铜及其合金
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一.锡青铜
（一）二元锡青铜 1. 相：
α相：含锡的铜基固溶体； β相：Cu5Sn 电子化合物为基的固溶体；
共析分解β—α+ γ（586 ℃ ） γ 相： CuSn 为基的固溶体；
γ—α+ δ （520 ℃ ） δ相：Cu31Sn8 电子化合物
δ —α+ ε （Cu3Sn） （350 ℃ ）
σb:450 MPa； 优良的加工成形性，铜有极高的塑性; 优良的可焊性; 铜的另一个特性是无磁性，常用来制造不受磁场干扰的磁
学仪器。
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二．杂质
1. O，S与Cu形成（Cu+Cu2S）和（Cu +Cu2O）共晶，熔 点为1067℃，均高于Cu的热加工温度，冷加工时易产生 破裂（冷脆）；
一. 特性
密度8.94，熔点1083℃，面心立方，无同素异型转变; 导电导热性好（金属材料导电性排序: Ag, Cu, Au, Al,
Mg, Zn, Ni,…）； 高的的稳定性（大气、淡水）；但在海水中稍差，在氧化
性酸及各种盐类极易被腐蚀; 一定的机械性能（σb 200~240 MPa），冷加工状态下
三．分类、牌号及用途
根据O%和生产方法的不同，可分为三类:
韧铜：0.02%-0.10%O；T1，T2，T3，T4； T1、T2： 导电及高纯度铜合金用； T3、T4： 一般用铜材及铜合金.
无氧铜：<0.003%； TU1，TU2: 主要用于电子真空仪器仪表中导体
脱氧铜：<0.01%；TUP，TUMn； TUP 主要用于焊接用铜材，制作热交换器、排水管、 冷凝管等； TUMn 用于电子管用铜材
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10.2 铜中的合金元素
在铜中无限固溶:Ni、Au、（γ-Mn） ; 大多数合金元素为有限溶解。
Ni、Al、Sn、Zn、Mn是有效的固溶强化元素; 但不同程度地降低导电性和导热性。
铜合金中能形成许多强化相： γ2—CuBe ；Cr2Zr ；Ni2Si ；NiAl或NiAl2 ；Cu3Ti
铜及铜合金的主要性能：
1）高导电率和导热率; 2）具有良好塑性，易于成型; 3）高强度与良好耐磨性; 4）某些条件下有良好的耐蚀性; 至今仍然被广泛应用，是发展电力、电机、电工仪器和 航海、造船工业的材料。 但铜资源少，价格贵；当前全世界已查明的储量为6.4万t。
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10. 1 工业纯铜（紫铜）
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§10. 3 黄铜
分为：Cu-Zn二元黄铜或Cu-Zn-M特殊黄铜 （Zn<50%）
一. 二元黄铜
Cu-Zn二元相图
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➢相组成
（1）α ：固溶体; （2）β：电子化合物，以CuZn为基的固溶体，在456~
468℃以下为β’有序相。 高温β塑性好，低温β’ 难以冷变形，含β’相的黄铜只能采 用热加工成型。 （3）γ：电子化合物Cu5Zn8为基的固溶体，电子浓度 21/13，硬且脆，无实用价值。
✓ 应力腐蚀: 在张应力下由腐蚀介质氨、二氧化硫和湿空气的 联合作用，发生应力腐蚀。锌含量高于25%的黄铜H70、 H68、H62对此敏感 ; 加入少量Si1.0~1.5% 或微量砷 As 0.02~0.06%。
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➢ 牌号与性能
1）低锌黄铜 H96、H90、H85 α黄铜 用于冷凝器和散热器。
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§10.4 青铜
青铜是Cu和Sn、Al、Be、Si、Mn、Cr、Cd、Zr和 Co等元素组成的合金的统称。
Biblioteka Baidu 青铜根据成分可分为锡青铜（Cu-Sn）和特殊青铜。 在特殊青铜中，根据主加元素又分别命名为铝青铜 （Cu-Al）、铍青铜（Cu-Be）等。
二元青铜： Cu-Sn， Cu-Al， Cu-Be，…； 多元青铜： Cu-Sn-M， Cu-Al-M， Cu-Be-M，…；
名义含锌量
举例： HAl59-3-2，其中含锌36%，应为α黄铜；但加入3%Al, 2%Ni后, 名义含锌量为46.4%, 其组织应为α+β组织。
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合金元素的作用
➢ Al：提高强度，但塑性降低，提高耐蚀性，
如 HAl77-2
（α组织）;
HAl60-1-1（Mn） （α+β组织)
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Cu-Zn合金随Zn%的组织与性能变化
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➢组织和性能
1）组织
Zn<36%的合金为α黄铜;
Zn＝36-46%的合金为α+β黄铜
2）性能
（1）力学性能 见图
（2）良好的铸造性能。
3）耐蚀性
在大气、淡水、海水中耐蚀性良好。黄铜的腐蚀表现为脱 锌和应力腐蚀。
✓ 脱锌: 在中性盐水溶液中锌发生选择性溶解，可加入微量 As 0.02~0.06%来防止;
锌当量系数 黄铜中加入M后并不形成新相，只是影响α，β相的相对 含量，其效果象增加了锌一样。可以用加入1%的其它 合金元素对组织的影响上相当于百分之几的Zn的换算 系数来预估加入的合金元素对多元黄铜组织的影响，这 种换算关系称为锌当量系数。
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表10-1 合金元素锌当量系数
+ 号表示增锌作用，- 号表示减锌作用
➢ Ni：提高强度，提高在海水中的耐蚀性；
HNi65-5， 可制作压力计管。
➢ Fe：提高强度。HFe59-1-1(Mn)
➢ Sn：提高在海洋大气、海水中抗蚀性，“海洋黄铜”
用于舰船。如HSn70-1（α）; HSn62-1（α+β）
➢ Pb：提高耐磨性，改善切削性能。可用作轴瓦与衬
套，如HPb74-1, HPb59-1。
2）三七黄铜 H70、H68 α 黄铜 用于深冲或深拉制造复杂形状的零件。
3）四六黄铜 H62、H59 α+β黄铜 用于制造销钉、螺帽、导管及散热器零件。
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二. 特殊黄铜
Cu-Zn-M: +Si, Al, Sn, Pb, Mn, Fe, Ni等不同程度 地影响Cu-Zn相图的相区。
2. H与Cu, O形成Cu与H2O气泡，降低塑性 “氢脆”； 3. Pb, Bi与Cu形成低熔点共晶，熔点低，其共晶温度相应为
270℃和326℃，分布在晶界上，热加工时会引起热脆; 4. 其它，如Al, Fe, Ni, Sn, Zn, Sb等，虽在铜的溶解度较大，
但对铜性能的影响较小。
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一.锡青铜
（一）二元锡青铜 1. 相：
α相：含锡的铜基固溶体； β相：Cu5Sn 电子化合物为基的固溶体；
共析分解β—α+ γ（586 ℃ ） γ 相： CuSn 为基的固溶体；
γ—α+ δ （520 ℃ ） δ相：Cu31Sn8 电子化合物
δ —α+ ε （Cu3Sn） （350 ℃ ）
σb:450 MPa； 优良的加工成形性，铜有极高的塑性; 优良的可焊性; 铜的另一个特性是无磁性，常用来制造不受磁场干扰的磁
学仪器。
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二．杂质
1. O，S与Cu形成（Cu+Cu2S）和（Cu +Cu2O）共晶，熔 点为1067℃，均高于Cu的热加工温度，冷加工时易产生 破裂（冷脆）；
一. 特性
密度8.94，熔点1083℃，面心立方，无同素异型转变; 导电导热性好（金属材料导电性排序: Ag, Cu, Au, Al,
Mg, Zn, Ni,…）； 高的的稳定性（大气、淡水）；但在海水中稍差，在氧化
性酸及各种盐类极易被腐蚀; 一定的机械性能（σb 200~240 MPa），冷加工状态下
三．分类、牌号及用途
根据O%和生产方法的不同，可分为三类:
韧铜：0.02%-0.10%O；T1，T2，T3，T4； T1、T2： 导电及高纯度铜合金用； T3、T4： 一般用铜材及铜合金.
无氧铜：<0.003%； TU1，TU2: 主要用于电子真空仪器仪表中导体
脱氧铜：<0.01%；TUP，TUMn； TUP 主要用于焊接用铜材，制作热交换器、排水管、 冷凝管等； TUMn 用于电子管用铜材
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10.2 铜中的合金元素
在铜中无限固溶:Ni、Au、（γ-Mn） ; 大多数合金元素为有限溶解。
Ni、Al、Sn、Zn、Mn是有效的固溶强化元素; 但不同程度地降低导电性和导热性。
铜合金中能形成许多强化相： γ2—CuBe ；Cr2Zr ；Ni2Si ；NiAl或NiAl2 ；Cu3Ti
铜及铜合金的主要性能：
1）高导电率和导热率; 2）具有良好塑性，易于成型; 3）高强度与良好耐磨性; 4）某些条件下有良好的耐蚀性; 至今仍然被广泛应用，是发展电力、电机、电工仪器和 航海、造船工业的材料。 但铜资源少，价格贵；当前全世界已查明的储量为6.4万t。
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10. 1 工业纯铜（紫铜）
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§10. 3 黄铜
分为：Cu-Zn二元黄铜或Cu-Zn-M特殊黄铜 （Zn<50%）
一. 二元黄铜
Cu-Zn二元相图
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➢相组成
（1）α ：固溶体; （2）β：电子化合物，以CuZn为基的固溶体，在456~
468℃以下为β’有序相。 高温β塑性好，低温β’ 难以冷变形，含β’相的黄铜只能采 用热加工成型。 （3）γ：电子化合物Cu5Zn8为基的固溶体，电子浓度 21/13，硬且脆，无实用价值。
✓ 应力腐蚀: 在张应力下由腐蚀介质氨、二氧化硫和湿空气的 联合作用，发生应力腐蚀。锌含量高于25%的黄铜H70、 H68、H62对此敏感 ; 加入少量Si1.0~1.5% 或微量砷 As 0.02~0.06%。
第9页/共28页
➢ 牌号与性能
1）低锌黄铜 H96、H90、H85 α黄铜 用于冷凝器和散热器。
第13页/共28页
§10.4 青铜
青铜是Cu和Sn、Al、Be、Si、Mn、Cr、Cd、Zr和 Co等元素组成的合金的统称。
Biblioteka Baidu 青铜根据成分可分为锡青铜（Cu-Sn）和特殊青铜。 在特殊青铜中，根据主加元素又分别命名为铝青铜 （Cu-Al）、铍青铜（Cu-Be）等。
二元青铜： Cu-Sn， Cu-Al， Cu-Be，…； 多元青铜： Cu-Sn-M， Cu-Al-M， Cu-Be-M，…；
名义含锌量
举例： HAl59-3-2，其中含锌36%，应为α黄铜；但加入3%Al, 2%Ni后, 名义含锌量为46.4%, 其组织应为α+β组织。
第12页/共28页
合金元素的作用
➢ Al：提高强度，但塑性降低，提高耐蚀性，
如 HAl77-2
（α组织）;
HAl60-1-1（Mn） （α+β组织)
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Cu-Zn合金随Zn%的组织与性能变化
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➢组织和性能
1）组织
Zn<36%的合金为α黄铜;
Zn＝36-46%的合金为α+β黄铜
2）性能
（1）力学性能 见图
（2）良好的铸造性能。
3）耐蚀性
在大气、淡水、海水中耐蚀性良好。黄铜的腐蚀表现为脱 锌和应力腐蚀。
✓ 脱锌: 在中性盐水溶液中锌发生选择性溶解，可加入微量 As 0.02~0.06%来防止;
锌当量系数 黄铜中加入M后并不形成新相，只是影响α，β相的相对 含量，其效果象增加了锌一样。可以用加入1%的其它 合金元素对组织的影响上相当于百分之几的Zn的换算 系数来预估加入的合金元素对多元黄铜组织的影响，这 种换算关系称为锌当量系数。
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表10-1 合金元素锌当量系数
+ 号表示增锌作用，- 号表示减锌作用
➢ Ni：提高强度，提高在海水中的耐蚀性；
HNi65-5， 可制作压力计管。
➢ Fe：提高强度。HFe59-1-1(Mn)
➢ Sn：提高在海洋大气、海水中抗蚀性，“海洋黄铜”
用于舰船。如HSn70-1（α）; HSn62-1（α+β）
➢ Pb：提高耐磨性，改善切削性能。可用作轴瓦与衬
套，如HPb74-1, HPb59-1。
2）三七黄铜 H70、H68 α 黄铜 用于深冲或深拉制造复杂形状的零件。
3）四六黄铜 H62、H59 α+β黄铜 用于制造销钉、螺帽、导管及散热器零件。
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二. 特殊黄铜
Cu-Zn-M: +Si, Al, Sn, Pb, Mn, Fe, Ni等不同程度 地影响Cu-Zn相图的相区。
2. H与Cu, O形成Cu与H2O气泡，降低塑性 “氢脆”； 3. Pb, Bi与Cu形成低熔点共晶，熔点低，其共晶温度相应为
270℃和326℃，分布在晶界上，热加工时会引起热脆; 4. 其它，如Al, Fe, Ni, Sn, Zn, Sb等，虽在铜的溶解度较大，
但对铜性能的影响较小。
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