铜及铜合金
《铜及铜合金》课件
火法冶金
• 火法冶金是指将矿石或精矿在高温下进行熔炼，以提取有价金 属的冶金过程。火法冶金包括烧结、熔炼、吹炼、精炼等工序 ，铜的火法冶金通常采用反射炉、鼓风炉、电炉等设备。
湿法冶金
• 湿法冶金是指利用溶液中不同金属离子化学性质的差异，通过化学反应将有价金属从溶液中提取出来的方法。湿法冶金包 括浸出、净化、萃取、电解等工序，铜的湿法冶金通常采用硫酸浸出、氨浸出等方法。
铜及铜合金在某些环境中具有 良好的耐腐蚀性，如海洋环境
、大气环境等。
抗氧化性
铜及铜合金在高温环境下容易 氧化，生成氧化铜或碱式碳酸 铜。
化学反应活性
铜及铜合金在某些化学反应中 具有较高的反应活性，如氧化 还原反应等。
与酸、碱的反应
铜及铜合金与酸、碱等物质反 应，生成相应的盐类物质。
力学性能
强度与硬度
中国铜及铜合金市场现状
中国铜及铜合金消费量
01
中国是全球最大的铜及铜合金消费国，消费量占全球总消费量
的比例逐年上升。
中国铜及铜合金生产量
02
中国是全球最大的铜及铜合金生产国，生产量占全球总生产量
的比例逐年上升。
中国铜及铜合金进出口情况
03
中国铜及铜合金的进出口量较大，进出口市场受国内外经济形
势、汇率波动等多种因素影响。
05
铜及铜合金的腐蚀与防护
腐蚀类型和机理
电化学腐蚀
应力腐蚀
铜合金中的不同金属元素具有不同的电位 ，在电解质溶液中形成原电池，导致电化 学腐蚀。
在应力和特定环境因素的共同作用下，如 腐蚀介质和拉伸应力，铜合金容易发生应 力腐蚀开裂。
摩擦腐蚀
接触腐蚀
在摩擦过程中，由于机械作用和接触表面 间的相对运动，导致金属表面损伤和腐蚀 。
第八章 铜及铜合金
第八章 铜及铜合金
第8章 铜及铜合金
铜和铜合金有优良的导电导热性能，耐磨 抗蚀性能，较高的强度塑性，是电力、化 工、造船和机械制造业不可缺少的金属材 料。
分类：根据成分不同，铜合金分为纯铜、 黄铜、青铜、白铜四种。纯铜：紫铜；黄 铜：主加合金元素为锌的铜合金；白铜： 主加合金元素为镍的铜合金；青铜：主加 合金元素不是锌或镍的铜合金。
扩散气孔：
见图8-8，H的溶解度，液态高，固态低，凝
固时突降，析出气泡；铜的导热快，凝固快，形
成的气泡来不及浮出，成为气孔。
图 8-8 氢在铜中的溶解度和温度的关系
反应气孔：
铜氧化生成Cu2O，Cu2O与铜液中H反应：
Cu2O+2H=2Cu+H2O↑ ， 水 蒸 气 不 溶 于 铜 液 ， 成
为气泡；铜导热速度快，凝固快，气泡来不及逸
出形成气孔。
4. 焊接接头的力学性能和导电性能
焊接接头的抗拉强度与母材相近，但塑性低。
热影响区粗大晶粒，降低焊缝强度；为了防止焊
缝出现气孔，焊接材料中加入Mn、Si等脱氧元素，
固溶强化提高了焊缝的强度，但降低了塑性。
加入了Mn、Si等脱氧元素，焊缝处的电阻增
（1）普通黄铜： 见 图 8-13 ， 在 300～700℃出现低 塑 性 区 ， 在 200℃ 以 下 700℃ 以 上 均 有较高塑性，也有 中温脆性的问题。 图8-12，温度超过 850℃ ， 由 于 晶 粒 粗化，塑性开始迅 速下降。
图 8-13 普通黄铜的塑性图
（2）特殊黄铜：
塑性比普通黄铜低，
（1）锻造温度范围。见表8-10。铜合金的 锻造温度范围通常小于150℃，比碳钢窄。
金属材料_铜及铜合金
金属材料_铜及铜合金铜及铜合金是一类重要的金属材料，广泛应用于各个领域。
本文将为读者介绍铜及铜合金的特性、应用以及相关的加工工艺。
铜是一种良好的导电和导热金属，具有优异的机械性能和耐腐蚀性能。
它具有良好的可塑性和延展性，可以轻松地加工成各种形状和尺寸的制品。
铜的导电性能使其成为电气工程中常见的材料，用于制造电线、电缆、电子元器件等。
铜也是一种优良的导热材料，常用于制作散热器、换热器等热传导设备。
此外，铜具有抗菌性能，可以用于生物医学领域制造抗菌材料。
与纯铜相比，铜合金在一些领域具有更好的性能。
铜与不同元素的合金化可以改善其强度、硬度和耐磨性。
最常见的铜合金包括黄铜、青铜和铝青铜等。
黄铜是铜和锌的合金，具有良好的加工性能和机械性能，广泛用于制造机械零件、管道、接线端子等。
青铜是铜和锡的合金，具有较高的强度和耐磨性，常用于制作工具、零件和艺术品。
铝青铜是铜、铝和锌的合金，具有优异的耐腐蚀性能和高强度，常用于船舶和海洋工程等领域。
铜及铜合金的加工主要包括铸造、锻造、冷加工和热处理等工艺。
铸造是将熔化的铜或铜合金注入模具中冷却凝固的过程，可制造复杂形状的零件。
锻造是利用力量将加热的铜或铜合金加工成所需形状的工艺，具有提高材料的强度和硬度的效果。
冷加工包括压延、拉伸和冲压等工艺，用于制作薄板、线材、型材等。
热处理是通过控制材料的加热和冷却过程，改变材料的性能和组织结构，提高其力学性能和耐腐蚀性能。
铜及铜合金在许多领域具有广泛的应用。
在建筑行业，铜常用于制作屋顶、墙壁和装饰材料，如铜板、铜管和铜雕等。
在交通运输领域，铜及铜合金用于制造汽车发动机、制动系统和电器线束等零件。
在能源领域，铜制的发电机线圈和输电线路能够高效地传输电能。
在化工工业中，铜合金耐腐蚀性能好，可用于制造化工设备和管道。
在航空航天领域，铜合金可以提供轻量化和高强度的零件，常用于制作发动机零件和航天器结构。
总之，铜及铜合金是一类重要的金属材料，具有良好的机械性能、导电性能和耐腐蚀性能。
铜及铜合金
2 铜合金
1）铜合金分类
（1）按化学成分分类 按化学成分的不同，铜合金可分为黄铜、青铜及白铜（铜镍合金）三大类。机器制造 业中，应用较广的是黄铜和青铜。 黄铜是以锌为主要合金元素的铜合金。其中，不含其他合金元素的黄铜称为普通黄铜 （或简单黄铜），含有其他合金元素的黄铜称为特殊黄铜（或复杂黄铜）。 青铜是以除锌和镍以外的其他元素作为主要合金元素的铜合金。按其所含主要合金元 素种类的不同，青铜可分为锡青铜、铝青铜、铍青铜、铅青铜、硅青铜等。
图8-9 锌对铜力学性能的影响（退火）
普通黄铜的耐蚀性良好，并与纯铜相近。但当 Zn 7%（尤其是大于 20%）并经冷压力加工后的黄铜，在潮湿的大气中，特别是在含氨的气氛 中，易产生应力腐蚀破裂现象（自裂）。防止应力破裂的方法是在250～ 300℃进行去应力退火。
2）特殊黄铜
在普通黄铜基础上，再加入其他合金元素所组成的多元合金称为特殊黄铜，常加入的元素有 锡、铅、铝、硅、锰、铁等。特殊黄铜也可依据加入的第二合金元素命名，如锡黄铜、铅黄铜、 铝黄铜等。
（2）铍青铜 铍青铜是以铍为主加元素的铜合金，铍含量为1.6%～2.5%，是时效强化 效果极大的铜合金。经淬火（780℃水冷后， Rm为500～550 MPa，硬度为 120 HBW，A为25%～35%）再经冷压成形、时效（300～350℃，2 h）之后， 铍青铜具有很高的强度、硬度与弹性极限（ Rm =1250～1400 MPa，硬度为 330～400 HBW）。可贵的是，铍青铜的导热性、导电性、耐寒性也非常好， 同时还有抗磁、受冲击时不产生火花等特殊性能。 铍青铜主要用来制作精密仪器、仪表中各种重要用途的弹性元件和耐蚀、 耐磨零件（如仪表中齿轮）和航海罗盘仪零件及防爆工具。一般铍青铜是以 压力加工后淬火为供应状态，工厂制成零件后，只需进行时效即可。但铍青 铜价格昂贵，工艺复杂，因此限制了它的应用。
铜及铜合金的分类
铜及铜合金的分类第二章铜及铜合金的分类铜是人类最早使用的金属，自然界有自然铜存在，与其他金属不同，铜在自然界中既以矿石的形式存在，也同时以纯金属的形式存在，其应用以纯铜为主，同时其合合金也在工业等多个领域中广泛应用，工业上常将铜和铜合金分为四类，分别是：纯铜、黄铜、青铜和白铜。
1.铜与铜合金的分类1.1按生产应用的方式（可分为二大类）形变铜与铜合金、铸造铜与铜合金对于压力加工专业来说，主要是和形变铜与铜合金打交道，因此，重点学习形变铜与铜合金。
1.2铜与铜合金的名称：根据历史上形成的习惯，起的是某一种颜色的名称，它们是：紫铜——纯铜Cu黄铜——Cu-Zn合金青铜——锡青铜：Cu-Sn合金铝青铜：Cu-Al合金铍青铜：Cu-Be合金钛青铜：Cu-Ti合金白铜——Cu-Ni合金(有的铜合金叫做青铜，但合金的颜色并不真就是青色的。
)2.纯铜纯铜的新鲜表面是玫瑰红色的，当表面氧化形成氧化亚铜Cu2O膜后就呈紫色，所以纯铜就常被称为紫铜。
紫铜具有好的导电、导热、耐蚀和可焊等性能，并可冷、热压力加工成各种半成品，工业上广泛用于制作导电、导热和耐蚀．其结构、组织：2.2.1纯铜的成份、组织与性能2.1等器材。
．在金属学中学过，纯Cu的晶体[结构]是面心立方晶格（f、c、c），滑移系多，易塑性变形，塑性好。
其组织由单一的铜晶粒组成。
的最高纯度可达99.999%（三个9）工业纯Cu的纯度约为99.90～99.96%杂质的存在相当于使纯铜的成份改变，这自然会引起一些性能的变化。
虽纯Cu有一些性能几乎不受杂质的影响但导电率、机械性能却受杂质或晶4体缺陷的影响较大现在先综合看看工业纯Cu的性能——2.2工业纯铜的性能2.2.1纯铜的性能优点：从纯铜的各种性能中我们可以总结出几条性能优点，从而可以明白为什么铜会以纯金属的形式得到这么广泛的应用。
①优良的导电、导热性；∴Cu广泛用于：导电器（如：电线、电缆、电器开关）导热器（如：冷凝管、散热管、热交换器）②良好的耐蚀性；Cu具有极好的耐蚀性，且反应后表面有保护膜（铜绿）在普通的温度下，铜不太会与干燥空气中的氧气O2反应，但Cu能与CO2、SO2、醋发生作用，生成铜绿――碱式碳酸铜、碱式硫酸铜CuSO4·3(OH)2（深绿色）、碱式醋酸铜，这样铜的表面上就慢慢生成了一层保护膜。
铜及铜合金的基础知识
一、铜及铜合金按加工方式分类1、冶炼铜：通过电解精炼方法或电解沉积法生产得的阴极铜（铜锭、铜棒、线材）2、铸造铜：（1）铸造黄铜锭、青铜锭（2）铸造铜合金（青铜、黄铜）（3）压铸铜合金二、加工铜及铜合金（一）紫铜①纯铜：铜的含量在99.9%以上，代号：T1 99.95% T2 99.9% T3 99.7%②无氧铜：铜中不含氧元素，代号：TU0 99.99%、 TU1 99.97%、 TU2 99.95%③磷脱氧铜：只含铜和磷两种元素，代号：TP1 99.9% TP299.9%④银铜：代号：TAg0.1 Cu99.5%（二）黄铜：黄铜是以锌为主要加入元素的铜合金。
黄铜分普通黄铜（简单黄铜）和特殊黄铜（复杂黄铜）两种。
1、普通黄铜：铜和锌二元合金。
用字母H表示，如H62,表示含铜量约为62%，含锌量约为38%。
型号有：H96 H90 H85 H70 H68 H65 H63 H62 H592、特殊黄铜：在铜锌合金中加入其他元素（如锡、镍、锰、铅、硅、铝、铁等）的合金，表示方法是在H后面加除锌外的主要加入元素的符号及含量。
如：HNi65-5表示铜含量约为：65%，镍含量约为5%，其余量为锌含量。
型号有：①镍黄铜：HNi65-5 HNi56-5②铁黄铜：HFe59-1-1(铝) HFe58-1-1（Pb）③铅黄铜：HPb89-2 HPb66-0.5 HPb63-3 HPb63-0.1 HPb62-3 HPb62-2HPb61-1 HPb60-2 HPb59-3 HPb59-1④铝黄铜：HAl77-2 HAl67-2.5 HAl66-6(Al)-3(Fe)-2(Mn)HAl61-4(Al)-3(Ni)-1(Fe) HAl60-1-1(Fe) HAl59-3-2(Ni)⑤锰黄铜：HMn62-3(Mn)-3(Al)-0.7(Si) HMn58-2 HMn57-3-1(Fe) HMn55-3-1(Fe)⑥锡黄铜：Hsn90-1 Hsn70-1 Hsn62-1 Hsn60-1⑦砷黄铜：H85A As 0.02-0.08% H70A H68A⑧硅黄铜：Hsi80-3（三）白铜：白铜是铜合金的一种，是以镍为主要加入元素的铜合金。
铜及铜合金
4.2 纯铜
耐蚀性：铜的标准电极电位为+0.345V，比氢高，在水溶液中 不能臵换氢，因此，铜在许多介质中化学稳定性好。 铜在大气中耐蚀性良好，暴露在大气中的铜能在表面生成难溶 于水、并与基底紧密结合的碱性硫酸铜(即铜绿，CuS04· 3Cu(OH)2) 或碱性碳酸铜(CuCO3· Cu(OH)2)薄膜，对铜有保护作用，可防止铜 继续腐蚀。铜在淡水及蒸汽中抗蚀性能也很好。所以野外架设的大 量导线、水管、冷凝管等，均可不另加保护。 铜在海水中的腐蚀速度不大，约为0.05mm／a；加入0.15～0.3 ％As能显著提高铜对海水的抗蚀性。 铜在非氧化性的酸(如盐酸)、碱、多种有机酸(如醋酸、柠檬酸、 脂肪酸、乳酸、草酸)中有良好的耐蚀性。但是，铜在氧化剂和氧化 性的酸(如硝酸)中不耐蚀。氨、氯化铵，氰化物，汞盐的水溶液和 湿润的卤素族元素等，均引起铜强烈的腐蚀。 铜在常温干燥空气中几乎不氧化，但当温度超过100℃时开始氧化， 并在其表面生成黑色的CuO薄膜。在高温下，铜的氧化速度大为增 加，并在表面上生成红色的Cu20薄膜。
4.2 纯铜
铋： 熔点为271℃，不溶于Cu中，在270℃与Cu生成低熔点共晶 (Cu+Bi) 。Bi在低熔点共晶中呈薄膜状分布在铜的晶界上，热加 工时，薄膜熔化而造成“热脆”。Bi本身也是脆性相，使铜在冷 态下也会变脆，所以Bi不但造成“热脆”，也造成“冷脆”，对 铜危害严重。铋的极限含量不大于0.002％。 氧：不固溶于铜，与铜形成高熔点脆性化合物Cu2O，含氧铜冷凝 时，氧呈共晶体(Cu+Cu2O)析出，分布在晶界上。共晶温度很高 (1066℃)，对热变形性能不产生影响，但Cu2O硬而脆，使冷变形 产生困难，致使金属发生“冷脆"。含氧铜在氢或还原性气氛中 退火时，会出现“氢病”。 “氢病”的本质是由于退火时，氢 或还原性气氛易于渗入铜中与CuO的氧化合而形成水蒸气或CO2。 100g含氧0.01％的铜在氢气中退火，会形成140cm3的蒸汽。 生成的水蒸汽无法扩散，在铜中形成很高的压力，使铜遭到破坏。 含氧量达0.005％的铜，即出现“氢病”。 根据氧含量和生产方法，纯铜可分无氧铜、脱氧铜和纯铜三 类，其中只有无氧铜才能在高温还原性气氛中加工使用。
铜及铜合金
铝黄铜：铝能提高黄铜的强度和硬度，但使
塑性降低。铝能使黄铜表面形成保护性的氧
化膜，因而改善黄铜在大气中的抗蚀性。铅
黄铜可制作海船零件及其它机器的耐蚀零件。
铅黄铜中加入适量的镍、锰、铁后，可得到 高强度、高耐蚀性的特殊黄铜，常用于制作 大型蜗杆、海船用螺旋桨等需要高强度、高 耐蚀性的重要零件。
硅黄铜：硅能显著提高黄铜的机械性能、耐
溶处理和人工时效后，可以得到很高的强度和硬度。
铍青铜具有很高的弹性极限、疲劳强度、耐
磨性和抗蚀性，导电、导热性极好，并且耐
热、无磁性，受冲击时不发生火花。因此铍 青铜常用来制造各种重要弹性元件，耐磨零 件（钟表齿轮，高温、高压、高速下的轴承） 及防爆工具等。但铍是稀有金属，价格昂贵， 在使用上受到限制。
因共晶体熔化，破坏晶界的结合，使铜发生脆性断裂（热
裂）。硫、氧与铜也形成共晶体（Cu＋Cu2S）和（Cu＋ Cu2O），共晶温度分别为1067℃和1065℃，因共晶温度高，
它们不引起热脆性。但由于Cu2S、Cu2O都是脆性化合物，
在冷加工时易促进破裂（冷脆）。
根据杂质的含量，工业纯铜可分为四种：T1、T2、T3、T4。
材料。
黄 铜
铜锌合金或以锌为主要合金元素的铜合金称
为黄铜。黄铜具有良好的塑性和耐腐蚀性，
良好的变形加工性能和铸造性能，在工业中 有很强的应用价值。按化学成分的不同，黄 铜可分为普通黄铜和特殊黄铜两类。表是常 用黄铜的牌号、成分、性能和用途。
1．普通黄铜
普通黄铜是铜锌二元合金。α
相是锌溶于铜中的固溶体，其 溶解度随温度的下降而增大。 α相具有面心立方晶格，塑性 好，适于进行冷、热加工，并 有优良的铸造、焊接和镀锡的 能力。β′相是以电子化合物 CuZn为基的有序固溶体，具 有体心立方晶格，性能硬而脆。
铜及铜合金分析
《金属材料化学分析》主编 课件制作 李江华
司卫华
第七单元 有色金属及其合金
二、分析方法
2.碘量法 碘量法测定铜具有快速、简便的特点，在条件掌握合适的情况下可获得较准确的结果。 该方法的基本反应为铜(Ⅱ)与I-定量反应生成碘化亚铜和游离碘，随即用硫代硫酸钠标准 溶液滴定所释出的碘，即可间接计算得试样中铜的含量。
CH 3CSNH 2 2H 2 O
CH 3COONH4 H 2 S
沉淀可在3mol/L以下的硫酸或2mol/L以下的盐酸或0.5mol/L以下的硝酸 溶液中进行。
《金属材料化学分析》主编 课件制作 李江华
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第七单元 有色金属及其合金
一、铜及铜合金溶解与分离方法
2．DDTC沉淀分离法 用酒石酸从EDTA掩蔽铁、铬、镍等离子，在pH=10左右的氨性溶液中 铜离子与DDTC定量地生成沉淀。利用此法可分离钢铁等合金中0.1％以上的 铜。 3．二苯硫腙萃取分离法 在0.1mol/L的酸性溶液中，铜(Ⅱ)离子与二苯硫腙形成能被三氯甲烷、四 氯化碳等有机溶液剂萃取的螯合物。利用此法可使微量铜与钴、镍、钼、铅、 锌、镉等元素分离，但铋、汞、钯、金、银、铂也被萃取。加入适量 0.1mol/L溴化物或碘化物，可掩蔽少量汞、银和铋。也可用等体积2％碘化
钾和0.01mol/L盐酸混合液洗涤有机相以除去已被萃取入的有机相的汞、银 及铋。大量铁(Ⅲ)离子共存时则先用甲基异丁酮在盐酸介质中萃取除去。
《金属材料化学分析》主编 课件制作 李江华
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第七单元 有色金属及其合金
二、分析方法
1.电解重量法 电解重量法适用于测定试样中作为主要组分存在的铜，具有操作简便、结 果很确等优点。目前常用的有恒电流电解法和控制阴极电位电解法两种。 恒电流电解法测定铜，通常在硝酸或硫硝混合酸介质中进行电解，也可在 氨性介质中或以铜(Ⅱ)的氰化络合物状态进行电解。但不宜在盐酸介质中进行 电解，因为在盐酸介质中电解析出的铜呈海绵状，极易脱落,而且盐酸对铂电 极有—定的腐蚀作用，使电极受损。电解的电流密度一般控制在1～2A/dm2， 配以适当搅拌。砷、锑、锡、铋、钼、金、银、汞、硒、碲等元素在电解时 能与铜一起在阴极上还原，因而干扰铜的测定。当上述各元素的共存量较大 时应预先分离除去；而共存量很少时可采取掩蔽、氧化等不同的方法消除其 干扰。 控制阴极电位电解法测定铜具有更好的选择性，与铜的分解电势相差较大 的元素不与铜析出。例如,分析锡青铜时可不分离锡直接进行铜的电解。 无论用恒电流法或控制电位法测定铜。电解后的溶液中一般还残留有痕量铜， 可采用光度法或原子吸收光谱法测定其含量,并加到电解重量法的结果之中。
铜及铜合金
1.3 青铜
➢铍青铜
应用：
铍青铜在工业上主要用于制造重 要的弹性元件、耐磨件及其他重要零件， 如仪表齿轮、弹簧、航海罗盘、电焊机 电极以及防爆工具等。
纯铜及其合金对于制造不允许受 磁性干扰的磁学仪器，如罗盘，航空仪 表和炮兵瞄准环等具有重要价值。
1.2 黄铜
黄铜是以锌为主要合金元素 的铜合金，可分为：
普通黄铜 特殊黄铜 铸造黄铜
1.2 黄铜
普通黄铜
它是铜、锌两元合金，其中锌的含量对 黄铜的性能的影响 当Wzn＝32％时，黄铜的塑性最好 当Wzn＝45％时，黄铜的强度最高 兼顾两者，所以Wzn一般在30％~40％之 间
工 程 材 料 及 热 处 理
铜及铜合金
铜及铜合金是历史上应用最 早的金属，具有良好的耐蚀性和导 电、导热性能，铜合金还有较高的 力学性能，
目前工业上使用的铜及铜合金 主要有工业纯铜、黄铜、青铜和白铜 （铜镍合金）等。
1.1 工业纯铜
纯铜因其是用电解法获得 的，故也称电解铜。
工业纯铜的纯度为Wcu＝ 99.5％～99.95％，
1.2 黄铜
黄铜制品
1.3 青铜
青铜原指铜锡合金，但目前已将 铝、硅、铅、铍、锰等的铜基合金统称 为无锡青铜。
青铜包括锡青铜、铝青铜、铍青 铜等。
它也可分为压力加工青铜和铸造 青铜两类。
1.3 青铜
锡青铜
锡青铜中Wsn一般为3％～14％
工程材料铜及铜合金
三、青铜 除铜-锌和铜-镍合金外的其他铜合金统称为青铜。 青铜的牌号为：
Q +主加元素符号及其平均百分含量+其他元素平均百分含量。 如QSn4-3(含4%Sn、3%Zn).
常用青铜有锡青铜、铝青铜、铍青铜、硅青铜、铅青铜等。
（一）、锡青铜 1、成分：是以锡为主加元素的铜合金，锡含量一般为3~14%
7~12%Al →[α+γ] →σb高（可M强化）
强度、硬度、耐磨性、耐热性及耐蚀性高于黄铜和锡青铜，铸造性能好，但焊接性能差。 常用牌号有QAl5、QAl7、等。 主要用于制造船舶、飞机及仪器中的高强、耐磨、耐蚀件，如齿轮、轴承、蜗轮、轴套、螺旋桨等。
（三）铍青铜 1、Cu-Be相图
2、成分－机械性能关系
（二）管系用铜和铜合金 常用的管系材料有：黄铜（HAl77-2、HSn70-1、HSn62-1），紫铜（TU），白铜（B10、BFe30-1-1）
小结 纯铜（T）的性能特点、牌号及用途 铜合金分类 黄铜（H）的分类：普通黄铜、特殊黄铜，其成分、性能特点、牌号及用途 青铜（Q）的分类：锡青铜、铝青铜、铍青铜，其成分、性能特点、牌号及用途 白铜（B）成分、性能特点、牌号及用途 铜合金的选用及在舰船上的应用
无氧铜---TU1、TU2 5、应用：导体及导电元器件 6、提高强度方法：冷加工硬化
合金化---Zn、Sn、Ni等
（二）、铜合金 铜合金常加元素为Zn、Sn、Al、Mn、Ni、Fe、Be、Ti、Zr、Cr等，既提高了强度，又保持了纯铜特性。 铜合金分为黄铜、青铜、白铜三大类。
铜管
二、黄铜（Cu-Zn） 以锌为主要合金元素的铜合金称为黄铜。 黄铜按化学成分可分为普通黄铜和特殊黄铜。 按工艺可分为加工黄铜和铸造黄铜。
金属材料学第10章 铜合金
黄铜力学性能与Zn量有关，含锌量超过45%的铜锌 合金无实用价值
图10.4
图 10.5 图 9.5微量元素对28％Zn黄铜中温脆性的影
响。1－28％Zn，2－0.15％Ce，3－0.05 ％Ce
黄铜有良好的铸造性能，即流动性高，偏析 倾向小，适用于铸造复杂和精致的铸造制品。 H96、H90等：有金色黄铜之称。导热性、 抗蚀性好。用于冷凝器、散热器和工艺品等
图10.2单相黄铜的显微组织
图10.3双相黄铜的显微组织
(a)铸态(b)经过形变与再结晶退火后
不同电流强度下合金铸锭的宏观组织 （a）I=0A （b）I=100A
图9 不同电流强度下合金铸锭的微观组织 （a）I=0A横截面上部（b）I=0A横截面中部（c）I=0A横截面下部 （g）I=100A横截面上部（h）I=100A横截面中部（i）I=100A横截面下部
Cu-Cr-Zr棒坯
(a)
20mm
未施加电磁场时铸坯的表面和凝固组织
20mm
施加电磁场后铸坯的表面和凝固组织
一、纯 铜
密度8.94, 熔点1083℃, 无晶形转变 导电、导热性好，仅次于银 化学稳定性好，耐蚀 成形加工性优良，可焊，无磁
热脆：Bi / Pb在晶界处形成低熔点组织； 冷脆：S / O → Cu2O、CuS，硬脆
布在晶界；HPb59-1是双相（α+β）铅黄铜。
因为HPb59-1切削性特别好，称为易切黄铜， 有足够高的强度、耐磨性和耐蚀性。广泛用作 钟表机芯的基础部件和汽车、拖拉机等机械零 件如衬套、螺钉、电器插座等。
10.2青铜bronze
10.2.1青铜的牌号及表示方法
青铜制品
除黄铜和白铜外的其他铜合
铝 作 用
铜及铜的合金
铜及铜的合金在纯铜中加入某些合金元素（如锌、锡、铝、铍、锰、硅、镍、磷等），就形成了铜合金。
铜合金具有较好的导电性、导热性和耐腐蚀性，同时具有较高强度和耐磨性。
根据成分不同，铜合金分为黄铜和青铜等。
1．黄铜是以锌为主要合金元素的铜合金。
按照化学成分，黄铜分为普通铜和特殊黄铜两种。
（1）普通黄铜普通黄铜是铜锌二元合金。
由于塑性好，适于制造板材、棒材、线材、管材及深冲零件，如冷凝管、散热管及机械、电器零件等。
铜的平均含量为62%和59%的黄铜也可进行铸造，称为铸造黄铜。
（2）特殊黄铜为了获得更高的强度、抗蚀性和良好的铸造性能，在铜锌合金中加入铝、硅、锰、铅、锡等元素，就形成了特殊黄铜。
如铅黄铜、锡黄铜、铝黄铜、硅黄铜、锰黄铜等。
铅黄铜的切削性能优良，耐磨性好，广泛用于制造钟表零件，经铸造制作轴瓦和衬套。
锡黄铜的耐腐蚀性能好，广泛用于制造海船零件。
铝黄铜中的铝能提高黄铜的强度和硬度，提高在大气中的抗蚀性，铝黄铜用于制造耐蚀零件。
硅黄铜中的硅能提高铜的力学性能、耐磨性的耐蚀性，硅黄铜主要用于制造海船零件及化工机械零件。
2．青铜青铜原指铜锡合金，但工业上都习惯称含铝、硅、铅、铍、锰等的铜合金也为青铜，所以青铜实际上包括锡青铜、铝青铜、铝青铜、铍青铜、硅青铜、铅青铜等。
青铜也分为压力加工青铜和铸造青铜两类。
（1）锡青铜以锡为主要合金元素的铜基合金称锡青铜。
工业中使用的锡青铜，锡含量大多在3%～14%之间。
锡含量小于5%锡青铜适于冷加工使用；锡含量为5%～7%的锡青铜适于热加工；锡含量大于10%的锡青铜适于铸造。
锡青铜在造船、化工、机械、仪表等工业中广泛应用，主要用以制造轴承、轴套等耐磨零件和弹簧等弹性元件以及抗蚀、抗磁零件等。
（2）铝青铜以铝为主要合金元素的铜基合金称铝青铜。
铝青铜的力学性能比黄铜和锡青铜高。
实际应用的铝青铜的铝含量在5%～12%之间，含铝为5%～7%的铝青铜塑性最好，适于冷加工使用。
铝含量大于7%～8%后，强度增加，但塑性急剧下降，因此多在铸态或经热加工后使用。
铜及铜合金
电铜 （99.99 % Cu）
• 电解时的阴极反应：Cu2+ + 2e → Cu。“锍”即 “冰铜”：Cu2 S + FeS
• 火法精炼的步骤： 熔化→氧化→还原→浇注（阳 极）→阳极用于电解→得到电铜→ 经熔化炉加入 合金剂做成铜合金铸锭 ，再制成板、管、丝或直 接成型铸造成铸件。
铜的性质
（1）熔点：1083℃；沸点：2130℃； （2）比重：8.89g/cm3； （3）导电性好，是钢的6倍，仅次于银； （4）导热性好，是钢的8倍，为银的73%； （5）热膨胀系数大，是钢的1.4倍； （6）铜的氧化在室温时即已开始，氧化膜成为焊接
SE-Cu SW-Cu SF-Cu
。
+
+
。 。
+
+
+
+
CuAl9Ni3Fe2 CuAl11Ni6Fe5
CuAl5As
-
+ +
+ +
CuNiFe1Mn
-
+
+
CuNi30Mn1Fe
-
+
+
CuZn2Al2 CuZn35Ni2
CuZn37
+
+ +
。 。
CuSn6 CuSn8
铜及铜合金的分类讲解
(%)IACS 按 估算，导电率g＞25～30%IACS 的 导 电 、 导
、 低 合 金 化 铜 带 合 金 ， 其 导 系 数 还 可 用 下 式 估 算 ： 式
λ —试验测知的合金导电系数，米/欧姆·毫米 2 X－含铜量，%(重) 2.3.2.2 杂
铜的软化温度和晶粒大小，影
。而杂质及微量元素对铜的软化温度和晶粒大小影响又
固体的过饱和程度
，冷加工后的退火时间等，则铜的软化温度低。 8 在含氧的导电用铜中，锑、
0.05%以下时，与铜中正常含量的氧无明显作用；硒、锑也与砷相似，因此，
在无氧铜中，杂质所提高的软化温度，通常比在含氧铜
杂质在简单黄铜中的允许含量见表 1-2-5，不同牌号的简单
YB-71。 3.4 简单哈的成分、性能和用
简单黄铜的成分、特性及用途见表1-2-6； 18 简单黄铜的物理、机械性能及
1-2-7； 4. 青铜 在我国，除铜-锌系(黄铜)、铜镍系(白铜)合
青铜有高的强度、硬度、耐热性和良好的导电性，
19 制造电机中的弹簧片、接
加入微量锂可以减少锑对黄铜塑性的有
1145°C）的 Li3Sb 质点，比较均匀的分布在
，从而减轻了危害性。淬火液可以提高含锑黄铜的冷加工塑性。 磷： 很
-锌合金，在α 黄铜中超过 0.05%-0.06%磷，就出现脆性相 Cu3P，
砷：
<0.1%，过量则产生脆性化合物Cu3As，分布在 17
0.02%-0.05%砷，可防止黄铜脱锌，提高
）。 3.1.2 简单黄铜的性能 黄铜的性能与锌含量及工艺因素有关，锌含量
1-2-6 3.1.2.1常温机械性能 常温下
在α 相区：随Zn%↑、ζ b↑、 δ ↑当Zn=30～32%、δ %达到最大值max（H70、
铜及铜合金
属网等。
黄铜
②特殊黄铜
在普通黄铜中加入其他合金元素所组成的铜合金，称
为特殊黄铜，又称多元黄铜。
常加入的元素有锡、硅、铅、铝等，分别称为锡黄
铜、硅黄铜、铅黄铜等。加入合金元素是为了改善黄铜的
使用性能或工艺性能。
特殊黄铜的牌号用H加主加元素的化学符号和数字表
示，其数字分别表示铜和加入元素的百分数。
如HPb59-1表示铅黄铜，平均铜含量为59%，铅含 量为1%，其余为锌。
4、H80，颜色呈美丽的金黄色，又称 金黄铜 ； H70，又称三七黄铜，有 弹壳黄铜 之称。
5、HPb59-1表示 为 40% 。
铅 黄铜，其含锌量
2）白铜 白铜是指铜和镍组成的铜合金，因色白而得名。它的
表面很光滑，不易锈蚀，主要用于制造精密仪器仪表中 的耐蚀零件及电阻器、热电偶等。
白铜带
常用的特殊黄铜
铅黄铜 如HPb59-1
主要用于制造大型轴套、 垫圈等。
锰黄铜 如HMn58-2
主要用于制造在腐蚀条 件下工作的零件，如气 网、滑阀等。
常用的特殊黄铜
铝黄铜 如 HAl59-3 加入铝提高对腐蚀介质特别
是高速海水的耐蚀性，进一 步提高合金的强度和硬度。
锡黄铜 如HSn70-1
普通黄铜中常用的牌号有：
H80：颜色呈美丽的金黄色，又称金黄铜，可作装饰
品；
H70 ：又称三七黄铜，它具有较好的塑性和冷成型性，
用于制造弹壳、散热器等，故有弹壳黄铜之称。
H62 ：又称四六黄铜，是普通黄铜中强度最高的一种，
同时又具有好的热塑性、切削加工性、焊接性和耐蚀性，
价格较便宜，故工业上应用较多，如制造弹簧、垫圈、金
①锡青铜
普通青铜即锡青铜是人类历史上应用最早的一种合金， 我国古代留下来的一些古镜、钟鼎之类便是由这些合金制 成。
铜及铜合金
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。
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4.1 概述
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4.2 纯铜
工业纯铜的牌号及应用
纯铜含铜 99.90-99.99%，加工铜国家标准有9个牌号：3个纯 铜牌号、3个无氧铜牌号、2个磷脱氧铜牌号、1个银铜牌号；高 纯铜纯度可达 99.99%—99.9999% ，又称为4N、5N、6N铜。
铜在海水中的腐蚀速度不大，约为0.05mm／a；加入0.15～0.3％As能显著提 高铜对海水的抗蚀性。
铜在非氧化性的酸(如盐酸)、碱、多种有机酸(如醋酸、柠檬酸、脂肪 酸、乳酸、草酸)中有良好的耐蚀性。但是，铜在氧化剂和氧化性的酸(如 硝酸)中不耐蚀。氨、氯化铵，氰化物，汞盐的水溶液和湿润的卤素族元 素等，均引起铜强烈的腐蚀。 铜在常温干燥空气中几乎不氧化，但当温度超过100℃时开始氧化，并在
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4.2 纯铜
砷：熔点613℃，在固态铜中可溶解7.5％。少量As对机械性能没明显影响 ，但显著降低铜的导电、导热性。砷可提高铜的再结晶温度，提高铜的耐 热性；此外，砷显著提高铜的耐蚀性，作冷凝管用的铜管中均加入少量的 砷；还可改善含氧铜的加工性能。
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二、黄铜
黄铜是由铜和锌所组成的合金。如果只是由铜、锌组成的黄铜就叫作普通黄铜。如果是由二种以上的元素组成的多种合金就称为特殊黄铜。如由铅、锡、锰、镍、铁、硅组成的铜合金。黄铜有较强的耐磨性能。特殊黄铜又叫特种黄铜，它强度高、硬度大、耐化学腐蚀性强。还有切削加工的机械性能也较突出。由黄铜所拉成的无缝铜管，质软、耐磨性能强。黄铜无缝管可用于热交换器和冷凝器、低温管路、海底运输管。制造板料、条材、棒材、管材，铸造零件等
4.硅青铜：硅青铜(silicon bronze)以硅为主要合金元素的青铜。工业上应用的硅青铜除含硅外，还含有少量的锰、镍、锌或其他元素。硅在铜中呈有限固溶，在852C时最大溶解度可达5.3%，并随温度降低而减小，但时效硬化效应不强，一般不进行强化热处理。变形硅青铜含硅量为1%一4%，硅增高会出现脆性相，铜的代用品。硅青铜的结晶温度范围较小，力学性能较锡青铜高，耐磨性、高温强度较高。其电导性亦比一般高强度的铜合金为高。因此在机械工业等部门制造重要零件，也可作通讯用高强度架空线和导电极等。铅、锑、秘、砷、硫、磷等元素对合金有害，应严加控制
1、锡青铜：作为弹性合金指含Sn≤6.5％的铜锡合金，通常尚含P、Zn等合金元素，如还含P则称为磷锡青铜，具有高弹性极限、弹性模量、良好的耐磨与耐蚀性能，适用于制造各种弹性元件。
锡青铜是铸造收缩率最小的有色金属合金，用来生产形状复杂、轮廓清晰、气密性要求不高的铸件，锡青铜在大气、海水、淡水和蒸汽中十分耐蚀，广泛用于蒸汽锅炉和海船零件。含磷锡青铜具有良好的力学性能，可用作高精密工作母机的耐磨零件和弹性零件。含铅锡青铜常用作耐磨零件和滑动轴承。含锌锡青铜可作高气密性铸件。含有3%～14%锡的青铜，此外还常常加入磷、锌、铅等元素。它耐蚀、耐磨，有较好的力学性能和工艺性能，并能很好地焊接和钎焊，冲击时不产生火花。分为加工锡青铜和铸造锡青铜。用于压力加工的锡青铜含锡量低于6%～7%，铸造锡青铜的含锡量为10%～14%。
黄铜中由于含锌量不同，机械性能也不一样，图7是黄铜的机械性能随含锌量不同而变化的曲线。对于α黄铜，随着含锌量的增多，σb和δ均不断增高。对于（α+β）黄铜，当含锌量增加到约为45%之前，室温强度不断提高。若再进一步增加含锌量，则由于合金组织中出现了脆性更大的r相（以Cu5Zn8化合物为基的固溶体），强度急剧降低。（α+β）黄铜的室温塑性则始终随含锌量的增加而降低。所以含锌量超过45%的铜锌合金无实用价值。
特殊铝青铜：这里主要指含铝量在11.5%以上、15%以下的铝青铜。除铝外的元素组分和普通铝青铜相差不大。因为含铝量的差异，使得特种铝青铜有着比合金钢更加高的强度和接近合金钢的硬度。被广泛用于力结构件、传动件等。此外，因其良好的耐腐蚀性、抗压抗磨能力，还用于高速列车的传动轴齿轮。目前中国不能量产。
3、铍青铜：含Be≤2.5％的铜铍二元合金，除具有高的强度、弹性、硬度、耐磨性和耐疲劳性外，还有优良的导电性、导热性、耐蚀性、无磁、冲击时不产生火花，并有优良的工艺性能。广泛用于制造膜片、膜盒、弹簧管、弹簧等各种弹性元件。高性能铍青铜硬度在(HRC)38—43之间，密度8.3g/cm3，含铍1.9%-2.15%，其广泛适用于塑胶注塑成型模具的内镶件、模芯、压铸冲头、热流道冷却系统、导热嘴、吹塑模具的整体型腔、汽车模具、磨耗板等。
准备上课
学生思考并回答所提出的问题。
听课
记笔记
科目金属材料与热处理授课班级第次课
教学过程
附记
含铜在62%～68%，塑性强，制造耐压设备等。
普通黄铜是铜锌二元合金，其含锌量变化范围较大，因此其室温组织也有很大不同。根据Cu－Zn二元状态图（图6），黄铜的室温组织有三种：含锌量在35%以下的黄铜，室温下的显微组织由单相的α固溶体组成，称为α黄铜；含锌量在36%～46%范围内的黄铜，室温下的显微组织由（α+β）两相组成，称为（α+β）黄铜（两相黄铜）；含锌量超过46%～50%的黄铜，室温下的显微组织仅由β相组成，称为β黄铜。
教案
审批意见：
（签字）年月日
课题
铜及铜合金
教学目的
铜合金的分类、标注和热处理
重点、难点
铜合金的热处理
授课类型
新授
讲授方法
讲授ห้องสมุดไป่ตู้
授课时数
2
教具
课件
教学过程
附记
一、组织教学( 10分钟)
1、点名应到：实到：
请假：
旷课：
二、复习引入
铝合金的标注、分类及应用
三、新课讲解
铜及铜合金
一、纯铜
因为颜色紫红又称紫铜，主成分为铜加银，含量为99.7～99.95%；主要杂质元素：磷、铋、锑、砷、铁、镍、铅、锡、硫、锌、氧等；用于制做导电器材、高级铜合金、铜基合金。
2、铝青铜：含铝量一般不超过11.5%，有时还加入适量的铁、镍、锰等元素，以进一步改善性能。铝青铜可热处理强化，其强度比锡青铜高，抗高温氧化性也较好。有较高的强度良好的耐磨性用于强度比较高的螺杆、螺帽、铜套、密封环等，和耐磨的零部件,最突出的特点就是其良好的耐磨性。为含有铁、锰元素的铝青铜有高的强度和耐磨性，经淬火、回火后可提高硬度，有较好的高温耐蚀性和抗氧化性在大气、淡水和海水中抗蚀性很好，可切削性尚可，可焊接不易纤焊，热态下压力加工良好。目前我国已能量产。
三、青铜
青铜原指铜锡合金﹐后除黄铜﹑白铜以外的铜合金均称青铜﹐并常在青铜名字前冠以第一主要添加元素的名。锡青铜的铸造性能﹑减摩性能好和机械性能好﹐适合於制造轴承﹑蜗轮﹑齿轮等。
铅青铜是现代发动机和磨床广泛使用的轴承材料。铝青铜强度高﹐耐磨性和耐蚀性好﹐用於铸造高载荷的齿轮﹑轴套﹑船用螺旋桨等。铍青铜和磷青铜的弹性极限高﹐导电性好﹐适於制造精密弹簧和电接触元件﹐铍青铜还用来制造煤矿﹑油库等使用的无火花工具
四、课堂小结
点出重点，分析难点
五、课后作业
1、复习本次课的内容
2、课后练习册
3、下一节内容预习提示；
学生积极思考并回答
跟随老师的思路进行分析
学生认真听讲
学生根据老师的提示认真回顾本次课的重点内容
教学过程
附记