铜及铜合金

β两相黄铜含36～46％Zn，H62至H59均属于此。凝固时发 生包晶反应形成β相，凝固完毕，合金为单相β组织，当冷至 α+β两相区时，α相自β相析出，残留的β相冷至有序转变温度 时(456℃)，β无序相转变为β´有序相，室温下合金为α+β´两 相组织。铸态α+β´黄铜，α相呈亮色(因含锌少，腐蚀浅), β´ 相呈黑色(因含锌多，腐蚀深)。经变形和再结晶退火后，α相具 有挛晶特征，β´相则没有。
4.3 铜合金——黄铜
普通黄铜性能变化与锌含量的关系 物理性能：二元黄铜的密度随锌含量的增加而下降，而线膨胀系 数则随锌含量的增加而上升。电导率、热导率在α区随锌含量的 增加而下降，但锌含量在39％以上，合金出现β时，电导率又上 升，锌含量达50％时达峰值。 力学性能：WZn<30％时，随锌含量的增加，σb和δ同时增大，对 固溶强化的合金来说，这种情况是极少有的，锌含量在30～32%范 围时，δ达最大值。之后，随β´相的出现和增多，塑性急剧下降。 而σb则一直增长到锌含量45％附近，当锌含量为45％时，σb值最 大。锌含量超过45％，由于α相全部消失，而为硬脆的β´相所取 代，导致σb急剧下降。 变形和退火后的性能：α相随锌含量的增加其强度、塑性均增加。 当锌含量为30％时，塑性最好，适于深冲压和冷拉，大量用于制 造炮弹壳，所以H70黄铜有“炮弹黄铜”之称。β相强度更高，但 室温下呈有序状态，塑性很低。γ相在室温下则更硬而脆。
4.2 纯铜 硫：形成共晶系相图，共晶温度较高，对铜热变形影响不明显， 共晶体(α+Cu2S)集中在晶界上，Cu2S硬而脆，致使金属发生 “冷脆”。 硫的最大允许含量为0.005～0.01％。 硒，碲：在固态铜中的溶解度极小，生成Cu2Se、Cu2Te脆性化合 物，凝固时沿晶界析出，造成“冷脆”。铜中含0.003％硒和 0.005～0.003％碲即可使其焊接性能恶化。
4.1 概述
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。 工业纯铜的牌号用字母T加上序号表示，如T1，T2，T3等， 数字增加表示纯度降低。 无氧铜用 “T”和“U”加上序号表示，如TUl、TU2。 用磷和锰脱氧的无氧铜，在TU后面加脱氧剂化学元素符号 表示，如TUP、TUMn。
4.2 纯铜 纯铜的性能 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。
20℃时铜的电阻率为1.613µΩ•cm，热导率为402W／m· K； 银为1.590µΩ•cm， 银为419W／m· K。 用途：各种导线、电缆、导电牌、电器开关等导电器材和各 种冷凝管、散热管、热交换器、真空电弧炉的结晶器等。导电器 材用量占铜材总量一半以上。 所有杂质和加入元素，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。 冷变形对铜的导电性能影响不大. A1203弥散强化可提高铜的强度而又不使其导电率明显下降。
H70黄铜的铸态组织及变形后退火组织
4.3 铜合金——黄铜
β相：以电子化合物CuZn为基的体心立方晶格固溶体。冷 却过程中，在468～456℃温度范围，无序相β转变成有序相β´。 β´相塑性低，硬而脆，冷加工困难，所以含有β´相的合金不 适宜冷加工。但加热到有序化温度以上，β´→β后，又具有良 好塑性。β相高温塑性好，可进行热加工。 γ相是以电子化合物Cu5Zn8为基的复杂立方晶格固溶体，硬 而脆，难以压力加工，工业上不采用。所以，工业用黄铜的锌 含量均小于46％，不含γ相。 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。
第4章 铜及铜合金
4.1 4.2 4.3 4.4 概述 纯铜 铜合金 铜合金的应用
4.1 概述
铜存在于地壳和海洋中。铜在地壳中的含量约为0.01％， 在个别铜矿床中，铜的含量可以达到3－5％。 自然界中的铜，多数以化合物即铜矿物存在。开采出来 的铜矿石，经过选矿而成为含铜品位较高的铜精矿。 铜矿石分为三类： （1）硫化矿，如黄铜矿(CuFeS2)、斑铜矿(Cu5FeS4)和辉铜 矿(Cu2S)等。 （2）氧化矿，如赤铜矿(Cu2O)、孔雀石[CuCO3Cu(OH)2]、蓝 铜矿[2CuCO3Cu(OH)2]、硅孔雀石(CuSiO32H2O)等。 （3）自然铜。铜矿石中铜的含量1％左右（0.5％～3％）便 有开采价值，因为采用浮选法可以把矿石中一部分脉石等杂 质除去，而得到含铜量较高（8％～35％）的精矿砂。
4.3 铜合金——黄铜 4.3.1 黄铜 普通黄铜 普通黄铜的相组成及各相的特性 Cu-Zn二元系相图中，固 态下有α、β、γ、δ、ε、η六个相。 α相是以铜为基的固溶体，其晶格常数随锌含量的增加而 增大，锌在铜中的溶解度与一般合金相反，随温度降低而增加， 在456℃时固溶度达最大值(39％Zn)；之后，锌在铜中的溶解度 随温度的降低而减少。 含锌量为25％左右的α相区，存在Cu3Zn化合物的两种有序 化转变，采用X射线、电阻、差热分析等方法测定发现：在 450℃左右α无序固溶体转变为αl有序固溶体，在217℃左右， αl有序固溶体转变为α2有序固溶体。 α固溶体具有良好的塑性，可进行冷热加工，并有良好的 焊接性能。
4.3 铜合金——铜合金分类及强化方法 铜合金：黄铜、白铜，青铜。 黄铜：简单黄铜和复杂黄铜。 简单黄铜：为Cu—Zn二元合金，以“H”表示，H后面的数字表 示合金的平均含铜量如H70表示含铜量为70％，其余为锌。 复杂黄铜：在Cu-Zn会金中加入少量铅、锡、铝、锰等，组成 多元合金。第三组元为铅的称铅黄铜，为铝的称铝黄铜，如 HSn70-1表示含70％Cu、1％Sn、余为锌的锡黄铜。多元合金则以 第三种含量最多的元素相称，如： HMn57-3－1：57％Cu、3％Mn、1％Al、余为锌的锰黄铜； HAl66-6－3－2：66％Cu、6％Al、3％Fe、2％Mn、余Zn的铝黄铜 白铜：Cu-Ni合金。以B表示。 如：BlO为10％Ni、余为铜；B30为30%Ni、余Cu的铜镍合金。 青铜：除黄铜、白铜之外的铜合金。 按主加元素(如Sn、Al，Be等)命名为锡青铜、铝青铜、铍青 铜，并以Q＋主添元素化学符号及百分含量表示，如QSn6.5-0.1为 6.5％Sn、0.1％P、余为铜的锡磷青铜。QA15为5％A1、余为铜的 铝青铜。QBe2为2%Be、余下为铜的铍青铜。
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。
铅： 熔点327℃，基本上不溶解于铜，微量的铅与铜形成低熔点 共晶组织(Cu＋Pb)，共晶温度为326℃，共晶体最后结晶并集中在 晶界上，铅呈黑色颗粒状分布在晶界上，热加工时，铅先熔化， 使金属晶粒之间的结合力受到破坏，造成“热脆”。铅限制在 0.005～0.05％。
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
4.1 概述
纯铜：面心立方晶格，原子量 63.54，密度8.9，熔点1083℃ 电阻率0.01673 欧姆 mm2/m ，线性膨胀数17.6×10-6/℃， 导热率0-100℃ 399W/mk。软态 280MPA，延伸率≥40%
4.1 概述 铜矿石经过选矿成为含铜品位较高的铜精矿或者说是铜矿砂，铜 精矿需要经过冶炼提成,才能成为精铜及铜制品. 目前，世界上铜的冶炼方式主要有两种：火法冶炼与湿法冶炼） 1．火法: 通过熔融冶炼和电解精火炼生产出阴极铜，也即电解铜，一 般适于高品位的硫化铜矿。除了铜精矿之外,废铜做为精炼铜的 主要原料之一，包括旧废铜和新废铜， 2．湿法: 一船适于低品位的氧化铜，生产出的精铜称为电积铜。