高强铜基合金材料的研究与应用现状.pdf

高强铜基合金材料的研究与应用现状 李文生， 王智平， 路阳， 徐建林， 杨德寿“ （ 甘肃工业大学材料科学与工程学院，兰州“ ； A B系合金 （合金的电导率与热导率一般呈正比 关系） 也可以用以制造风口和渣口套等零部件。 “ 低合金化耐热铜合金 电弧炉电极夹持器和接触夹具零件对合金的软 化温度和高温强度要求比较高， 多采用低合金化铸 造铜合金。如结晶器作为连铸设备的心脏， 要求材 料不仅具有高导热性， 而且要有一定强度、 优良的耐 磨性和较高软化温度。日本造船株式会社开发的 ; ; 5 C 1系D 合金、 日本神户制钢所开发的; E 1 F 合金和日本三菱株式会社开发的 ; ; 系IA ;合金均具有强度高、 导热性好、 热 疲劳强度和耐磨性高等优良特性， 是结晶器用理想 材料。表为几种常用耐热铜及铜合金的 性 能 ［ - *］ 。试验证明用IA ;电铸镍结晶器代替脱氧 铜镀铬结晶器时， 平均修复一次结晶器寿命由 , , “ F , B A （; ; 5 C 1系） ’ * S “ * 8“ “’ , , D 合金; A “ （; ; 5 C 1系） E 1 F ; 系） , ,左 右 ［ A 7之间， 合金中合金元素的含量不高， 合金原 子对铜基体电导率的影响较小， 合金化制得铜材料 的电导率可以高达B ; C 0以上。 此外， 合金化法可以与常规连续铸造技术相结 合， 大幅度降低铜合金的生产成本。目前， 合金化生 产铜合金广泛地应用于电子元器件、 电力架线等对 强度和导电性要求较高的场合， 表为合金化制备 的铜合金及其性能 ［B D / /］ 。 表合金化法制备的高强高导电性铜合金的性能 6 7 5 E 9 A ’ 2 F 9 ’ G H 9 I 2 J K H K I G ’ 9 1 G K7 1 L9 E 9 M G ’ H M 7 E M 2 1 L “ M G H N H G O M 2 F F 9 ’ 7 E E 2 O5 O 7 E E 2 O H 1 合金合金组成制备方法 电导率 ／ （; C 0） 抗拉强度 （ A 7） 锆铜 “ . P 、 -等） 两相复合体， 在真应变高达 以上的塑性变形下使强化相在铜基体中呈 丝带或纤维状分布， 从而强度可达 A B B C D 以上， 电导率可达E B F 8 0。目前， 由于塑变过程中铜基 体产生大量的晶格缺陷， 变形过程中高强度第二相 进一步加剧缺陷产生而影响强度和导电率的问题尚 未得以解决， 塑性变形制备 ; 合金经 处理后， 抗拉强度可达 A B B C D ， 导电率为J I F 8 0； ; H B G 合金， 加工后强度为 B E B C D ， 导电率为I A “ E F 8 0 ［K］ 。 图 “ （ O 1 ， -，G ）O . M , . * A 8 9 G C /合金材料制作的挤压模 具， 取代了6 I - C .等合金钢。河北工业大学、 甘肃 工业大学分别针对板式换热器模具研制了含8 9 （ “ I I “ B ） 的新型复杂铝青铜 ［ I］ ， 该种模具 用铜合金材料具有硬度高、 减磨性能好、 耐磨性高、 静载压力大、 强度高、 刚性稳定、 不易变形、 导热系数 6 有色金属第I A卷 万方数据 高等优良性能。用该种模具铜合金制作的模具在拉 伸、 压延不锈钢坯料时不易发生粘模、 划伤工件等现 象， 不仅可以提高产品的质量而且可以减少修模次 数及模具损耗， 是替代合金铸铁、 “ 、 硬质合金等 的理想材料。铜合金模具社会效益显著， 应用前景 广阔。表所示为几种模用铜合金及其性能 ［ ］ 。 表高强模用铜合金的性能 抗拉强度 ／ ’ A A A A B A C A A／ C A A D A A C A A A E 4 F . G H 4 I * 5 高硬度J * E 中硬度J * E 高导率J * E “强化铜合金 K / L /强化铜合金 K / L /强化铜合金 高铝青铜 A B M M M D M D M A M D M A B A M D B M A B C M B C D C N D A A ; C C A 高强耐腐蚀性铜合金 锡青铜在大气、 海水及低浓度的碱性溶液中抗 腐蚀性能极高， 超过了纯铜、 黄铜和铝青铜， 广泛地 用于航海领域。铝青铜虽耐蚀性低于锡青铜， 但材 料成本比锡青铜低得多， 特别是高锰铝青铜在海水 中具有很高的腐蚀疲劳强度和抵抗腐蚀破裂和腐蚀 空化的能力， 因此高锰铝青铜是优秀的船用螺旋桨 材料。近年来铝青铜广泛用于制造船用螺旋桨和各 类管件用材等高强度、 耐蚀铸件。 铍青铜也是高强耐蚀性的优秀材料。而且还有 优异的弹性极限、 疲劳极限、 耐磨、 导电、 导热等性能 以及无磁性、 受冲击不产生火花等一系列优点。因 此铍青铜在工业上用来制造各种精密仪器、 仪表的 重要弹性元件 （如航海罗盘、 电焊机电极、 防爆工具 等） 。但由于铍青铜成本高、 且有害， 仅被用于某些 特殊用途。 B 超高强弹性功能材料用铜合金 E 4 O 5 4 H 、 E 4 H 4 K /、 E 4 H 4 5由于其超高强度 和热弹性马氏体相变特性而广泛应用来制作形状记 忆功能材料器件。 E基合金中 E 4 O 5 4 H 和 E 4 H 4 K /形状记忆合金的研究已有许多报道 ［ D ; ］ ， 而 E 4 H 4 5系形状记忆合金是最近几年新开发的铜 基形状记忆合金。虽然日本、 欧美和前苏联对该系 合金的报道较多 ［ C ; A］ ， 但多数是关于合金微观组 织结构， 热弹性马氏体的研究， 而鲜见关于该系形状 记忆合金性能的报道， 工程应用方面则更少。 D 结语 高强铜基合金的研制已达到较高水平， 自生高 强度复合材料更显示了良好的发展前景， 由于增强 体是自动形成的， 从而避免了因人工复合化制备而 产生的界面污染、 化学反应等问题， 具有极好的综合 机械性能。如日本开发的含H 3 A G D G的 E 4 H 3 合金， 经大形变变形， 同时辅以适当的热处理方 法， 加工后形成纤维增强复合材料， 其抗拉强度高达 A A A ’， 电导率达到C A G P H L， 性能指标远远超 出了目前常用的合金化法生产的铜合金的性能指 标 ［N， M］； 解决冶金工艺复杂、 设备要求苛刻等条件 对材料生产在形状和几何尺寸上的制约， 是自生高 强度铜基复合材料研制中应重点考虑的问题。 常规熔铸工艺生产的铜基合金存在合金化提高 强度和合金元素降低材料导电性、 热导率的矛盾， 而 且合金材料性能受后续热处理工序影响较大， 但在 生产风口、 连铸结晶器、 模具等高强铜基合金工业构 件方面的优势是不可替代的。 参考文献 ［］丁朝模Q有色金属进展 （重有色金属） 第四卷 ［］Q长沙 中南工业大学出版社， N N B ［］方正春Q耐热和导电铜合金的发展现状 ［R］Q材料开发与应用， N N ， （） ［M］张化龙Q高强度高导电率 E 4 “ 4 O “ 4 3合金的熔炼 ［R］Q铸造技术， N N D （M） ［］方正春Q钢铁连铸用铜合金结晶器 ［R］Q材料开发与应用， N N B， A （M） ［B］ 2 / . * 7 R， * / P， “ E 8 * / 5L，* . ’ Q S * 6 . “ / 6 ’ 6 , 5 . ’ 6 . 0 N C M［H］ ／ ／ “ , 6 * 6 9 / 5 3 0 , 1 . 2 * 9 5 ， A B 2 “ 1 C D 4 C E E F A G D 4B, - 0 D 0 3 4 0 1 - 1 A - - ， 1 7/ - B - C 6 D ’ 6 4 6 C， 1 E ’ 6 7 ’ ，9 ’ - 1； 8 1 E ’ 6 7F 6 ’ G - 1 4 “ 7 G H 1 6 C，9 * F 9， 1 E ’ 6 7 * ，9 ’ - 1） 1 0 , 1 . , H I . G B . F I G B 4 NB J J 2 D F B A D L 4 G L E I D C I 0 G A . 4 C A II B A 0 . G D G A D 4 CF L J J . B 2 2 L M G， 2 F A . D F B 2 F L 4 N - F A D P D A MF L J J . B 2 2 L M G，K L - 2 NQ B . 0 . G D G A D 4 CF L J J . B 2 2 L M G，F L . . L G D L 4 0 . G D G A D 4 C F L J J . B 2 2 L M G，B 4 N G - J . 0 2 B G A D F D A M E - 4 F A D L 4 B 2 F L J 0 J . B 2 2 L M GB . . P D Q N “H I J . J B . B A D L 4，F L K J L G D A D L 4B 4 NG A . - F A - . ，J . L J . A D G，B J J 2 D F B R 2 . B 4 C G，A . 4 N GL E D K J . L P K 4 A B 4 NN P 2 L J K 4 A B . N G F . D R N “ 5 “ 4 2 I B A 0 . G D G A D 4 CF L J J . B 2 2 L M； 2 F A . D F B 2 F L 4 N - F A D P D A MF L J J . B 2 2 L M G；K L - 2 NQ B . 0 . G D G A D 4 CF L J J . B 2 2 L M G；E - 4 F A D L 4 B 2K B A . D B 2 G 书讯 爆炸焊接和金属复合材料及其工程应用 郑远谋著 金属爆炸焊接是介于金属物理学、 爆炸物理学和焊接工艺学之间的一门边缘学科， 爆炸焊接又是用炸药作能源进行金属间焊接和生产金 属复合材料的一种很有实用价值的高新技术。它的最大特点是一瞬间能将相同的、 特别是不同的和任意的金属组合， 简单、 迅速和强固地焊接 在一起。它的最大用途是制造大面积的各种组合、 各种形状、 各种尺寸和各种用途的双金属及多金属复合材料。这种技术还是一种先进的表 面工程技术， 这类材料也是一类用途广泛的表面工程材料。 本书根据金属物理学的观点， 在生产实践、 科学研究和大量国内外资料的基础上， 全面和系统地论述爆炸焊接的工艺及原理， 从而建立起 一整套爆炸焊接的金属物理学理论， 并提供大量的金属复合材料的生产工艺组织性能及其工程应用方面的资料。全书除前言和导言外， 分五 篇 S爆炸焊接金属物理学原理； S爆炸焊接能源和能量基础 炸药与爆炸； S爆炸焊接工艺和技术基础爆炸复合材料；/ S爆炸焊接金 属学和金属物理学基础爆炸复合材料学；’ S爆炸焊接和爆炸复合材料研究及应用的工具资料。全书约 ’ 万字， 图 / 余幅， 表 余 张， 参考文献 余条。 本书集理论和实践、 研究和应用以及实用于一体。供在爆炸加工、 爆炸焊接 （焊接） 、 金属复合材料 （金属材料） ， 表面工程技术 （表面工程材 料） 、 炸药和爆炸物理 （爆炸力学） 、 化工 （石油化工） 、 材料保护、 工程机械、 交通运输、 舟艇船舶、 冶金建筑、 能源技术、 电工电子、 电器家电、 农药 化肥、 食品轻工、 环境保护、 海洋工程、 航空航天和原子能等学科及领域， 从事理论研究与工程应用方面工作的科研及工程技术人员、 企业家、 工 人和大专院校师生参考。 本收由 （长沙） 中南大学出版社于 年第一季度出版。每册定价 ’ 元 （含邮费） ， 批量订购价格优惠， 订单请用电话向作者索取。 联系电话 郑远谋 ’ T ’ / ， T / * * * * ；出版社 T / （传真） 。 / 有色金属第’ /卷 万方数据