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。
铜及铜合金
（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。
加工黄铜和铸造黄铜
4.4 铜合金的应用
铜管
单相黄铜塑性好：H80、H70、H 68 。适于制造冷变形零件，如弹壳、冷凝器管等。两相黄铜热塑性好, 强度高：H59、H62。适于制造受力件，如垫圈、弹簧、导管、散热器等。
4.4 铜合金的应用
HPb63-3、 HAl60-1-1、 HSn62-1、 HFe59-1-1i4等。主要用于船舶及化工零件，如冷凝管、齿轮、螺旋桨、轴承、衬套及阀体等。
☆ Al黄铜 ：HAl 77-2 HAl60-1-1
耐蚀性好，强度和硬度高——船舶零件，机械及电机零件。
☆ Si 黄铜 HSi80-3
耐蚀性好，机械性能好，切削性好，耐磨性好
——船舶零件，机械及化工零件
其它还有锰黄铜，铁黄铜，镍黄铜。主要用于船舶零件
消除加工黄铜的加工硬化现象。
铜及铜合金
1 概述2 纯铜3 铜合金4 铜合金的应用
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4.1 概述
铜是人类最早使用的金属。早在史前时代,人们就开始采掘露天铜矿,并用获取的铜制造武器、工具和其他器皿，铜的使用对早期人类文明的进步影响深远。 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。铜矿物与其他矿物聚合成铜矿石，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：
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。
工程材料铜及铜合金
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
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3、常用牌号有 QSn4-3、QSn6.50.4、ZCuSn10Pb1等。
船用青铜软 管快速接头 阀(锡青铜阀 体、阀盖)
锡青铜管
4、主要用于耐蚀承载件, 如弹簧、轴承、齿轮 轴、蜗轮、垫圈等。
（二）铝青铜
1、Cu-Al相图
2、成分－组织－性能
<5% Al → σb太低不用 5~7%Al →α→ δ好 7~12%Al →[α+γ]
工程材料铜及铜合金
一、铜及铜合金性能特点
（一）纯铜
1、物理性能: 纯铜呈紫红色，又称紫铜,具有面心立方晶格,无 同素异构转变，无磁性。纯铜具有优良的导电性和导热性，
2、机械性能：强度偏低(230~250MPa),塑性高,易于加工成型 3、化学性能: 在大气、淡水和冷凝水中有良好的耐蚀性。 4、牌号：工业纯铜(99.95~99.5%)---T1 → T4
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。
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
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
一、铜及铜合金的特性：（1）优异的物理化学性能：导电性、导热性好；抗蚀能力高；铜（紫铜）抗磁性；（2）良好的加工性能：塑性好，铸造性能好；（3）特殊机械性能：减摩性耐磨性好，高的弹性极限和疲劳极限；（4）色泽美观。
二、铜及其合金的分类与牌号：(一)紫铜（纯铜）：Fcc无磁性，无同素异构转变，熔点1083℃。
据铜中的含氧量可将铜分为三类：a.工业纯铜：O%=0.02-0.10%. 牌号为T1, T2, T3, 由1—3，含Cu 为99.95---99.70%b.磷脱氧铜：O%<0.01%. 牌号为TP1(99.90%)， TP2(99.85%)c.无氧铜：O%<0.003%. 牌号为TU1(99.97%)， TU2(99.95%)(二)黄铜（以Zn为主要合金元素的铜合金）黄铜分普通黄铜和复杂黄铜两种。
1.普通黄铜：如：H96, H80, H70, H68, H59等。
H70称：“三七黄铜”，b=300MPa,=55%,形变强化后b≥660MPa，=3%。
大量用于作弹壳、套管和复杂深冲零件。
2.复杂黄铜：在Cu-Zn二元合金基础上加入其它合金元素形成的。
如Pb黄铜，Sn黄铜，Al黄铜，Si 黄铜等。
（三）青铜（含有Sn. Al. Si. Pb. Be, Mn等的铜基合金）包括：锡青铜，铝青铜，铍青铜等等。
分类：压力加工青铜（以压力加工产品的形式供应）和铸造青铜。
编号方法：① Q+主加元素符号+主加元素含量+其它元素含量；如：QSn4-3, 表示含4%Sn 、3%Zn，其余为Cu的锡青铜。
②铸造青铜在编号前加“Z”字，如：ZQSn10-5。
（四）白铜（以Ni为主要合金元素的铜合金）编号为：B+镍的平均含量，“B”意指“白铜”，如：B19表示含19%Ni的普通白铜三、铜合金选用原则：（1）充分考虑其导电导热性能特点，可制：导体及散热器片、线材、管材、薄板材、电缆等。
（2）考虑其机械性能及耐磨，耐蚀性能等，对于一些耐蚀件、散热器件、减摩零件及弹性元件等，可选用铜合金。
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
司卫华
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。
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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％
铜及铜合金材料手册
铜及铜合金材料手册铜及铜合金材料手册一、基本性能1. 铜元素具有非常优异的导电性和热导率，热交换用铜可提高动力机械的效率。
2. 铜铸件具有质量轻、延展性好、表面光泽及不锈的优点。
3. 铜及铜合金是金属中最适合组装的材料，可以用来制作高性能的机械零件。
4. 铜及铜合金具有优异的导热性，可以用来制作电子、精密机械和汽车零件。
5. 铜及铜合金具有很高的抗腐蚀性，可用于制作节能设备及化学装置。
二、铜及铜合金基本分类1. 普通电解铜：以Cu (紫铜)为主要成分，是电子、汽车及航空航天工程中常见的廉价铜材料。
2. 磁性铜：Cu-Ni（青铜）和Cu-Fe（棕铜）合金是振动制动的关键材料，也可以用于电子、机械及精密机械设备的制作。
3. 高纯铜：例如钻石铜用于制造薄膜器件，及一些用在光学、激光、和半导体的应用中。
4. 高硬度铜：Cu-Be和Ag-Cu-Zn合金。
这些材料主要用于负载要求更高的机械零件，如轴承、减震器及变速箱零件等。
5. 阻燃铜：钕、Cr、Ni、Mo、W等元素添加可以提高铜材料的耐热性，常用于制作电梯、火车、汽车灯具及家电等。
三、市场主要铜及铜合金品种1. C1100、C1220、OFC-B、C2600、C2680、C2720等电解铜及熔融铜。
2. CN-Ce、CNA-Ce、CuNi2等磁性铜及青铜。
3. C17200、C17300、C17500、C74200、C74400等高硬度铜。
4. OFHC、OFE-C、OFC、OF、C172等高纯铜。
5. CW071K、CW099K等抗火蚀铜及阻燃铜。
四、应用铜及铜合金在电子、机械、精密机械、汽车、节能设施及化学装置等行业中广泛应用。
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。
铜及铜合金的分类和性能
铜及铜合金的分类和性能一、分类铜及铜合金可以根据其成分、性质和用途进行分类。
1. 根据成分分类根据成分的不同，铜及铜合金可以分为以下几类：- 纯铜：成分纯度达到99.9%以上，没有其他元素的杂质；- 铜基合金：除含有铜外，还含有其他元素，如锌、镍、锡等；- 铜镍合金：由铜和镍组成，成分比例可以根据需要进行调整；- 铜铝合金：由铜和铝组成，具有较高的强度和耐腐蚀性能；- 铜锌合金：也称为黄铜，主要由铜和锌组成，具有良好的加工性能和耐腐蚀性能。
2. 根据性质分类根据性质的不同，铜及铜合金可以分为以下几类：- 软铜：具有良好的塑性和延展性，适合冷加工和热加工；- 硬铜：具有较高的强度和硬度，适合制作耐磨件和机械零件；- 弹性铜：具有优异的弹性和回弹性能，适用于制造弹簧和弹簧元件。
二、性能铜及铜合金具有以下一些性能特点：1. 导电性：铜是良好的导电材料之一，具有优异的电导率，广泛用于电器、电子和通信行业；2. 导热性：铜具有很高的导热性，可以快速将热量传递出去，适用于散热器和导热元件；3. 抗腐蚀性：铜具有较好的耐腐蚀性，特别是黄铜，适用于制作阀门和管道等耐腐蚀设备；4. 加工性：铜具有良好的塑性和可加工性，可以通过铸造、锻造、压延等方法制作成各种形状的零件；5. 可焊性：铜易于焊接，可以与其他材料进行良好的连接。
以上是对铜及铜合金的分类和性能的简要介绍。
铜及其合金因其多种优良特性，广泛应用于工业和日常生活中。
参考文献：- 李旭东. 材料科学基础（修订版）. 清华大学出版社, 2011.- 高建明, 王然, 徐立康. 金属材料科学与工程. 机械工业出版社, 2019.。
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。
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表3铜及铜合金数字代号编号范围
S----砂型铸造; J----金属型铸造; R----熔模铸造; K----壳型铸造;
Y----压力铸造; L1----离心铸造; La----连续铸造; B----变质处理;
F---铸态; T1----人工时效; T2----退火;
T4---淬火+自然时效; T5----淬火和不完全时效;
T6----淬火和完全时效; T7----淬火和稳定回火; T8----淬火和软化回火;
4. 铸造铜合金的主要化学成分及机械性能(表4, 表5 ,表6),
5.4. 炉料计算程序;(铝合金和铜合金);
5.4.1.明确熔炼任务.
5.4.1.1根据所需合金要求选定配料成分.
5.4.1.2所需合金液的重量,(每坩锅熔炼合金重量)
5.4.1.3所用炉料的成分和回炉料用量,(包括中间合金)
5.4.2明确元素的烧损E,即各元素的烧损量%.
5.4.3计算(包括烧损)100公斤炉料各元素的需要量Q,
Q=a/(1-E) (公斤)
α-合金中计算元素成分的百分含量(%),
E—元素的烧损量(%)
5.4.4根据熔制合金的实际重量W, 计算各元素的需要量A,
A=Q×W/100 (公斤)
5.4.5计算在回炉料中各元素的含量B(公斤),
B=G×a (公斤)
G—回炉料加入量(公斤), a—回炉料中各元素的含量(%)
5.4.6计算应补加的新元素重量C;
C=A-B (公斤)
5.4.7计算中间合金的需要量D;
D=C/F (公斤), F—中问合金中元素的百分含量.
5.4.8中间合金中所带入的主要元素计算, (铜合金中的铜,铝合金中的铝)
Cu(Al)=D-C
5.4.9计算补加的主要元素Cu(Al)κ
Cu(Al)κ＝配料成分所需主要元素量－回炉料带入主要元素量－各类中间合金带入的主要元素量总和
5.4.10. 计算实际的炉料总量.W;
W=Cu(Al)κ＋各中间合金的量D＋回炉料加入量G,
5.4.11 复合杂质的含量U0(%);
炉料中某杂质总量=各种炉料加入量×某杂质的百分含主量.
1.铜合金熔炼工艺.(见表10)表10
注;1.铝青铜和铅青铜的脱氧用磷铜,可分两次加入,即铜熔
化后先加入1/2,其余1/2在浇注前加入这部分主要起清
洁合金作用.
2.硅黄铜的一次熔化虽不符合Si,Sn,Al偏后加入的原则,但实践证明一
次熔化能获得良好的效果.
6.2铜合金熔炼工艺过程(表11)
备注;
1 .本工艺中未列出的合金的熔炼工艺,可参照相似成分合金的熔炼工艺. 2. 在对工作合金取样化验后,对配料成分作出适当调整,以保证成分符合标准. 6.3 铜(铝)合金的炉前试验; 6-3
-1 含气量试验
用预热过的取样勺,自坩埚底部盛取合金液,注入经预热的金属试模中(试模为内腔50×Ø50/Ø40杯)撇去表面氧化膜及渣子,在试样凝固后,观察其表面收缩情况来判断合金的含气程度, (见表-12)。