1.2 銅及銅合金的相、 相圖及相組成

1.2.1 銅及銅合金中的相及其晶體結(jié)構(gòu)

在銅及銅合金中, 除紫銅和彼此無限固溶的銅-鎳(白銅)外, 鋅、 錳、 鋁、 鈣、 鍺、 硅、 鎵、 銦等元素亦能大量固溶于銅中, 而形成α單相合金。

α相為面心立方晶格的固溶體, 隨固溶元素的不同, 性能有很大的差異。通常其塑性較高, 冷變形時極易加工硬化, 晶內(nèi)出現(xiàn)大量滑移帶, 經(jīng)退火后呈典型的孿晶組織。

鑄態(tài)下的某些合金會在α相基體上出現(xiàn)少量非平衡相, 通常經(jīng)高溫或長時間退火后即行消失(如某些黃銅出現(xiàn)的γ相及某些錫青銅出現(xiàn)的α+δ共析體)。但若合金元素含量過高或相變進(jìn)行的特別緩慢, 則第二相可能殘留(如在H68中偶爾見到的β相)。

氧、 硫、 鉛、 鉍等元素在多數(shù)合金中均被視作有害雜質(zhì), 它們含量很少也會與銅形成共晶。含量甚微時, 又多呈離異共晶形態(tài)出現(xiàn)于晶界或枝晶網(wǎng)絡(luò)。

在銅角與銅形成共晶的常見合金元素還有磷、 砷、 鈰、 鉻、 鋯、 鈦、 鐠等。合金不同, 共晶形態(tài)差異很大。

鋅、 鈷、 鐵、 鎵、 鍺等合金元素在銅角與銅發(fā)生包晶反應(yīng), 其中Cu-Zn包晶反應(yīng)(即黃銅的包晶反應(yīng))最為典型。

當(dāng)鋅含量或鋅當(dāng)量超過36%時, 黃銅即為多相合金, 其組織由α、 β、 γ及某些游離相所組成(如鉛相、 鐵相等)。β相為體心立方結(jié)構(gòu)。以β相為基的合金, β相界面平直, 晶粒呈規(guī)則形狀的多面體, 再結(jié)晶退火后不出現(xiàn)孿晶。α+β黃銅中, β相的含量和分布形態(tài), 會影響黃銅的強(qiáng)度和塑性。γ相為復(fù)雜立方結(jié)構(gòu), 多呈顆粒狀或星花狀、 性脆而硬、 對加工不利, 通常只在復(fù)雜黃銅中出現(xiàn)。

青銅除少量為單相合金外, 其余多由兩個以至更多的相組成。其中鈹青銅中的γ相、 BeNi相、 Be2Ti相, 硅青銅中的Ni2Si相, 鈦青銅中的Cu3Ti相, Cr青銅中的Cr相, 鋯青銅中的Cu3Zr相等的固溶度, 隨溫度的升降有明顯的改變, 生產(chǎn)中可借淬火及時效處理使合金強(qiáng)化。而硅青銅中的Mn2Si相, 鎘青銅中的Cu2Cd相等其固溶度雖然隨溫度的升降變化很大, 但強(qiáng)化效果并不顯著。

青銅中還有些相實(shí)際是高溫下的平衡相, 如鈹青銅中的β相, 硅青銅中的K相, 錫青銅中的δ相等按狀態(tài)圖在室溫下應(yīng)已分解, 但由于相變過程緩慢, 有些在實(shí)際生產(chǎn)中相變根本無法實(shí)現(xiàn), 因而在組織中得以保留。