、
性脆而硬、 对加工不利, 通常只在复杂黄铜中出现。
青铜除少量为单相合金外, 其余多由两个以至更多的相组成。其中铍青铜中的γ相、 BeNi相、 Be2Ti相, 硅青铜中的Ni2Si相,
钛青铜中的Cu3Ti相, Cr青铜中的Cr相, 锆青铜中的Cu3Zr相等的固溶度, 随温度的升降有明显的改变,
生产中可借淬火及时效处理使合金强化。而硅青铜中的Mn2Si相, 镉青铜中的Cu2Cd相等其固溶度虽然随温度的升降变化很大,
但强化效果并不显著。
青铜中还有些相实际是高温下的平衡相, 如铍青铜中的β相, 硅青铜中的K相, 锡青铜中的δ相等按状态图在室温下应已分解,
但由于相变过程缓慢, 有些在实际生产中相变根本无法实现, 因而在组织中得以保留。
多相铝青铜是铜合金中组织及相变过程最为复杂的合金。随着冷却条件和化学成分的改变会产生“自发退火”、 “马氏体相变”以及相的脱溶等现象,
并出现α、 γ2、 β′、 β1、 Fe3Al、
K等组成相。铝铁镍青铜中的K相还会因合金元素的含量的不同而影响其析出形态。
近来研究的弥散无氧铜, 是利用加入弥散强化相Al2O3来提高材料的强度的。研究结果表明: 弥散相间的距离为20~50原子间距时,
材料具有最大的屈服极限。
在铜加工制品实际金相分析中常见到3类相: α固溶体、 其他端际固溶体和金属间化合物。
铜的α固溶体是最常见的相之一, 大部分变形铜合金的组织均为以α固溶体为基, 其上分布有其他端际固溶体, 如Cr相、
Pb相质点或Cu与其他元素形成的金属间化合物。α固溶体为置换固溶体, 晶体结构与纯铜一致, 为面心立方结构, 由于溶入了其他元素原子,
因而晶格常数有所改变。几乎所有元素在铜中均能形成置换固溶体, 但不同元素在铜中固溶度差别较大, 比如Ni与Cu能无限互溶, Zn在
Cu中的最大溶解度达39%, Al在 Cu中的最大溶解度达9%,
而Pb在固态铜中几乎不溶。可通过查阅相图了解元素在铜中的溶解情况。
在大多数液态产生混溶间隙双液区以及发生共晶反应、 包晶反应但无中间相的铜合金系中固态第二相均为端际固溶体。常见的有: ①Pb相。
Pb在Cu中固溶度极小, 常以单质相存在; ②Ag相。Ag在Cu中有较大固溶度, 若无第三组元存在,
从过饱和固溶体析出的第二相或共晶中除α固溶体的第二相外均为以Ag为基的固溶体; ③Fe相。Fe在Cu中有一定固溶度,
若无第三组元或存在与Fe无化合作用的第三组元, 则铜中含Fe量超过一定值后, 组织中就会出现单质Fe相,
这种Fe相实际上是溶有一定量铜的α-Fe固溶体; ④Cr相。铬与铜不产生任何化合物,
共晶中的Cr和从过饱和固溶体中析出的Cr均是以质点形式; ⑤Bi相。Bi与Cu在固态基本上均不互溶,
少量Bi以单独质点形式存在。
胀?辖鹬械慕鹗艏浠?衔锸亲钪匾?囊焕嘞啵?对合金性能贡献较大, 是研究的重点。它们在相图中表现为一根竖线, 可用化学分子式表示,
比如Cu5Zn8、 Cu31Sn8、 Cu3P、 Al4Cu9等, 也有很多呈现出一定成分范围的单相区,
即可以形成以这种化合物为基的二次固溶体。
二元铜合金中金属间化合物及其晶体结构见1-10表。
表1-10 二元铜合金的金属间化合物及其晶体结构
1.2.2 铜合金相图
1.铜合金二元相图
目前研究的铜合金二元相图有50多个, 常用到的大约有十几个, 对这些相图进行研究分类, 大致可分为以下类型:
1液态产生混溶间隙且无中间相生成的二元系。属于此类的有Cu-Cr、 Cu-Pb、 Cu-Ti、 Cu-V等二元系。
2形成连续固溶体或大范围固溶体的二元系。属于此类的有Cu-Au、 Cu-Mn、 Cu-Ni、 Cu-Pd、 Cu-Pt、
Cu-Rh等二元系。
3产生共晶反应但无中间相的二元系。包括Cu-Ag、 Cu-B、 Cu-Bi、 Cu-Li等二元系。
4产生包晶反应但无中间相的二元系。包括Cu-Co、 Cu-Fe、 Cu-In、 Cu-Nb等二元系。
5生成中间相的二元系。其中相图铜侧发生共晶反应的有Cu-Al、 Cu-As、 Cu-Ca、 Cu-稀土金属、 Cu-Mg、
Cu-O、 Cu-S、 Cu-P、 Cu-Se、 Cu-Sb、 Cu-Pu、 Cu-Th、 Cu-U、
Cu-Zr等二元系。相图铜侧发生包晶反应的有Cu-Ba、 Cu-Be、 Cu-Cd、 Cu-Ga、 Cu-Ge、 Cu-In、
Cu-Si、 Cu-Sn、 Cu-Sr、 Cu-Ti、 Cu-Zn等二元系。
6相图铜侧发生偏晶反应且生成中间相的二元系为Cu-Te系。
7第二组元在液态和固态铜中仅有极微溶解度的二元系有Cu-C和Cu-H系。
在本书以后的章节中将依据合金类别介绍这些二元相图以利于金相组织分析。
2.铜合金三元相图
三元相图大多研究的是三元系合金的液相面及固相面的等温线或某一个相角,
通过温度变化相的变化来研究合金相变过程和最终相组成。铜合金以铜为基, 其他合金元素含量较少,
因而三元相图铜角部分是研究的重点。
主要的三元相图有20几种, 本书将根据实际组织分析的需要有选择性的介绍。
1.2.3 铜及铜合金的相组成
铜及铜合金的相组成是由基体固溶体、 其他端际固溶体和金属间化合物等组成。实际的显微组织是由化学成分和工艺条件决定的,
影响的因素较多, 往往还有不均匀分布的过量的纯金属颗粒、 各类氧化夹杂以及外来异物等。在分析过程中, 要结合具体的情况进行具体分析,
表1-11给出常见铜及铜合金的一般理论相组成。
表1-11 常见铜及铜合金的相组成
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