铜及铜合金的熔铸技术特点课件.pptx
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- 铜合金 熔铸 技术 特点 课件
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1、铜及铜合金的熔铸技术特点铜及铜合金的熔铸技术特点 铜及铜合金由于具有优良的导热导电性、良好的加工成形性、耐蚀性等优点,在人类生产、生活的各个领域得到广泛应用,成为除钢铁、铝以外的第三大金属。随着科学技术的发展和人们物质、文化生活水平的日益提高,铜及其合金的应用更加广泛。金属铜是唯一的能大金属铜是唯一的能大量天然产出的金属,量天然产出的金属,也存在于各种矿石也存在于各种矿石(例例如黄铜矿、辉铜矿、如黄铜矿、辉铜矿、斑铜矿、赤铜矿和孔斑铜矿、赤铜矿和孔雀石雀石CuSO4 2H2O)中中。孔雀石孔雀石黄铜矿黄铜矿CuFeS2 辉铜矿辉铜矿Cu2S 蓝铜矿蓝铜矿Cu3(CO3)2(OH)2 赤铜矿赤铜
2、矿Cu2O 每生产每生产100万发子弹,需用铜万发子弹,需用铜13-14吨吨(炮铜)(炮铜)电力输送中需要大量消耗高导电性的铜电力输送中需要大量消耗高导电性的铜 1996年建成的香港天坛大佛,使用锡、锌、铅年建成的香港天坛大佛,使用锡、锌、铅青铜青铜铸造拼接而成,高铸造拼接而成,高26米,重米,重206吨。吨。1997年建成的浙江普陀山南海观音大佛,高年建成的浙江普陀山南海观音大佛,高20米,重米,重 70吨吨 在铜币的应用中,除了变化尺寸以外,在铜币的应用中,除了变化尺寸以外,可以很方便地采用不同合金成分、改可以很方便地采用不同合金成分、改 变合金色彩来制造和区分不同面值的变合金色彩来制造和
3、区分不同面值的 货币。常用的有含货币。常用的有含25镍的镍的“银币银币”,含含 20锌和锌和1锡的黄铜币以及含少锡的黄铜币以及含少 量锡(量锡(3%)和锌()和锌(l.5%)的)的“铜铜”币币元素符号元素符号Cu,原子量原子量63.5铜具有良好的导电、导热性,仅次铜具有良好的导电、导热性,仅次于银而居第二于银而居第二焰色反应呈绿色。焰色反应呈绿色。密度密度8.92g/cm3熔点熔点1083莫氏硬度莫氏硬度:3莫氏硬度 表示矿物硬度的一种标准。表示矿物硬度的一种标准。1824年由德国矿物年由德国矿物学家莫斯学家莫斯(Frederich Mohs)首先提出。应用划痕首先提出。应用划痕法将棱锥形金刚
4、钻针刻划所试矿物的表面而发法将棱锥形金刚钻针刻划所试矿物的表面而发生划痕生划痕,习惯上矿物学或宝石学上都是用莫氏硬习惯上矿物学或宝石学上都是用莫氏硬度。用测得的划痕的深度分十级来表示硬度度。用测得的划痕的深度分十级来表示硬度 指甲(指甲(2-2.5度)、小刀(度)、小刀(5-5.5度)、玻璃(度)、玻璃(6度)、钢锉(度)、钢锉(7度)来测定物质硬度度)来测定物质硬度 金刚石为滑石的金刚石为滑石的4192倍倍 铜和它的一些合金有较好的铜和它的一些合金有较好的耐腐蚀耐腐蚀能力,室外常温下铜在大气中的氧能力,室外常温下铜在大气中的氧化速度很慢,表面生成一层黑色氧化速度很慢,表面生成一层黑色氧化性保
5、护膜。温度高于化性保护膜。温度高于130后,铜后,铜的氧化速度才开始增加。高温下铜的氧化速度才开始增加。高温下铜的表面生成一层致密的的表面生成一层致密的红色氧化亚红色氧化亚铜铜(Cu2O)膜。铜在潮湿空气中久)膜。铜在潮湿空气中久置后,铜表面会生成一层置后,铜表面会生成一层铜绿铜绿,Cu(OH)2 Cu CO3 或或CuSO4 Cu(OH)2。纯铜的纯铜的抗拉强度抗拉强度低,退火状态下的纯铜低,退火状态下的纯铜抗拉强抗拉强度约度约为为220MPa,伸长率伸长率约为约为30%,硬度硬度HB约约为为450MPa。(b sigma)指材料在拉断前)指材料在拉断前承受承受最大最大应力应力值,表征材料抵
6、抗破坏值,表征材料抵抗破坏的能力。的能力。应力应力:单位面积上所承受的附加内力,:单位面积上所承受的附加内力,表示应力表示应力 应变应变:当材料在外力作用下不能产生位移时,它的几何形状和尺寸将当材料在外力作用下不能产生位移时,它的几何形状和尺寸将发生变化。发生变化。内应力内应力:在结构上无外力作用时保留于物体内部的应力在结构上无外力作用时保留于物体内部的应力。(因受力、因受力、湿度、温度变化,溶剂等而变形湿度、温度变化,溶剂等而变形)伸长率伸长率:指材料受外力:指材料受外力(拉力)作用断裂时,(拉力)作用断裂时,试棒伸长的长度与原来试棒伸长的长度与原来长度的百分比。代号:长度的百分比。代号:(
7、Delta);单位:;单位:%硬度硬度:固体材料对外界物体压陷、刻划等作用的局部抵抗固体材料对外界物体压陷、刻划等作用的局部抵抗能力,是衡量材料软硬程度的一个指标。能力,是衡量材料软硬程度的一个指标。压入硬度压入硬度。主要用于金属材料,方法是用一定的载荷将规。主要用于金属材料,方法是用一定的载荷将规定的压头压入被测材料,以材料表面局部塑性变形的大小定的压头压入被测材料,以材料表面局部塑性变形的大小比较被测材料的软硬。由于压头、载荷以及载荷持续时间比较被测材料的软硬。由于压头、载荷以及载荷持续时间的不同,压入硬度有多种,主要是布氏硬度(的不同,压入硬度有多种,主要是布氏硬度(HB)、洛)、洛氏硬
8、度(氏硬度(HRC)、维氏硬度()、维氏硬度(HV)和显微硬度等几种,其)和显微硬度等几种,其中以中以HB及及HRC较为常用。较为常用。硬度不是一个单纯的物理量硬度不是一个单纯的物理量,而是反映材料的弹性、塑性、,而是反映材料的弹性、塑性、强度和韧性等的一种综合性能指标。强度和韧性等的一种综合性能指标。具有高的塑性,可具有高的塑性,可冷、热压力加工冷、热压力加工,可制成管、,可制成管、棒、线、条、带、板、箔等铜材棒、线、条、带、板、箔等铜材。经冷加工变形后强度增至经冷加工变形后强度增至392MPa490MPa,塑,塑性显著降低,伸长率可降至性显著降低,伸长率可降至6%,硬度,硬度HB为为110
9、01300MPa。纳米铜的室温超塑性 冷加工冷加工:指在低于再结晶温度下使金属产生:指在低于再结晶温度下使金属产生塑性变形的加工工艺。塑性变形的加工工艺。:在常温或再结晶温度以下的加工,:在常温或再结晶温度以下的加工,能显著提高强度和硬度,降低塑性和冲击韧能显著提高强度和硬度,降低塑性和冲击韧性,称为冷作硬化。性,称为冷作硬化。退火退火:将金属缓慢加热到一定温度,保持足够时间,然后以适宜:将金属缓慢加热到一定温度,保持足够时间,然后以适宜速度冷却速度冷却(通常是缓慢冷却,有时是控制冷却通常是缓慢冷却,有时是控制冷却)的一种金属热处理的一种金属热处理工艺。工艺。目的目的:是使经过铸造、锻轧、焊接
10、或切削加工的材料或工件软化,是使经过铸造、锻轧、焊接或切削加工的材料或工件软化,改善塑性和韧性,使化学成分均匀化,去除残余应力,或得到预改善塑性和韧性,使化学成分均匀化,去除残余应力,或得到预期的物理性能。期的物理性能。纯铜的冷作硬化可通过纯铜的冷作硬化可通过550660退火消除。退火消除。在金属的再结晶温度以上的塑性变形加工称为在金属的再结晶温度以上的塑性变形加工称为热加工热加工。由于温度处于再结晶温度以上,金属材料发生塑性变形后,随即发生再结晶过由于温度处于再结晶温度以上,金属材料发生塑性变形后,随即发生再结晶过程。因此塑性变形引起的加工硬化效应随即被再结晶过程的软化作用所消除,程。因此塑
11、性变形引起的加工硬化效应随即被再结晶过程的软化作用所消除,使材料保持良好的塑性状态。使材料保持良好的塑性状态。金属在热轧时变形和再结晶的示意图金属在热轧时变形和再结晶的示意图 最低再结晶温度=0.4Tm 大致可以分为三类:大致可以分为三类:几乎不固溶于几乎不固溶于铜,并与铜形成熔点较高的脆性铜,并与铜形成熔点较高的脆性化合物的杂质,如硫和化合物的杂质,如硫和氧氧等(导致冷脆)等(导致冷脆);很少固溶于很少固溶于铜,并与铜形成易熔共晶的杂质,铜,并与铜形成易熔共晶的杂质,如铅和铋等(导致热脆);如铅和铋等(导致热脆);固溶于固溶于铜的杂质及微量元素,如铁、铝、镍、铜的杂质及微量元素,如铁、铝、镍
12、、锡、锌、银、镉、砷、锑、磷等。锡、锌、银、镉、砷、锑、磷等。固溶体固溶体:所谓固溶体是指溶质原子溶入金:所谓固溶体是指溶质原子溶入金属溶剂的晶格中所组成的合金相属溶剂的晶格中所组成的合金相 固溶强化固溶强化:当溶质元素含量很少时,固溶:当溶质元素含量很少时,固溶体性能与溶剂金属性能基本相同。但随溶体性能与溶剂金属性能基本相同。但随溶质元素含量的增多,会使金属的强度和硬质元素含量的增多,会使金属的强度和硬度升高,而塑性和韧性有所下降,这种现度升高,而塑性和韧性有所下降,这种现象称为固溶强化。象称为固溶强化。合金:合金:由两种或两种以上的金属或非金属所组成由两种或两种以上的金属或非金属所组成的具
13、有金属特性的物质。的具有金属特性的物质。目前已能制备目前已能制备1600多种铜合金,主要的系列有:多种铜合金,主要的系列有:铜锌合金铜锌合金 铜锡合金铜锡合金 铜镍合金铜镍合金 锰铜合金锰铜合金 铍(青)铜合金铍(青)铜合金(一)黄铜(Cu-Zn合金)黄铜具有良好的工艺性能、机械性能、较高的黄铜具有良好的工艺性能、机械性能、较高的导电和导热性,黄铜还具有价格便宜优点。导电和导热性,黄铜还具有价格便宜优点。,是有色金属中应用最广,是有色金属中应用最广的合金材料之一。的合金材料之一。黄铜的分类 根据黄铜中所含合金元素种类的不同,黄铜分根据黄铜中所含合金元素种类的不同,黄铜分为为普通黄铜普通黄铜和和
14、特殊(复杂)黄铜特殊(复杂)黄铜两种。两种。普通黄铜是铜锌二元合金。如果是由二种以上普通黄铜是铜锌二元合金。如果是由二种以上的元素组成的多种合金就称为的元素组成的多种合金就称为特殊黄铜特殊黄铜。如由。如由铅、锡、锰、镍、铅、铁、硅组成的铜合金。铅、锡、锰、镍、铅、铁、硅组成的铜合金。在眼镜行业中,通常采用在眼镜行业中,通常采用HPb59-1铅黄铜铅黄铜来制来制造中低档眼镜铰链和配件。造中低档眼镜铰链和配件。1.普通黄铜:如:普通黄铜:如:H96,H80,H70,H68,H59等。等。根据根据CuZn二元状态图,黄铜的室温组织有三种:二元状态图,黄铜的室温组织有三种:含锌量在含锌量在35%以下的
15、黄铜,室温下的显微组织由单相的以下的黄铜,室温下的显微组织由单相的固溶体组成,称为固溶体组成,称为黄铜,退火处理后的黄铜,退火处理后的黄铜能承受黄铜能承受极极大的塑性变形大的塑性变形;含锌量在含锌量在36%46%范围内的黄铜,室温下的显微组织范围内的黄铜,室温下的显微组织由(由(+)两相组成,称为()两相组成,称为(+)黄铜(两相黄铜);)黄铜(两相黄铜);含锌量超过含锌量超过46%50%的黄铜,室温下的显微组织仅由的黄铜,室温下的显微组织仅由相组成,称为相组成,称为黄铜,其组织如图黄铜,其组织如图。铸态黄铜的机械性能与含锌量及组织的关系铸态黄铜的机械性能与含锌量及组织的关系 对于对于黄铜,随
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