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合金的相结构

合金是由两种或两种以上金属元素，或金属和非金属元素组成的具有金属性质的物质。
组成合金的基本物质称为组元。组元大多是元素，如铁碳合金的主要组元是铁和碳，有时也可以是稳定的化合物。由两个组元组成的合金为二元合金，由三个组元组成的合金称为三元合金等。
“组织”是指用肉眼或借助于放大镜、显微镜观察到的材料内部的形态结构。“相”是金属或合金中具有相同化学成分、相同结构并以界面互相分开的各个均匀的组成部分。若合金是由成分、结构都相同的同一种晶粒构成的，则各晶粒虽有界面分开，却属于同一相；若合金是由成分、结构不同的几种晶粒所构成，它们将属于不同的几种相。一般把固态下的相统称为固相，而液体状态称为液相。
固态合金的相，可分成两大类：固溶体和金属化合物。若相的晶体结构与某一组成元素的晶体结构相同，这种固相称为固溶体；若相的晶体结构与组成合金元素的晶体结构均不相同，这种固相称为金属化合物。
1固溶体
组成合金的元素互相溶解，形成一种与某一元素的晶体结构相同，并包含有其它元素的合金固相，称为固溶体。其中，与合金晶体结构相同的元素称为溶剂，其它元素称为溶质。固溶体一般用α、β、γ……来表示。

（1）置换固溶体
溶质原子占据溶剂晶格的某些结点位置而形成的固溶体称为置换固溶体，其结构见图2-2-13。
通常，当溶剂与溶质原子尺寸相近，直径差别较小，容易形成置换固溶体；当直径差别大于15%时，就很难形成置换固溶体了。置换固溶体中原子的分布通常是任意的，称之为无序固溶体。在某些条件下，原子成为有规则的排列，称为有序固溶体。两者之间的转变称为固溶体的有序化。这时，合金的某些物理性能将发生很大的变化。

图2-2-13置换固溶体

（2）间隙固溶体
溶质原子进入溶剂晶格的间隙中而形成的固溶体称为间隙固溶体，其中的溶质原子不占据晶格的正常位置，其结构见图2-2-14。

图2-2-14间隙固溶体

2金属化合物
金属化合物是合金组元间相互作用所形成的一种晶格类型及性能均不同于任一组元的合金固相。一般可用分子式大致表示其组成。金属化合物一般有较高的熔点、较高的硬度和较大的脆性。合金中出现化合物时，可提高强度、硬度和耐磨性，但降低塑性。根据金属化合物的形成规律及结构特点，可将其分为三大类型。
（1）正常价化合物
周期表上相距较远，电化学性质相差较大的两元素容易形成正常价化合物。其特点是符合一般化合物的原子价规律，成分固定，并可用化学式表示。如Mg2Pb、Mg2Sn、Mg2Si、MnS等。
正常价化合物具有高的硬度和脆性。当其在合金中弥散分布于固溶体基体中时，将起到强化相的作用，使合金强化。
（2）电子化合物
电子化合物是由第Ⅰ族或过渡族元素与第Ⅱ至第Ⅴ族元素结合而成的。它们不遵循原子价规律，而服从电子浓度规律。电子浓度是指合金中化合物的价电子数目与原子数目的比值。
电子化合物具有高的熔点和硬度，但塑性较低，一般只能作为强化相存在于合金特别是有色金属合金中。
电子化合物的结构取决于电子浓度，当电子浓度为3/2时，晶体结构为体心立方晶格，称为β相；电子浓度为21/13时，晶体结构为复杂立方晶格，称为γ相；电子浓度为7/4时，晶体结构为密排六方晶格，称为ε相。
（3）间隙化合物
间隙化合物是由过渡族金属元素与碳、氮、氢、硼等原子半径较小的非金属元素形成的金属化合物。根据组成元素原子半径比值及结构特征的不同，可将间隙化合物分为两类：
a）间隙相
当非金属原子半径与金属原子半径比值小于0.59时，形成具有简单晶格的间隙化合物，称为间隙相，如TiC、TiN、ZrC、VC、NbC、Mo2N、Fe2N等。图2-17是VC的晶格示意图。由图可见，VC为面心立方晶格，V原子占据晶格的正常位置，而C原子则规则地分布在晶格的空隙之中。
间隙相具有极高的熔点、硬度和脆性，而且十分稳定，是高合金工具钢的重要组成相，也是硬质合金和高温金属陶瓷材料的重要组成相。
b）具有复杂结构的间隙化合物
当非金属原子半径与金属原子半径的比值大于0.59时，形成具有复杂结构的间隙化合物。如钢中的Fe3C、Cr23C6、Fe4W2C、Cr7C3、Mn3C等。Fe3C称为渗碳体，具有复杂的斜方晶格。
具有复杂结构的间隙化合物也具有很高的熔点、硬度和脆性，但与间隙相相比要稍低一些，加热时也易于分解。这类化合物是碳钢及合金钢中重要的组成相。金属化合物也可以溶入其它元素的原子，形成以金属化合物为基的固溶体。

铜合金分类与牌号普通黄铜的相组成及各相的特性 Cu-Zn 二元系相图中的相有α、 β、γ、δ、 ε、η。 黄铜 普通黄铜 37.5 32.5 36.8 α相：以铜为基的固溶体。 α晶格常数随锌含量增加而增大，锌在铜中的溶解度与一般合金相反，随温度降低而增加，在456℃时固溶度达最大值 (39％Zn)；之后，锌在铜中的溶解度随温度的降低而减少。含锌25％左右合金，存在Cu 3 Zn化合物的两种有序化转变： 450℃左右：α无序固溶体→α l 有序固溶体 217℃左右：α l 有序固溶体→α 2 有序固溶体。 α相塑性良好，可进行冷热加工，并具有良好焊接性能。 β相：以电子化合物CuZn为基的体心立方晶格固溶体。冷却时：468～456℃，无序相β→成有序相β??。 β??塑性低，硬而脆，冷加工困难，所以含有β??相的合金不适宜冷加工。但加热到有序化温度以上，β??→β后，又具有良好塑性。β相高温塑性好，可进行热加工。 γ相：以电子化合物Cu 5 Zn 8 为基的复杂立方晶格固溶体。硬而脆，难以压力加工，无法应用。工业用黄铜的锌含量均小于46％，避免出现γ相。 H70黄铜的铸态组织及变形后退火组织按退火组织，工业用黄铜分为α黄铜和α+β两相黄铜。 w Zn ＜36％的α黄铜：H96～H65为单相α黄铜，α黄铜的铸态组织中存在树枝状偏析，枝轴部分含铜较高，不易腐蚀；呈亮色，枝间部分含锌较多，易腐蚀，故呈暗色。变形及再结晶退火后，得到等轴的α晶粒，而且出现很多退火孪晶，这是铜合金形变后退火组织的特点。 H62双相黄铜 退火 α 白 +β' 黑 α+β黄铜：36～46％Zn，如H62至H59。凝固时发生包晶反应形成β相，凝固后的合金为单相β组织；冷至α+β两相区时，自β相中析出 α相，残留的β相冷至有序转变温度时(456℃)，β 无序相转变为β??有序相，室温下合金为α+β??两相组织。铸态α+β??黄铜，α相呈亮色(因含锌少，腐蚀浅), β??相呈黑色(因含锌多，腐蚀深)。经变形和再结晶退火后，α相具有挛晶特征。普通黄铜性能变化与锌含量的关系物理性能：普通黄铜密度随w Zn 增加而下降，而线膨胀系数随w Zn 增加而上升。电导率、热导率在α区随w Zn 增加而下降；w Zn ≥39％，合金中出现β，电导率又上升，w Zn 为50％时达峰值。力学性能：w Zn <30％时，随w Zn 增加，Rm和A同时增大，对固溶强化的合金来说，这种情况是极少有的，w Zn 在30～32%时，A达最大值。之后，随β??相的出现、增多，塑性急剧下降；Rm 则一直增加，并当w Zn ≈45％时，Rm 值达最大。w Zn ＞45％，α相全部消失，组织为硬脆的β??相，导致Rm急剧下降。变形和退火后的性能：α相随w Zn 增加，其强度、塑性均增加；当 w Zn 为30％时，塑性最好，适于深冲压和冷拉，大量用于制造炮弹壳，H70黄铜又称为“炮弹黄铜”。β相强度更高，但室温下呈有序状态，塑性很低。γ相在室温下则更硬而脆。 α黄铜在200～600℃温度范围内均存在中温低塑性区。这是微量杂质(铅、锑、铋等)所致，这些杂质与铜生成低熔点共晶并凝聚在晶界上，形成低熔点共晶薄膜，从而造成热加工过程的“热脆”。黄铜的塑性会随温度升高而重新显著增加，因这些杂质在高温时的溶解度明显增加。脆性区温度范围与锌含量有关。加入微量混合稀土或锂、钙、锆、铈等可与杂质形成高熔点化合物的元素，均有效减轻或消除杂质的有害影响，从而消除热脆性。如铈与铅、铋形成Pb 2 Ce及Bi 2 Ce等高熔点化合物。 黄铜的热加工应在高于脆性区的温度下进行；α+β黄铜室温塑性较低，只能热变形、要加热到β相区热轧，但温度不能太高，因β相长大得快，以保留少量α相为宜，利用残留α相限制β晶粒长大。所以，热变形温度通常选择在(α+β)／β相变温度附近。 黄铜在大气、淡水或蒸汽中耐蚀性好，腐蚀速度约为0.0025～ 0.025mm/a；在海水中的腐蚀速度为0.0075～0.1mm／a。脱锌和应力腐蚀破坏季裂)是黄铜最常见的两种腐蚀形式。脱锌：出现在含锌较高的α黄铜、特别是α+β黄铜中。锌电极电位远低于铜，在中性盐水溶液中锌首先被溶解，铜呈多孔薄膜残留在表面，并与表面下的黄铜组成微电池，使黄铜成为阳极而被加速腐蚀。加入0.02～0.06％As可防止脱锌。应力腐蚀：即“季裂”或“自裂”，指黄铜产品存放期间产生自动破裂的现象。它是产品内残余应力与腐蚀介质氨、SO 2 及潮湿空气的联合作用产生的。黄铜含Zn量越高，越易自裂。为避免黄铜自裂，所有黄铜冷加工制品或半制品，均需进行低温(260～300℃)退火来消除制品在冷加工时产生的残留内应力。此外，在黄铜中加人0.02～0.06％As或1.0～1.5％Si也能明显降低其自裂倾向。普通黄铜中杂质： 铅、铋、锑、磷、砷和铁等。铅：在α单相黄铜中是有害杂质，由于它熔点低，几乎不溶于黄铜 中，所以它主要分布在晶界上。铅含量大于0.03％时，黄铜在热加工时出现热脆；但对冷加工性能无明显影响。在α+β两相黄铜中，铅的允许含量可比α黄铜高一些，因为两相黄铜在加热和冷却过程中，会发生固态相变，使铅大部分转入晶内，减轻有害影响。少量铅可提高两相黄铜的切屑性能，使加工件表面获得高的光洁度。铋：呈连续脆性薄膜分布在黄铜晶界上，既产生热脆性，又产生冷脆性，对黄铜的危害性远比铅为大，在α及α+β黄铜中要求 ≯0.002％Bi。减轻Pb和Bi有害影响的有效途径是加入能与这些杂质形成弥散的高熔点金属化合物的元素，如Zr可分别与Pb、Bi形成高熔点稳定化合物ZrxPby(2000℃)和ZrxBiy。(熔点2200℃)。锑：随温度下降，锑在α黄铜中溶解度急剧减小；在锑含量小于0.1％时，就会析出脆性化合物Cu 2 Sb，呈网状分布在晶界上，严重损害黄铜的冷加工性能。锑还促使黄铜产生热脆性，因锑在固态铜中的共晶温度为645℃，所以，锑是 黄铜中的有害杂质。加入微量锂可与锑形成高熔点的 Li 3 Sb(熔点1145℃)，从而减轻锑对黄铜塑性的有害影响。砷：室温时砷在黄铜中的溶解度<0.1％，过量的砷则产生脆性化合物Cu 3 As，分布在晶界上，降低黄铜塑性。黄铜中加入0.02～0.05％As，可防止黄铜脱锌。砷使黄铜制品表面形成坚固的保护膜，提高黄铜对海水的耐蚀性。普通黄铜性能变化规律其导电、导热性随Zn含量的增加而下降，而机械性能(抗拉强度、硬度)则随Zn含量的增加而上升；二元黄铜在工业上的应用，主要根据其性能来选择。 H96、H90和H85：良好的电导率、热导率和耐蚀性，有足够的强度和良好的冷、热加工性能，被大量采用来制作冷凝管、散热管、散热片、冷却设备及导电零件等。 H70、H68：高的塑性和较高的强度，冷成型性能特别好，适于用冷冲压或深拉法制造各种形状复杂的零件。 H62：α+β黄铜，高的强度，在热态下塑性良好；冷态下塑性也比较好，切削加工性好耐蚀，易焊接，以板材，棒材、管材、线材等供工业大量使用，应用广，有“商业黄铜”之称。 H59：强度高；含锌量高，能承受热态压力加工，有一般的耐蚀性，多以棒材和型材应用于机械制造业。代号化学成分, % 机械性能 Cu Zn 加工状态 Rm MPa A % HB H96 95~97 余量 退火 250 35 － H80 79~81 余量 退火 270 50 － H68 67~70 余量 退火 300 40 － H59 57~60 余量退火变形 300 420 25 5 － 103 铜锌合金中加入少量锡、铝、锰、铁、硅、镍、铅等元素，构成多元合金，即为复杂黄铜。加入的合金元素使铜锌系中的α／(α+β)相界向左移动(缩小α区) 或向右移动(扩大α区)。即：“复杂黄铜组织=增加或减少锌含量的简单黄铜组织”。铜锌合金中加入1％硅后的组织，即相当于铜锌合金中增加10 ％锌的组织，即称硅的“锌当量系数”为10。硅的锌当量系数为正值，急剧缩小α区。若在铜锌合金中加入1％镍，则合金的组织相当于合金中减少1.5％锌的合金组织，故镍的“锌当量系数”为－1.5，镍的锌当量系数是负值，使α区扩大。铜锌合金加入其它元素后产生的相区变化，可根据“虚拟锌含量”来推算。如：HAl66-6-3-2(66Cu-6Al-3Fe－2Mn，余为锌)的 “虚拟锌含量”为48.6％，48.6％Zn的合金具有单相β组织。复杂黄铜 复杂黄铜中的α相及β相是多元复杂固溶体，其强化效果较大，而普通黄铜中的α及β相是简单的Cu-Zn固溶体，其强化效果较低。锌当量相同，多元固溶体与简单二元固溶体的性质不同。 ⑴铅的作用及铅黄铜：铅提高黄铜的切削性能，使零件获得高的光洁度，同时提高合金的耐磨性。单相α铅黄铜可冷轧或热挤，而(α+β)两相铅黄铜只能热轧、热挤。为了改善热脆性，HPb59-1中加入0.005％稀土，可细化晶粒，使Pb分布均匀，或加入0.1％Al，可显著改善热脆性，提高热轧温度上限，使铅黄铜可在720～750℃进行热轧。铅黄铜有极好的切削性能，耐磨、高强、耐蚀、导电性好，它以棒材，扁材、带材等广泛供应汽车、拖拉机、钟表、电器等工业，用以制作各种螺丝、螺母、电器插座、钟表零件等。复杂黄铜的性能 ⑵锡的作用及锡黄铜：锡抑制黄铜脱锌，提高黄铜耐蚀性。锡黄铜在淡水及海水中均耐蚀，故称“海军黄铜”。加入0.02～0.05％As可进一步提高耐蚀性。锡还能提高合金的强度和硬度，常用锡黄铜含1％Sn，含锡量过多会降低塑性。锡黄铜热、冷压力加工性能好。但HSn70-1在热压力加工时易裂，需要严格控制杂质含量(如Pb≯0.03％)，铜取上限(71％)，锡取下限(1.0～l.2％)，这样，在700～720℃热轧或670～720℃热挤，可获得良好效果。锡黄铜主要用于海轮、热电厂制作高强，耐蚀冷凝管、热交换器，船舶零件等。 ⑶铝的作用及铝黄铜 黄铜中加入少量铝能在合金表面形成坚固的氧化膜，提高合金对气体、溶液、高速海水的耐蚀性；铝的锌当量系数高，形成β相的趋势大，强化效果高，能显著提高合金的强度和硬度。铝含量增高时，将出现γ相，剧烈降低塑性，使晶粒粗化。为了使合金能进行冷变形，铝含量应低于4％。含2％Al、20％Zn的铝黄铜，其热塑性最高。加入0.05 ％As及0.01％Be或0.4％Sb及0.01％Be可进一步提高铝黄铜 的抗脱锌腐蚀能力。HAl77－2用量最大，主要是制成高强、耐蚀的管材，广泛用做海船和发电站的冷凝器等。铝黄铜的颜色随成分而变化，通过调整成分，可获得金黄色的铝黄铜，作为金粉涂料的代用品。 ⑷锰的作用及锰黄铜：锰起固溶强化作用，少量的锰可提高黄铜的强度、硬度。锰黄铜能较好地承受热、冷压力加工。锰能显著升高黄铜在海水、氯化物和过热蒸汽中的耐蚀性。锰黄铜、特别是同时加有铝、锡或铁的锰黄铜广泛用于造船及军工等部门。 Cu-Zn-Mn系合金的颜色与含锰量有关，随Mn量的增加，其颜色逐靳由红变黄，由黄变白，含63.5％Cu，24.5％Zn， 12％Mn的黄铜，具有良好的机械性能、工艺性能和耐蚀性，已部分地代含镍白铜应用于工业上。组 别 代 号主要化学成分, % 机械性能(变形) Cu 其它 Rm MPa A % HB Pb黄铜 HPb 63-3 HPb 60-1 62.0~65.0 59.0~61.0 Pb 2.4~3.0 Pb 0.6~1.0 600 610 5 4 －－ Sn黄铜 HSn 90-1 HSn 62-1 88.0~91.0 61.0~63.0 Sn 0.25~0.75 Sn 0.7~1.1 520 700 5 4 148 － Al黄铜 HAl77-2 76.0~79.0 Al 1.8~2.6 650 12 170 Si黄铜 HSi 65-1.5-3 63.5~66.5 Si 1.0~2.0 Pb 2.5~3.5 600 8 160 Mn黄铜 Fe黄铜 HMn 58-2 HFe 59-1-1 57.0~60.0 57.0~60.0 Mn 1.0~1.2 Fe 0.6~1.2 700 700 10 10 175 160 Ni黄铜 HNi 65-5 64.0~67.0 Ni 5.0~6.5 700 4 －除黄铜、白铜之外的铜合金统称青铜，是由Sn、Al、Be、 Si、Mn、Cr、Cd、Zr、Ti等与铜组成的铜合金。锡青铜：其主要合金成分是锡。特殊青铜（无锡青铜）：其主要成分为除锡外的其它合金元素。青铜按主添元素（如Sn、Al、Be等）分别命名为锡青铜、铝青铜、铍青铜等。以“Q+主加元素符号+除铜外的成分数字组”表示。 QSn6.5-0.l：6.5%Sn、0.1％P，余为铜的锡青铜 QAl10-3-1.5：10％A1、3％Fe、1.5％Mn，余为铜的铝青铜。青 铜最古老的铜合金。用于鼎、钟、武器、铜镜等。耐蚀、耐磨、弹性好和铸件体积收缩率小等。锡青铜有三大用途： ⑴高强、弹性材料：如弹簧、弹片、弹性元件。 ⑵耐磨材料：如滑动轴承的轴套、齿轮等耐磨零件。 ⑶铸件体积收缩小、耐蚀，用来制作艺术铸件，如铜像等。二元锡青铜的组织铜锡相图中有两个包晶反应和三个共析反应。 δ相：γ相在520℃时的共析分解产物。δ在350℃分解成α+ε相。β、 γ为高温相，随温度降低而分解，因此，在一般条件下它们实际上不可能出现。 δ相分解速度慢，即使在20％锡以下的合金中，不存在ε相。锡青铜实际存在的组织为： ⑴低锡合金(QSn4-0.3和QSn4-3)，变形和退火后为α固溶体组织。 ⑵高锡合金，由α固溶体和共析体α+δ组成。锡青铜 ZQSn-10 铸态 α +（α+δ）共析富锡α相富铜α相二元锡青铜的性能 ⑴铸造性能：铜锡合金结晶温度间隔可达150～160℃，流动性差；锡在铜中扩散慢，熔点相差大，枝晶偏析严重，枝晶轴富铜，呈黑色；基底富锡，呈亮色。铸锭在进行压力加工前要进行均匀化退火，并经多次压力加工和退火后，才基本上消除枝晶偏析。锡青铜凝固时不形成集中缩孔，只形成沿铸件断面均匀分布在枝晶间的分散缩孔，所以，铸件致密性差，在高压下容易渗漏，不适于铸造密度和气密性要求高的零件。锡青铜线收缩率为1.45～1.5％，热裂倾向小，利于获得断面厚薄不均、尺寸要求精确的复杂铸件和花纹清晰的工艺美术品。锡青铜存在“反偏析”：凝固时铸件富锡的易熔组分在体积收缩和析出气体的作用下，由中心向表面移动，使铸件心部锡含量低于表面的现象。 “反偏析”明显时，铸件表面出现灰白色斑点或析出物形状的所谓“锡汗”。这些脆性析出物含锡15～18％，由δ相组成。 ⑵机械性能：锡青铜的性能与含锡量及组织有关。在α相区，Sn含量增加， Rm及塑性均增大，在大约10％Sn附近，塑性最好，在21～23％Sn 附近Rm最大。δ相(Cu 3l Sn 8 )硬而脆，随着δ相增多， Rm升高，其后急剧下降。工业用合金中，锡的含量为3～14％；变形合金含锡＜8％，且含磷、锌或铅等。 ⑶抗蚀性能：锡青铜在大气、水蒸气和海水中具有很高的化学稳定性，在海水中的耐蚀性比紫铜、黄铜优良。所以，对暴露在海水、海风和大气中的船舶和矿山机械，广泛应用锡青铜铸件。但盐酸、硝酸、钠碱溶液、氨溶液及甲醇溶液强烈腐蚀锡青铜。二元锡青铜易偏析，不致密，机械性能得不到保证，故很少应用。为了改善二元锡青铜的工艺和使用性能，工业用锡青铜都分别加有锌、磷、铅、镍等元素，组成多元锡青铜。 ①磷的作用及锡磷青铜锡青铜熔炼时用磷脱氧，微量磷（0.3％）能有效地提高合金的机械性能。压力加工锡磷青铜，含磷量不超过0.4％，此时锡青铜力学和工艺性能最好，有高的弹性极限、弹性模量和疲劳极限(100×10 6 次循环时达250～280MPa)，用于制作弹簧、弹片及弹性元件。磷在锡青铜中溶解度小，且随锡含量增加、温度降低，溶解度显著减小；室温时磷在锡青铜中的极限溶解度为0.2％左右。含磷过多将形成628℃的三元共晶α+δ+Cu 3 P，在热轧时磷化物共晶处于液态，造成热脆。磷增加流动性，但加大反偏析程度。磷化物硬度高，耐磨。磷化物+δ相作硬质相，为轴承合金创造了所必需的条件，所以在铸造耐磨锡青铜中，磷含量可达1.2％。合金元素的作用及各种锡青铜的性能 ②锌的作用及锡锌青铜：锌缩小锡青铜的结晶温度间隔，减少偏析，提高流动性，促进脱氧除气，提高铸件密度。锌能大量溶入α固溶体中，改善合金的机械性能。含锌加工锡青铜均具有单相α固溶体组织（如QSn4-3锡锌青铜的含锌量在2～4％时，具有良好的机械性能和抗蚀性能，用于制造弹簧、弹片等弹性元件、化工器械、耐磨零件和抗磁零件等。 ③铅的作用及锡铅青铜：铅不固溶于青铜，以纯组元存在，呈黑色夹杂物分布在枝晶之间，可改善切削和耐磨性。含铅低时(如1～2％)主要改善切削性，含铅高时(4～5％)用作轴承材料，降低摩擦系数。所以锡铅青铜用以制造耐蚀、耐磨、易切削零件或轴套、轴承内衬等零件。微量Zr、B、Ti可细化晶粒，改善锡青铜的机械性能和冷热加工性能。As、Sb、Bi降低锡青铜塑性，对冷热加工有害。简单铝青铜：只含铝的为简单铝青铜。复杂铝青铜：除铝外另含铁、镍、锰等其它元素的多元合金。含Al小于7％的合金在所有温度下均具有单相α固溶体组织。 α相塑性好，易加工。实际生产条件下，7～8％Al的合金组织中便有α+γ 2 共析体。 γ 2 是硬脆相(520HV)，它使硬度、强度升高，塑性下降。含9.4～ 15.6％Al的合金缓慢冷却到565℃时，发生β→α+γ 2 转变，形成共析体组织。(α+γ 2 )共析体组织与退火钢中的珠光体相似，具有明显的片层状特征。 β单相区快速淬火时，共析转变受阻，此时的相变过程为：无序β→有序β 1 →β 1 ??。 Cu-Al系的马氏体是热弹性马氏体，具有形状记忆效应。但在 Al浓度高的Cu-Al二元系合金中，即使快速淬火也不能阻止γ 2 相的析出，不出现热弹性马氏体相变，所以添加Ni抑制Cu或A1的扩散，使β相稳定，以便通过淬火获得热弹性马氏体。铝青铜二元铝青铜的性能 (1)机械性能：其强度和塑性随铝含量的增加而升高，塑性在铝含量4％左右达最大值，其后下降，而强度在10％Al左右达最大值。工业铝青铜含铝量在5～11％范围内。铝青铜具有机械性能高、耐蚀、耐磨、冲击时不发生火花等优点。α单相合金塑性好，能进行冷热压力加工。(α+β)合金能承受热压力加工，但主要用挤压法获得制品，不能进行冷变形。 (2)铸造性能：铝青铜结晶温度间隔仅10～80℃，流动性好，不形成分散缩孔，易得致密铸件，成分偏析也不严重。但易生成集中缩孔，易形成粗大柱状晶，使压力加工变得困难。为防止铝青铜晶粒粗大，除严格控制铝含量外，还用复合变质剂(如Ti+V+B 等)细化晶粒。加Ti和Mn能有效改善其冷、热变形性能。 (3)耐蚀性：铝青铜的耐蚀性比黄铜、锡青铜好，在大气、海水和大多数有机酸(柠檬酸、醋酸、乳酸等)溶液中均有很高的耐蚀性J在某些硫酸盐，苛性碱、酒石酸等溶液中的耐蚀性也较好。 QAL10 铸态 α(白色)+(α+γ 2 )共析(黑色) QAL10 固溶处理930℃淬火 β 1 '(相当于M) 合金元素的影响 (1)锰: 显著降低铝青铜β相的共析转变温度和速度，稳定β相，推迟β→(α+γ 2 )，避免“自发回火”脆性。溶解于铝青铜中的锰，可提高机械性能和耐蚀性。0.3～0.5％Mn能减少热轧开裂，提高成品率，改善冷、热变形能力。 (2)铁: 少量铁能溶于锡青铜α固溶体中，显著提高机械性能；含量高时以Fe 3 Al析出，使机械性能变坏，抗蚀性恶化，铝青铜中Fe 加入量不超过5％。Fe能细化晶粒，阻碍再结晶，加入0.5～1％的 Fe就能使单相或两相铝青铜的晶粒变细。Fe能使铝青铜中的原子扩散速度减慢，增加β相的稳定性，抑制引起合金变脆的 β→(α+γ 2 )自行回火现象，显著减少合金的脆性。 (3)镍：显著提高铝青铜的强度、硬度、热稳定性、耐蚀性和再结晶温度。加Ni的铝青铜可热处理强化，Cu-14Al-4Ni(重量％)为具有形状记忆效应的合金。铝青铜中同时添加镍和铁，能获得更佳的性能。含8～ 12％Al，4～6 ％Ni，4～6％Fe的Cu-Al-Ni-Fe四元合金，其组织中会出现K相：当w Ni ＞w Fe 时，K相呈层状析出；当w Ni ＜w Fe 时，K相呈块状；当w Ni ≈w Fe 时，K相为均匀分散细粒状，有利于得到很好的机械性能。工业铝青铜QAl10-4-4中Fe、Ni含量相等，在500℃的抗拉强度比锡青铜在室温的强度还高。改变时效温度可以调整其强度和塑性之间的配合。含镍和铁的铝青铜作为高强度合金在航空工业中广泛用来制造阀座和导向套筒，也在其它机器制造部门中用来制造齿轮和其它重要用途的零件。镀青铜即含1.5～2.5％Be的铜合金。淬火时效强度高，Rm达1250～1500MPa，硬度350～ 400 HB。弹性极限高(700～780MPa)，弹性稳定性好，弹性滞后小，耐蚀、耐磨、耐寒、耐疲劳，无磁性，冲击不发生火花，导电、导热性能好，所以，铍青铜的综合性能优良。铍青铜用作高级弹性元件(如弹簧、膜片，手表的游丝)，特殊要求的耐磨元件，高速，高压下工作的轴承、衬套、齿轮等。 CuBe为基的有序固溶体，低温稳定相，室温硬而脆。铍青铜相组成及其特性 α、γ l 、γ 2 三个单相区 α：以铜为基的臵换固溶体，面心立方晶格，有良好的塑性，可冷热变形。铍原子半径(111.3pm)比铜 (127.8pm)小，造成严重晶格歪扭。α相有明显溶解度变化，866℃（2.7％）， 605℃（1.55％），室温（0.16％）。有强烈的时效强化效应。 γ 1 ：以电子化合物Cu 2 Be为基的无序固溶体，体心立方结构，高温塑性好，淬火到室温，塑性好，可冷变形。γ 1 相在缓冷时发生共析分解。 γ 2 ：电子化合物。铍青铜的淬火和时效在760～790℃固溶处理，保温时间为8～15min。为防止固溶体冷却时分解，常用水淬。淬火后冷变形30～40％再进行时效。

普通黄铜的相组成及各相的特性 Cu-Zn二元系相图中，固态下有α、β、γ、δ、ε、η六个相。
α相是以铜为基的固溶体，其晶格常数随锌含量的增加而增大，锌在铜中的溶解度与一般合金相反，随温度降低而增加，在456℃时固溶度达最大值(39％Zn)；之后，锌在铜中的溶解度随温度的降低而减少。含锌量为25％左右的α相区，存在Cu3Zn化合物的两种有序化转变，采用X射线、电阻、差热分析等方法测定发现：在450℃左右α无序固溶体转变为αl有序固溶体，在217℃左右，αl有序固溶体转变为α2有序固溶体。α固溶体具有良好的塑性，可进行冷热加工，并有良好的焊接性能。
β相：以电子化合物CuZn为基的体心立方晶格固溶体。冷却过程中，在468～456℃温度范围，无序相β转变成有序相β´。β´相塑性低，硬而脆，冷加工困难，所以含有β´相的合金不适宜冷加工。但加热到有序化温度以上，β´→β后，又具有良好塑性。β相高温塑性好，可进行热加工。
γ相是以电子化合物Cu5Zn8为基的复杂立方晶格固溶体，硬而脆，难以压力加工，工业上不采用。所以，工业用黄铜的锌含量均小于46％，不含γ相。工业用黄铜，按其退火组织可分为α黄铜和α+β两相黄铜。β黄铜只用作焊料。
WZn＜36％的α黄铜：H96～H65为单相α黄铜，α黄铜的铸态组织中存在树枝状偏析，枝轴部分含铜较高，不易腐蚀；呈亮色，枝间部分含锌较多，易腐蚀，故呈暗色。变形及再结晶退火后，得到等轴的α晶粒，而且出现很多退火孪晶，这是铜合金形变后退火组织的特点。
α+β两相黄铜含36～46％Zn，H62至H59均属于此。凝固时发生包晶反应形成β相，凝固完毕，合金为单相β组织，当冷至α+β两相区时，α相自β相析出，残留的β相冷至有序转变温度时(456℃)，β无序相转变为β´有序相，室温下合金为α+β´两相组织。铸态α+β´黄铜，α相呈亮色(因含锌少，腐蚀浅), β´相呈黑色(因含锌多，腐蚀深)。经变形和再结晶退火后，α相具有挛晶特征，β´相则没有。
普通黄铜性能变化与锌含量的关系
物理性能：二元黄铜的密度随锌含量的增加而下降，而线膨胀系数则随锌含量的增加而上升。电导率、热导率在α区随锌含量的增加而下降，但锌含量在39％以上，合金出现β时，电导率又上升，锌含量达50％时达峰值。
力学性能：WZn<30％时，随锌含量的增加，σb和δ同时增大，对固溶强化的合金来说，这种情况是极少有的，锌含量在30～32%范围时，δ达最大值。之后，随β´相的出现和增多，塑性急剧下降。而σb则一直增长到锌含量45％附近，当锌含量为45％时，σb值最大。锌含量超过45％，由于α相全部消失，而为硬脆的β´相所取代，导致σb急剧下降。
变形和退火后的性能：α相随锌含量的增加其强度、塑性均增加。当锌含量为30％时，塑性最好，适于深冲压和冷拉，大量用于制造炮弹壳，所以H70黄铜有“炮弹黄铜”之称。β相强度更高，但室温下呈有序状态，塑性很低。γ相在室温下则更硬而脆。α黄铜具有良好的塑性，适于冷、热加工。所有黄铜在200～600℃温度范围内均存在中温低塑性区，这主要是微量杂质(铅、锑、铋等)的影响，它们与铜生成低熔点共晶而最后凝聚在晶界上，形成低熔点共晶薄膜，从而造成热加工过程的“热脆”。然而黄铜的塑性会随温度升高而重新显著增长，表明这些杂质在高温时的溶解度明显增加。脆性区温度范围与锌含量有关，具体温度要看含锌量而言，如H90、H80，HPb59－1等的低塑性区。加入微量混合稀土或锂。钙、锆、铈等能与杂质形成高熔点化合物的元素，均能有效减轻或消除杂质的有害影响，从而消除热脆性。如加铈能与铅和铋形成Pb2Ce及Bi2Ce等高熔点化合物。
黄铜的热加工一般应在高于脆性区的温度进行，α+β黄铜室温塑性较低，只能热变形、要加热到β相区热轧，但温度不能太高，因β相长大得快，以保留少量α相为宜，利用残留α相限制β晶粒长大。所以，热变形温度通常选择在(α+β)／β相变温度附近。黄铜在大气、淡水或蒸汽中有很好的耐蚀性，腐蚀速度约为0.0025～0.025mm/a，在海水中的腐蚀速度略有增加，约为0.0075～0.1mm／a。脱锌和应力腐蚀破坏(季裂)是黄铜最常见的两种腐蚀形式。
脱锌：出现在含锌较高的α黄铜、特别是α+β黄铜中。锌电极电位远低于铜，电极电位低的锌在中性盐水溶液中首先被溶解，铜则呈多孔薄膜残留在表面，并与表面下的黄铜组成微电池，使黄铜成为阳极而被加速腐蚀。加0.02～0.06％As可防止脱锌。
应力腐蚀：即季裂”或“自裂”，指黄铜产品存放期间产生自动破裂的现象。这种现象是产品内的残余应力与腐蚀介质氨、SO2及潮湿空气的联合作用产生的。黄铜含Zn量越高，越容易自裂。
为避免黄铜自裂，所有黄铜冷加工制品或半制品，均需进行低温(260～300℃)退火来消除制品在冷加工时产生的残留内应力。此外，在黄铜中加人0.02～0.06％As或1.0～1.5％Si也能明显降低其自裂倾向。
普通黄铜中杂质： 铅、铋、锑、磷砷和铁等。
铅：Pb在α单相黄铜中是有害杂质，由于它熔点低，几乎不溶于黄铜中，所以它主要分布在晶界上。铅含量大于0.03％时，黄铜在热加工时出现热脆；但对冷加工性能无明显影响。在α+β两相黄铜中，铅的容许含量可比α黄铜高一些，因为两相黄铜在加热和冷却过程中，会发生固态相变，使铅大部分转入晶内，减轻有害影响。少量铅可提高两相黄铜的切屑性能，使加工件表面获得高的光洁度。
铋：Bi呈连续脆性薄膜分布在黄铜晶界上，既产生热脆性，又产生冷脆性，对黄铜的危害性远比铅为大，在α及α+β黄铜中要求≯0.002％Bi。减轻Pb和Bi有害影响的有效途径是加入能与这些杂质形成弥散的高熔点金属化合物的元素，如Zr可分别与Pb、Bi形成高熔点稳定化合物ZrxPby(2000℃)和ZrxBiy。(熔点2200℃)。
锑：Sb随温度下降，锑在α黄铜中溶解度急剧减小；在锑含量小于0.1％时，就会析出脆性化合物Cu2Sb，呈网状分布在晶界上，严重损害黄铜的冷加工性能。锑还促使黄铜产生热脆性，因锑在固态铜中的共晶温度为645℃，所以，锑是黄铜中的有害杂质。加入微量锂可与锑形成高熔点的Li3Sb(熔点1145℃)，从而减轻锑对黄铜塑性的有害影响。
砷：As室温时砷在黄铜中的溶解度<0.1％，过量的砷则产生脆性化合物Cu3As，分布在晶界上，降低黄铜塑性。黄铜中加入0.02～0.05％As，可防止黄铜脱锌。砷使黄铜制品表面形成坚固的保护膜，提高黄铜对海水的耐蚀性。
黄铜棒、黄铜管、黄铜排、黄铜带、H62黄铜线、H62黄铜带、H62黄铜管、H62黄铜板、H62黄铜棒、H65黄铜线、H65黄铜带、H65黄铜板、H68黄铜线、H68黄铜带、H68黄铜管、H68黄铜棒

普通黄铜的成分、性能和用途：二元黄铜性能变化规律：其导电、导热性随Zn含量的增加而下降，而机械性能(抗拉强度、硬度)则随Zn含量的增加而上升；二元黄铜在工业上的应用，主要根据其性能来选择。
H96、H90和H85：良好的电导率、热导率和耐蚀性，有足够的强度和良好的冷、热加工性能，被大量采用来制作冷凝管、散热管、散热片、冷却设备及导电零件等。
H70、H68：高的塑性和较高的强度，冷成型性能特别好，适于用冷冲压或深拉法制造各种形状复杂的零件。
H62：α+β黄铜，高的强度，在热态下塑性良好；冷态下塑性也比较好，切削加工性好，耐蚀，易焊接，以板材，棒材、管材、线材等供工业大量使用，应用广，有“商业黄铜”之称。
H59：强度高；含锌量高，能承受热态压力加工，有一般的耐蚀性，多以棒材和型材应用于机械制造业。
复杂黄铜
铜锌合金中加入少量(一般为1～2 ％，少数达3～4％，极个别的到5～6％)锡、铝、锰、铁、硅、镍、铅等元素，构成三元、四元、甚至五元合金，即为复杂黄铜。
铜锌合金中加入少量其它合金元素，使铜锌系中的α／(α+β)相界向左移动(缩小α区)或向右移动(扩大α区)。所以，复杂黄铜的组织即相当于简单黄铜中增加或减少锌含量的合金组织。
铜锌合金中加入1％硅后的组织，即相当于铜锌合金中增加10％锌的组织，即称硅的“锌当量系数”为10。硅的锌当量系数为正值，急剧缩小α区。若在铜锌合金中加入1％镍，则合金的组织相当于合金中减少1.5％锌的合金组织，故镍的“锌当量系数”为－1.5，镍的锌当量系数是负值，使α区扩大。
铜锌合金加入其它元素后产生的相区变化，可根据“虚拟锌含量”来推算。如：HAl66-6-3-2(66％Cu-6％Al-3％Fe－2％Mn，余为锌)的“虚拟锌含量”为48.6％，48.6％ Zn的合金具有单相β组织。
复杂黄铜的性能
复杂黄铜中的α相及β相是多元复杂固溶体，其强化效果较大，而普通黄铜中的α及β相是简单的Cu-Zn固溶体，其强化效果较低。锌当量相同，多元固溶体与简单二元固溶体的性质不同。
⑴铅的作用及铅黄铜：
铅提高黄铜的切削性能，使零件获得高的光洁度，同时提高合金的耐磨性。(α+β)两相铅黄铜可热轧、热挤，而单相α铅黄铜通常只能冷轧或热挤。
为了改善热脆性，在HPb59-1中加入0.005％稀土，可细化晶粒，使Pb分布均匀，或加入0.1％Al，均可显著改善热脆性，提高热轧温度上限，使铅黄铜可在720～750℃进行热轧。
铅黄铜有极好的切削性能，耐磨、高强、耐蚀、导电性好，它以棒材，扁材、带材等广泛供应汽车、拖拉机、钟表、电器等工业，用以制作各种螺丝、螺母、电器插座、钟表零件等。
⑵锡的作用及锡黄铜：