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。