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铸造铜合金锡青铜无铅铜

元素对铜合金性能的影响

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元素对铜合金性能的影响

发布日期:2022-11-03 00:00 来源:http://www.dazety.com 点击:

微量元素进入铜是不可避免的,有的是铜及铜合金生产过程中进入的,有的是各种原料带入的,也有人为加入的,这些元素通过改变铜的组织,组织又决定着性 能,从而对铜的性能产生重要的影响。由于元素特性的不同,可以不固溶于铜、微量固溶、大量固溶、无限互溶,固溶度随温度下降而激烈降低、固相下有复杂相变等,因此对铜性能的影响千差万别。


元素在铜中的行为需要辩证的看待,从某种需要是有害的,但从另一种需要却是有利的,铜合金工作者正是根据实际需要,研制出宝贵的合金,以适应工程和科学界不同的需求,各元素在铜中的行为研究正在不断深入。现对各元素对铜性能的影响分别加以介绍。 


一、氢 


氢与铜不形成氢化物,Cu-H相图表明,氢在液态和固态铜中的溶解度随着温度升高而增大,特别是在液态铜中有很大 的溶解度,在凝固时,会在铜中形成气孔,从而导致铜制品的脆性和表面起皮;在固态铜中,氢以质子状态存在,氢的电子填充铜原子的S层轨道,形成质子型固溶体,氢对铜的性能虽然影响甚微,但氢对铜及铜合金来说是有害的,含氧铜在氢气中退火时会产生裂纹,即“氢病”。


原因是发生 Cu2O+H2 ? 2Cu+H2O反应,产生的水蒸气会造成气孔和裂纹;各种元素对氢在铜中的溶解度影响不一,其中Ni、Mn等元素引起溶解度增 加,P、Si等元素减少氢在铜中的溶解度,可以通过减少熔炼时间,调整成分,控制炉料中氢气含量,熔体表面采用木炭覆盖等办法减少铜中氢的含量。 


二、氧 


铜合金


氧在铜的生产过程中是不可避免的,其影响也非常重要,Cu-O二元状态图表明,氧很少固溶于铜,1065℃时为 0.06%,600℃时为0.002%。氧在铜中除少量易固溶外,均以Cu2O形式存在,铜的氧化物不固溶于铜,呈现Cu+Cu2O共晶组织,分布于晶界,共晶反应为:L含氧0.39% 1065℃ α含氧0.01%+Cu2O,亚共晶铜中的含氧量与共晶量成正比,可在显微镜下与标准图片比较来测定铜中的含氧量。 


氧对铜及合金性能的影响是复杂的,微量氧对铜的导电率和机械性能影响甚微,工业铜具有很高的导电率,其原因是氧作为清洁剂,可以从铜中清除掉许多有害杂质,以氧化物形式进入炉渣,特别是能够清除砷、锑、铋等元 素,含有少量氧的铜其导电率可以达到100-103%±ACS,高纯铜如6N铜在深冷条件下电阻值是相当低的。

 

三、磷 


铜磷二元相固表明,在714℃时存在着共晶反应:L8.4%→α1.75%+Cu3P,随着温度降低,磷在铜中的固溶量迅速减 少,300℃时为0.6%,200℃时为0.4%;固溶于铜中的磷显著的降低其导电率,含P0.014%的软带导电率为94%IACS,含P0.14%的 导电率仅为45.2%;磷是有效、成本低的脱氧剂,微量磷的存在,可以提高熔体的流动性,改善铜及合金的焊接性能、耐蚀性能、提高抗软化程度。


所以磷又是铜及合金的宝贵添加元素,含P0.015-0.04%的磷铜合金,广泛用于生产建筑用水道管、制冷和空调器散热管、舰船海水管路;低磷铜合金板、带材在电子和化工工业中广泛应用,集成电路引线框架铜带也大量使用低磷铜合金;共晶成份的磷铜合金,是优良的焊接材料,高磷铜合金在580-620℃之间具有超塑性,可以热挤成φ3-φ5毫米焊丝,是焊接铜及铜合金、钢和铜零件的重要材料。 



相关标签:铜合金

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