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室溫組織
普通黃銅是銅鋅二元合金,其含鋅量變化范圍較大,因此其室溫組織也有很大不同。根據(jù)Cu-Zn二元狀態(tài)圖(圖6),黃銅的室溫組織有三種:含鋅量在35%以下的黃銅,室溫下的顯微組織由單相的α固溶體組成,稱為α黃銅;含鋅量在36%~46%范圍內(nèi)的黃銅,室溫下的顯微組織由(α+β)兩相組成,稱為(α+β)黃銅(兩相黃銅);含鋅量超過(guò)46%~50%的黃銅,室溫下的顯微組織僅由β相組成,稱為β黃銅。
壓力加工性能
α單相黃銅(從H96至H65)具有良好的塑性,能承受冷熱加工,但α單相黃銅在鍛造等熱加工時(shí)易出現(xiàn)中溫脆性,其具體溫度范圍隨含Zn量不同而有所變化,一般在200~700℃之間。因此,熱加工時(shí)溫度應(yīng)高于700℃。單相α黃銅中溫脆性區(qū)產(chǎn)生的原因主要是在Cu-Zn合金系α相區(qū)內(nèi)存在著Cu3Zn和Cu9Zn兩個(gè)有序化合物,在中低溫加熱時(shí)發(fā)生有序轉(zhuǎn)變,使合金變脆;另外,合金中存在微量的鉛、鉍有害雜質(zhì)與銅形成低熔點(diǎn)共晶薄膜分布在晶界上,熱加工時(shí)產(chǎn)生晶間破裂。實(shí)踐表明,加入微量的鈰可以有效地消除中溫脆性。
兩相黃銅(從H63至H59),合金組織中除了具有塑性良好的α相外,還出現(xiàn)了由電子化合物CuZn為基的β固溶體。β相在高溫下具有很高的塑性,而低溫下的β′相(有序固溶體)性質(zhì)硬脆。故(α+β)黃銅應(yīng)在熱態(tài)下進(jìn)行鍛造。含鋅量大于46%~50%的β黃銅因性能硬脆,不能進(jìn)行壓力加工。
力學(xué)性能
黃銅中由于含鋅量不同,機(jī)械性能也不一樣,圖7是黃
黃銅
黃銅
銅的機(jī)械性能隨含鋅量不同而變化的曲線。對(duì)于α黃銅,隨著含鋅量的增多,σb和δ均不斷增高。對(duì)于(α+β)黃銅,當(dāng)含鋅量增加到約為45%之前,室溫強(qiáng)度不斷提高。若再進(jìn)一步增加含鋅量,則由于合金組織中出現(xiàn)了脆性更大的r相(以Cu5Zn8化合物為基的固溶體),強(qiáng)度急劇降低。(α+β)黃銅的室溫塑性則始終隨含鋅量的增加而降低。所以含鋅量超過(guò)45%的銅鋅合金無(wú)實(shí)用價(jià)值。
普通黃銅的用途極為廣泛如水箱帶、供排水管、獎(jiǎng)?wù)、波紋管、蛇形管、冷凝管、彈殼及各種形狀復(fù)雜的沖制品、小五金件等。隨著鋅含量的增加從H63到H59,它們均能很好地承受熱態(tài)加工,多用于機(jī)械及電器的各種零件、沖壓件及樂(lè)器等處。
為了提高黃銅的耐蝕性、強(qiáng)度、硬度和切削性等,在銅-鋅合金中加入少量(一般為1%~2%,少數(shù)達(dá)3%~4%,極個(gè)別的達(dá)5%~6%)錫、鋁、錳、鐵、硅、鎳、鉛等元素,構(gòu)成三元、四元、甚至五元合金,即為復(fù)雜黃銅,亦稱特殊黃銅。
鋅當(dāng)量系數(shù)
復(fù)雜黃銅的組織,可根據(jù)黃銅中加入元素的“鋅當(dāng)量系數(shù)”來(lái)推算。因?yàn)樵阢~鋅合金中加入少量其他合金元素,通常只是使Cu-Zn狀態(tài)圖中的α/(α+β)相區(qū)向左或向右移動(dòng)。所以特殊黃銅的組織,通常相當(dāng)于普通黃銅中增加或減少了鋅含量的組織。例如,在Cu-Zn合金中加入1%硅后的組織,即相當(dāng)于在Cu-Zn合金中增加10%鋅的合金組織。所以硅的“鋅當(dāng)量”為10。硅的“鋅當(dāng)量系數(shù)”Z大,使Cu-Zn系中的α/(α+β)相界顯著移向銅側(cè),即強(qiáng)烈縮小α相區(qū)。鎳的“鋅當(dāng)量系數(shù)”為負(fù)值,即擴(kuò)大α相區(qū)。
特殊黃銅中的α相及β相是多元復(fù)雜固溶體,其強(qiáng)化效果較大,而普通黃銅中的α及β相是簡(jiǎn)單的Cu-Zn固溶體,其強(qiáng)化效果較低。雖然鋅當(dāng)量相當(dāng),多元固溶體與簡(jiǎn)單二元固溶體的性質(zhì)是不一樣的。所以,少量多元強(qiáng)化是提高合金性能的一種途徑。