（1）不可忽视对黄铜牌号及含义的了解 铸造黄铜是以锌为主加元素的铜合金，结晶温度范围小，充型能力强，锌的沸点低，有自发的除气作用，因而铸造性能好；锌的价格便宜，成本较低；力学性能比锡青铜高得多，因此应用很广泛。

铸造黄铜分为普通黄铜和特殊黄铜。普通黄铜，通称黄铜，是以锌为主加元素；特殊黄铜，是铜锌和其他合金元素组成的多元合金，按黄铜合金牌号的第二种合金元素的不同，分为铝黄铜、锰黄铜、铅黄铜、硅黄铜等。在国标GB 1176—1987中，共列入28个牌号，这些合金牌号用拼音字母Z表示为铸造合金；接着为Cu、Zn，表示为铸造黄铜；再后为锌的含量；而其他元素的含量，按含量多少顺序排列。例如ZCuZn38表示为铸造38黄铜，含铜60.0%～63.0%，其余为锌含量（约38%）；ZCuZn26Al4Fe3Mn3为26—4—3—3铝黄铜，铝含量为4%（2.5%～5.0%）、铁含量3%（1.5%～4.0%）、锰含量3%（1.5%～4.0%）、铜含量60.0%～66.0%，其余为锌含量（约26%）；ZCuZn40Mn2是40—2锰黄铜，锰含量约2%（1.0%～2.0%）、铜含量53.0%～58.0%，其余为锌含量（约40%）等等。

（2）要使普通黄铜具有较高的力学性能，不可不使其具有α+β组织；具有这种组织的Cu-Zn二元合金，不宜用来制作在流动海水或带有电解质的腐蚀介质中工作的部件Cu-Zn二元相图如图3-141所示。由该二元相图可以看出，Cu-Zn合金由五个包晶转变、一个共析转变和一个有序化转变所组成，固态下有α、β、γ、δ、ε、η六个组成相。工业上实用黄铜的锌含量一般在45%以下，这一部分Cu-Zn相图，只涉及到一个包晶反应（903℃），相图比较简单，通常只出现α和β两个组成相，有时也可能出现γ相。

图3-141 Cu-Zn二元相图

α相是锌溶于铜中的固溶体，晶格与铜相同，呈面心立方晶格，塑性很好，强度也较高，容易承受各种冷、热压力加工。由Cu-Zn相图可以看出，平衡时，α相区的分界线向右下方倾斜，这表明锌在铜中的溶解度变化情况与一般合金不同，其饱和溶解度是随着温度的降低而增高的，例如903℃时，锌在铜中的最大溶解度为32.5%，而降温至456℃时，增加到39%。

β相是以电子化合物CuZn为基的固溶体，呈体心立方晶格，有较高强度和一定的塑性。β相冷却到一定温度（456～468℃）发生有序化转变，铜原子占据晶格的顶角处，锌原子则处于体心，转变后以β′表示。β′的强度和硬度高，但塑性低。

γ相是以电子化合物Cu₅Zn₈为基的固溶体，具有复杂立方晶格，是一个硬而脆的相，对合金性能起有害影响，因此，工业实用的普通黄铜中，不希望出现γ相。

这些表明，黄铜的平衡组织随锌含量增加而变化，依次为α，α+β′，β′组织。从左部分相图分析，合金的结晶温度范围较小，随着锌含量增加，液相线温度急剧下降，这些都要影响合金的铸造性能。而在铸造生产的实际条件下，由于冷却速度比较快，没有足够的时间来保证扩散过程充分进行，以达到相的平衡状态，因此，黄铜的铸态组织对Cu-Zn二元相图有不同程度的偏离。如平衡缓冷时，α相区的分界线（锌在铜中的溶解度线）是向右下方倾斜的，锌在铜中的最大溶解度达39%，但在铸造条件下，由于冷却较快，β→α的分解扩散过程来不及全部完成，这条相区分界线由倾斜向垂直方向移动，冷却愈快，移动愈大，亦即α相区因快冷而缩小，以至到室温时，锌在铜中的饱和溶解度不是39%，而实际上只能达到30%左右。

平衡缓冷时，β相区是随温度降低而缩小的，从它析出α或γ相，但冷却较快时，同样由于β→α或γ的相变扩散过程来不及充分进行，β相区将因快冷而扩大，β相区的分界线将向垂直方向移动，冷却愈快，移动愈大。例如按相图平衡组织，本来是α+β的两相黄铜，由于铸造时冷却速度加快，组织中α和β的相对比例将发生改变，β相所占的相对量将因快冷而增大。生产实际中，可根据不同需要，对α+β的两相铸造黄铜选择不同的α/β比例，确定最佳锌含量。需要高塑性时，取大比值；需要高强度时，取小比值。

这样，对普通黄铜来说，根据其锌含量的不同，仍可将其铸态组织分为三种，即α固溶体（α黄铜）、α+β两相组织（α+β黄铜）和单相β固溶体（β黄铜），它们与其力学性能的关系如图3-142所示。锌低于32%时，是α单相组织，塑性好；当锌量增加时，强度、塑性均提高，在锌含量30%附近有一伸长率的峰值。继续增大锌量，伸长率开始下降，当锌量达32%～39%时，组织开始出现β相。β相塑性差，强度、硬度高，因此室温下的强度继续增加，而伸长率明显降低。铸造黄铜就选定了这一具有较高的强度、硬度和一定的塑性的符合某些铸件力学性能要求的区段（组织为α+β）。锌含量超过45%后，进入β单相区，强度、伸长率均剧烈下降。已不适于作为结构材料。当然，相区的分界线，相对于平衡状态，产生了一定的偏离。

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图3-142 锌含量对铸造黄铜力学性能的影响

α+β黄铜，在大气和淡水中的耐蚀性很好，在常温静止海水和碱溶液（氨除外）中的耐蚀性一般，但在流动海水、热水、蒸气、无机酸、特别是在盐酸和硫酸中的耐蚀性很差。其原因，是β相的电极电位低于富铜的α相，在两相之间产生相间电流，β相成为微电池的阳极而被腐蚀脱锌，最后，β相只剩下铜的骨架，成为构件断裂的根源。使用时必须采取措施，防止脱锌腐蚀。

（3）为提高黄铜的力学性能及耐磨、耐蚀性，不可忽视在Cu-Zn二元合金基础上加入铝、铅、锰、硅、铁等这些合金元素 普通黄铜的耐磨性和耐蚀性都不够好，力学性能也不太高，实际上采用者较少。为改善黄铜的性能，通常都加入合金元素，如铝、铅、锰、硅、铁等，组成三元、四元或多元合金，通过固溶强化α相和β相，或细化晶粒等来达到目的，现将较常采用的合金元素的作用简述如下：

1）铝：少量的铝就可使α黄铜中出现β相，（α+β）黄铜中β相增多，是高强度黄铜中的重要合金元素。例如，在硅黄铜中加入铝，可提高硬度，降低塑性，对抗拉强度无明显影响（对ZCuZn16Si4，含铝小于1.2%时），增大气体饱和度，易生成Al₂O₃夹杂，恶化致密性，含量超过0.4%时，降低耐磨性，但对耐蚀性有一定好处。在其他特殊黄铜中加入铝，就可显著提高其硬度及抗拉强度和屈服强度，提高流动性，降低锌的烧损。锰、铁黄铜中加入0.5%～1.0%铝，可显著提高铸件表面质量，增大合金液的气体饱和度。

2）铅：在普通黄铜中，铅含量低于2%时，可改善铸造工艺性和机加工性，但是降低塑性，使合金发脆。含量一般限制在0.1%以下。

在硅黄铜中，铅含量低于3%时，对力学性能无明显影响，超过其值时，显著降低强度、伸长率及冲击韧度，但是改善机加工性及耐磨性。在其他特殊黄铜中，可提高机加工性与耐磨性能，提高流动性。铅的加入量一般为1%～3%。

3）锰：少量的锰有固溶强化作用，提高合金的强度和硬度，提高耐热性、耐蚀性，而塑性下降不明显。黄铜中锌含量超过35%后，如果锰超过4%，则出现脆性相，损害塑性和韧性。在硅黄铜中，锰能稳定β相，阻碍析出γ脆相。锰的加入量一般为2%～4%。

4）硅：缩小合金的凝固温度范围，改善铸造性能；少量的硅就能使合金的强度和硬度显著提高，塑性下降。具体地说，在普通黄铜中可提高强度，降低伸长率，含量限在0.5%以下。在硅黄铜中，可提高力学性能、耐蚀性、耐磨性能、焊接性能及铸件表面质量，提高流动性和合金致密性，降低锌的蒸发，但是增加吸气倾向，降低高温塑性，易热裂。硅的加入量为2.0%～4.5%。在其他特殊黄铜中，硅为有害杂质。因为硅与锰或铁共存时，生成Mn₅Si₃或FeSi夹杂物，严重降低塑性。硅含量限在0.1%以下。

5）铁：铁在黄铜中的固溶度为0.1%～0.2%，超过此量后，形成高熔点的富铁相化合物。铁能细化晶粒，提高强度和硬度。含量过多时，晶界上出现脆性化合物太多，导致强度、塑性及耐蚀性降低。具体地说，在普通黄铜中，铁含量小于0.5%时，细化晶粒，提高强度；超过其值时降低塑性。在硅黄铜中，铁为有害杂质，大大降低流动性和致密性；含量低于1.0%～1.3%时，对力学性能无明显影响，但超过此值时，显著降低伸长率和冲击韧度。在其他特殊黄铜中，铁可细化晶粒，提高力学性能与工艺性能，与铝、锰、镍共存时，效果更佳，这时黄铜同时具有高强度和高耐蚀性；铁含量大于0.03%时，使合金具有磁性。

6）锡：溶于α固溶体。在普通黄铜中，锡可提高强度和硬度及合金液的流动性，降低塑性（析出γ相），对耐蚀性有好处，一般限制在1%以下。在硅黄铜中为有害杂质，超过0.25%时，急剧降低合金的塑性及致密性。在其他特殊黄铜中，锡在铸件表面形成SnO₂保护膜，可显著提高黄铜对海水的耐蚀性（含锡0.8%～1.5%的Cu-Zn-Si合金称海军黄铜），锡含量小于1%时，提高强度和硬度；超过1%时，易析出γ相，恶化合金性能，一般限制在1%以内。

7）镍：提高强度的作用不显著，但可以细化组织，提高耐蚀性。镍含量2%时，耐蚀性最好。