各杂质元素对铜的影响——检测中心

注：T2的氧含量应不大于0.045%；TU2的氧含量应不大于0.002 0%
组代
化学成分（%）（GB/T 5231-2012）
别 号 Cu+Ag
P
Ag
Bi
Sb As Fe Ni Pb Sn
S
Zn O
T1 99.95 0.001 — 0.001 0.002 0.002 0.005 0.002 0.003 0.002 0.005 0.005 0.02
其中镍、锰还与铜无限 固溶。
组织特性
对铜性能的影响
α固溶体
①都不同程度地提高铜的硬度和强度，
同时实际不降低铜的加工塑性；
②都不同程度地降低铜的导电性和导热
性；其中以磷、铁、硅、砷等降低最多， 锑、锰、镍等次之，而银、铬、镉、锌 等降低较少。降低电导率较少的元素， 有的还常用作高强、耐磨、耐热的导电 铜材。
纯 铜
T2
99.90
—
— 0.001 0.002 0.002 0.005 — 0.005
—
0.005
—
—
T3 99.70
—
— 0.002
—
—
—
—
0.01
—
—
—
—
无 TU1 99.97 0.002 — 氧 铜
TU2 99.97 0.002 —
0.001 0.002 0.002 0.004 0.002 0.003 0.002 0.004 0.003 0.002
0.004
0.001 0.002 0.002 0.004 0.002 0.004 0.002
0.003 0.003
二、各杂质元素对铜的影响
杂质及微量合金元素的分类及其对铜导体综合性能的影响见下表。任何杂质元 素都不同程度的降低铜的电导率和热导率。固溶元素（Cd、Ag例外）的影响最大。
分类
元素
固溶于铜 铬、锰、 铁、钴、镍、 的杂质及 银、锌、镉、硅、锡、 微量元素 磷、锑、砷等
T1、TU1牌号铜线坯的化学成分（GB/T 3952-2008）
元素组
杂质元素
质量分数/%，不大于
元素组总质量分数/%，不大于
Se硒
1
Te碲
0.000 2 0.000 2
0.000 30
0.000 3
Bi铋
0.000 2
Cr铬
-
Mn锰
-
Sb锑 2
Cd镉
0.000 4 -
0.001 5
As砷
0.000 5
材料状态 冷拉铜（加 工率36％
600℃退火1h
硫含量 /%
0.00 0.15 0.23 0.54 0.78 0.97
0.00 0.15 0.23 0.54 0.78 0.97
屈服点 /MPa
355 348 361 369 397 398
610 570 550 630 77 77
抗拉强度 /MPa
366 367 369 382 397 398
固溶解释
固溶体指的是物质一定结晶构造位置上离子的互相置换，而不改变整个晶体的结 构及对称性等。但微观结构上如结点的形状、大小可能随成分的变化而改变。
接上表
二、各杂质元素对铜的影响
分类
元素
很少固溶于铜，并 与铜形成易溶熔晶 的杂质及微量元素
铅、铋等
组织特性 铜加铅或铋的共晶
对铜性能的影响
铅、铋呈易溶共晶分布的铜的晶界， 热压时易开裂； 铋还降低铜的室温塑性，使铜“冷 脆”。 铅、铋对铜的导电、导热性影响不 大，铅可改善铜的可切削性。
各杂质元素对铜的影响
主要内容
一、纯铜的简单介绍 二、各杂质元素对铜的影响
一、纯铜的简单介绍
铜由于具有一系列的优良性能：高电导率和热导率，强的抗腐蚀性能，优 良的加工成型性能和强度适中等，获得广泛的应用。铜的最突出的优点是导电 性和导热性好，其导电性在各种元素中仅次于银而居第二位，是电机、电器工 业中重要的导电材料。 （工业纯金属的导电、导热性由高到低的顺序为：银、 铜、铝、镁、锌、镉、钴、铁、铂、锡、铅、锑。）
含铜量在99.50％以上的新制工业纯铜呈玫瑰红色，表面被氧化而生成氧 化铜薄膜后呈紫红色，故一般称工业纯铜为紫铜。
工业上按含氧量和生产方法的不同将纯铜分为低氧铜和无氧铜两大类。低 氧铜按所含杂质的多少分为四级，编号方法为是以“T”（铜的汉语拼音字头） 为首，后面再附以级别数字，有T1、T2、T3三种，数字越大，则纯度越差；无 氧铜字母则为“TU”，有TU1、TU2两种。
136.5
线膨胀系数（20 ℃），10-6/ ℃
17
质量磁化率，10-6
-0.086
热传导率（20 ℃），W/m·k
394
比热（20 ℃），J/（Kg·k）
384.9
一、纯铜的简单介绍
纯铜一般典型的物理性能
性能
弹性极限（MPa） 屈服点（ MPa ） 抗拉强度（ MPa ）
伸长率（%） 断面收缩率（%） 布氏硬度（HBS） 剪切强度（ MPa ）
232
53
0.170
242
49
0.36026055来自0.036263
30
0.049
263
29
0.094
267
27
0.220
288
27
电导率 /%LACS
101.4 101.6 101.5 100.6 99.0 99.2
99.6 98.9 97.9 94.6
疲劳强度5×107次 /MPa
77 94 91 84 77 77
一、纯铜的简单介绍
铜的机械性能： 软态铜：σb≈200～240MPa，硬度35～45HB，δ≈50%，ψ达75%。 硬态铜：σb≥350～400MPa，硬度110～130HB，δ≈6%。
铜为面心立方晶格，滑移系多，变形易，退火态铜不经中间退火可压缩85～ 95%而不产生裂纹。纯铜在500～600℃呈现“中温脆性”，热加工需在高于脆性区温 度下进行。
的发生与危害程度与温度有关。在150℃时，因水蒸气处于凝聚状态，不引发氢病， 在400℃氢气中只能停放70h。以Mg或B脱氧的铜不发生氢病。
氢在凝固与固态铜中的溶解度均随着温度的升高而增大。（见下表）
温度 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500
所有杂质和加入元素，不同程度降低铜的导电、导热性能。固溶于铜的元素（ 除Ag、Cd外）对铜的导电、导热性降低较多，而呈第二相析出的元素则对铜的导 电、导热性降低较少。
Ti、P、Si、Fe、Co、As、Be、Mn、Al强烈降低Cu导电性。
一、纯铜的简单介绍
电工用铜的物理性能
名称
原子量 结晶
晶格常数，10-10m 密度（0℃），g/cm3
青铜是由铜和锡所组成的合金，是金属治铸史上最早的合金。用大写拼音 字母“ Q”加第一个主合金元素符号及除铜以外的成分字组表示。
白铜是由铜和镍所组成的合金，呈银白色，有金属光泽，故名白铜。铜镍 之间彼此可无限固溶，从而形成连续固溶体，镍含量越高，颜色越白。用大写 拼音字母 “B” 加镍含量表示， 如 B30 即平均镍含量为 30%的白铜。
几乎不固溶于铜， 并与铜形成熔点较 高的脆性化合物的 杂质及微量元素
氧、硫、硒、在铜的晶粒边界含有
碲等
Cu2O，或Cu2S，或 Cu2Se，或Cu2Te等脆 性化合物的共晶。
降低铜的塑性。 对铜的导电、导热性影响不大。硒、 碲均提高铜的切削性。
二、各杂质元素对铜的影响
1、氧O的影响
氧几乎不固溶于铜。含氧铜凝固时，氧以（Cu+Cu2O）共晶体的形式析出，分 布于铜的晶界上。氧能与较多杂质元素反应，把这些元素从铜固溶体中析出来，阻 止了它们对可退火性的影响和减少了它们对导电性的影响程度，氧的存在也能使铜 中的氢反应，从而去除铜中所含的氢 。但共晶中的化合物Cu20硬而脆，以粒状形态 分布于铜晶粒内或晶界上，致使金属发生“冷脆”，冷变形产生困难。
二、各杂质元素对铜的影响
1、氧O的影响 氧对铜的力学性能影响见下表。由下表可知，氧能稍微提高铜的强度，但降低
铜的塑性和疲劳极限，氧对铜的电导率影响不大。
材料状态 700℃退火
30min
冷状态
氧含量 抗拉强度 伸长率
/%
/MPa
/%
0.016
228
54
0.040
225
50
0.060
228
56
0.090
熔点， ℃
数值
名称
数值
63.64
体积电阻率（20 ℃）， 105·Ω·cm
1.673
面心立方 电阻温度系数（20 ℃），1/ ℃
0.0043
3.6147 8.93
导电率（20 ℃），%IACS 抗拉强度，N/mm2
软：100～102 硬：96～98
软：195以上 硬：345以上
1083
弹性模数，kN/mm2
二、各杂质元素对铜的影响
4、硒Se的影响
硒在铜中的溶解度极小，以Cu2Se化合物形式存在。硒对铜的电导率及热导率的 影响很小，但显著降低铜的塑性，并大幅度提高铜的可切削性能。硒对铜的各种性 能影响见下表。
材料状态 硒含量/%
0.00
0.11
冷拉铜（加
0.26
工率36％）
0.48
1.01
1.44
0.00
一、纯铜的简单介绍
纯铜加工产品用汉语拼音字母“T”加顺序号表示。 黄铜、青铜、白铜分别以汉语拼音字母 H、 Q 、B 表示。
黄铜是由铜和锌所组成的合金，由铜、锌组成的黄铜就叫作普通黄铜。黄 铜常被用于制造阀门、水管、空调内外机连接管和散热器等。普通黄铜用“H” 加铜含量平均数表示，如H68即铜的平均含量为68%的黄铜。
P磷
-
3
Pb铅
0.000 5
0.000 5
4
S硫
0.001 5
0.001 5
Sn锡
-
Ni镍
-
Fe铁 5
Si硅
0.001 0 -
0.002 0
Zn锌
-
Co钴
-
6
Ag银
0.002 5
0.002 5
杂质元素总质量分数/%
0.006 5
注：T1的氧含量应不大于0.040%；TU1的氧含量应不大于0.0010%。
228 230 232 236 244 245
伸长率 /%
21.4 14.3 15.0 12.1 7.9 8.6
60.0 53.6 51.4 50.7 45.7 45.7
电导率 /%LACS
99.7 97.8 97.6 95.1 91.6 90.9
100 99.3 99.6 96.7 92.5 91.4
Cu+Ag不 小于
As砷
T2、TU2牌号铜线坯的化学成分（GB/T 3952-2008）
杂质元素，不大于
S锑
Bi铋
Fe铁 Pb铅 Sn锡 Ni镍 Zn锌
S硫
P磷
99.95 0.001 5 0.001 5 0.000 6 0.002 5 0.002 0.001 0.002 0.002 0.002 5 0.001
130 123 134 120
二、各杂质元素对铜的影响
1、氧O的影响
氧与其他杂质共存时则影响极为复杂，例如微量氧可氧化高纯铜中的痕量杂质 Fe、Sn、P等，提高铜的电导率；若杂质含量较多时，则氧的这种作用就显不出来。 氧能部分削弱Sb、Cd对铜导电性的影响，但不改变As、S、Se、T、Bi等对铜电导性 的影响。
0.11
600°C退火
0.26
1h
0.48
1.01
1.44
屈服点 /MPa
355 360 363 358 351 365
61 59 62 56 50 71
抗拉强度 /MPa
366 374 372 376 375 381
228 230 228 230 234 233
伸长率 /%
21.4 19.9 15.7 15.7 11.4 10.0
溶解度 0.06 0.16 0.30 0.49 0.72 1.08 1.58 6.3 8.1 10.0 11.8 13.6
二、各杂质元素对铜的影响
3、硫S的影响 硫在室温铜中的溶解度为零，硫在铜中以Cu2S的弥散的质点存在。Cu2S虽然降
低了铜的电导率与热导率，但它能极大的降低铜的塑性，并能显著改善铜的可切削 性能。硫对99.99％铜性能的影响见下表。
二、各杂质元素对铜的影响
2、氢H的影响 氢在固态铜中形成间隙式固溶体，可提高铜硬度。 氢在液态与固态铜中的溶解度均随着温度的升高而增大。含氧铜在氢气氛中退
火时，氢可与铜中的Cu2O反应，产生高压水蒸气，使铜破裂，俗称“氢病”。 CO也能使Cu2O中的Cu还原，生成高压CO2使铜破裂，但不像氢那样敏感。氢病
工业中还生产出一种不含氧的紫铜，即为无氧铜。无氧铜具有较高的导电性、 延展性和气密性，低氢脆倾向，在电力电子领域受到青睐，如制作电线电缆、电机 换向器、高真空电子装置等。有些紫铜还特意保留一定量的氧，—方面它对铜性能 的影响不大，另一方面Cu2O可与Bi、Sb、As等杂质起反应，形成高熔点的球状质点 分布于晶粒内，消除了晶界脆性。
冲击韧性（J） 抗压强度（ MPa ）
加工铜
280～300 340～350 370～420
4～6 35～45 1100～1300
210 — —
退火铜
20～50 50～70 220～240 45～50 65～75 350～450
150 16～18
—
铸造铜
— — 170 — — 400 — — 1570