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、导热和耐蚀等器材。 2.1纯铜的成份、组织与性能 2.2.1．其结构、组织：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。2.2.2．在成分方面：100%纯的金属是没有的，非100%纯。Cu 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。③有良好的塑性退火工业纯铜的拉伸延伸率δ

≈50%，纯Cu 易加工成材例：加工出来的细铜丝可细于头发丝（8 丝）达4～5 丝2.2.2 纯铜的机械性能与工艺性能我们通过结合纯铜的生产、加工过程来了解、认识(1) 纯Cu 的加工过程（几乎全部纯铜都是经过加工成材供应用户的，我们在工厂中可以观察到，其生产过程一般为：(2) 纯铜的机械性能——①铸态铜的性能很低；②经加工后，软态铜、硬态铜的性能，见上面数据；③铜经过强烈冷加工（形变率ε ≥80%）后，强度δ b将急剧升高，但塑 5 性强烈变坏，加工硬化很厉害，对纯铜来说，其机械性能是由其晶粒度和位借密度所决定的。(3) 纯铜的热加工工艺性能我们知道，热加工应选择在塑性高的温度范围

内进行，那么纯铜在什么温度时塑性高呢？——人们通过实验，得到了纯铜的机械性能与温度的关系曲线：由此可看出：①ζ b 随T↑而↓ ②在500—600℃，δ 、最小存在着“低塑性区” ——若在这个温度范围进行热加工，工件会产生热裂、热脆。∴（纯铜的热加工应选择在高于低塑性区的温度进行。）即：T 热加工＞700℃ 2.3 杂质及微量元素对铜的影响紫铜中杂质主要来自原料，同时与熔炼等工艺也有关。很多种杂质既使含量极少（甚至十万分之几）也有剧烈降低铜的导电、导热和压力加工等性能。为改善铜的性能，有时须添加某些其它微量元素，或容许某些脱氧剂元素在铜中保持一定的残留量。2.3.1 紫铜可按其所含杂质及微量元素的不同，分为三类：(1) 加工紫铜有T1、T2、T3、T4 等，特点是氧含量较高；(2)无氧铜及脱氧铜有TU1、TU2、TUP、TUMn 等，特点是氧含量极少，在脱氧铜中还残留少量脱氧剂元素；(3)特种铜有砷铜、银铜、锑铜等；特点是分别加入了不同的微量元素。2.3.2 杂质与微量元素对纯铜的影响杂质与微量元素的来源：杂质：工业纯铜中通常含有0.05-0.3%的杂质 6 微量元素：为了改善铜性能，人们有意加入某些微量元素。（例如，为了提高Cu 的高温塑性、细化晶粒加入Ce、Zr；Ti 等元素。为了提高铜的切削性、耐磨性加入微量的Pb等）。影响：对性能的影响具有两重性：有利、有害应根据具体的加工、使用条件加以控制和解决。下面，根据它们在铜中的溶解度及存在状态，分成三类来分析： 2.3.2.1 杂质及微量元素对铜的导电、导热性的影响所有杂质及微量元素均不同程度地降低铜的导电性和导热性。固溶于铜的元素（除银、镉以外）对于铜的导电性和导热性降低地多，而呈第二相析出的元素则对于铜的导电、导热性降低较少。7 金属的导电性可用导电系数（单位：米/欧姆·毫米²）表示，也可用1913 年制定的国标软铜（Cu+Ag≥99.90%,退火后，20℃时的电阻系数为0.017241 欧姆·毫米² /米或1.7241 微欧姆·厘米，导电系数为58.0 米/欧姆·毫米²）导电率标准（IACS）作为100%加以比较和确定。现在铜的纯度大大提高，其导电率已增到102%IACS 以上。加工因素对铜的导电率也有一定的影响，很大的冷加工率可使铜的导电率下降约2%IACS。铜及铜合金的导热系数和导电率之间存在内在的联系，在某一温度下的导热系数可根据在该温度下的导电率(%)IACS 按估算，导电率g＞25～30%IACS 的导电、导热、低合金化铜带合金，其导系数还可用下式估算：式中：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 杂质及微量元素对铜的软化温度和晶粒大小的影响铜的软化温度和晶粒大小，影响到铜的加工和使用性能。而杂质及微量元素对铜的软化温度和晶粒大小影响又很大。固溶和生成弥散析出相得杂质和微量元素，均提高铜的软化温度。在一定范围内随这些元素含量的增加，铜的软化温度的增高；但生成氧化物的杂质，大都对铜的软化温度没有明显影响。此外，铜的软化温度与很多工艺因素有关，例如，冷加工率大冷加工前的退火温度降低、冷却慢（此时固溶体的过饱和程度小），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、镉、铁、磷、锡等可与氧化亚铜中的氧作用，生成它们自己的氧化物，降低了它