2.1 铜及铜合金6

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• 在金属的再结晶温度以上的塑性变形加工称为热加工。 在金属的再结晶温度以上的塑性变形加工称为热加工 热加工。 • 由于温度处于再结晶温度以上，金属材料发生塑性变形后， 由于温度处于再结晶温度以上，金属材料发生塑性变形后， 随即发生再结晶过程。 随即发生再结晶过程。因此塑性变形引起的加工硬化效应 随即被再结晶过程的软化作用所消除， 随即被再结晶过程的软化作用所消除，使材料保持良好的 塑性状态。 塑性状态。
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纯铜力学性质
• 纯铜的抗拉强度低，退火状态下的纯铜抗拉强度约为 纯铜的抗拉强度低 退火状态下的纯铜抗拉强度约为 抗拉强度 抗拉强度约 220MPa，伸长率约为 ，伸长率约为30%，硬度 约为 约为450MPa。 约为 ，硬度HB约为 。
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• 抗拉强度（σb 抗拉强度（ 坏的能力。 坏的能力。
sigma）指材料在拉断
前承受最大应力值 前承受最大应力值，表征材料抵抗破 最大应力
• 应力：单位面积上所承受的附加内力，σ表示应力 应力：单位面积上所承受的附加内力， • wenku.baidu.com变：当材料在外力作用下不能产生位移时，它的 应变：当材料在外力作用下不能产生位移时， 几何形状和尺寸将发生变化。 几何形状和尺寸将发生变化。 • 内应力：在结构上无外力作用时保留于物体内部的 内应力： 因受力、湿度、温度变化， 应力 。(因受力、湿度、温度变化，溶剂等而变形 )
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莫氏硬度
• 表示矿物硬度的一种标准。1824年由德国矿物学 表示矿物硬度的一种标准。 年由德国矿物学 家莫斯(Frederich Mohs)首先提出。应用划痕法将 首先提出。 家莫斯 首先提出 棱锥形金刚钻针刻划所试矿物的表面而发生划痕, 棱锥形金刚钻针刻划所试矿物的表面而发生划痕 习惯上矿物学或宝石学上都是用莫氏硬度。 习惯上矿物学或宝石学上都是用莫氏硬度。用测 得的划痕的深度分十级来表示硬度 • 指甲（2-2.5度）、小刀（5-5.5度）、玻璃（6度）、 指甲（ 小刀（ 玻璃（ 度）、小刀 度）、玻璃 度 钢锉（ 度 钢锉（7度）来测定物质硬度
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皮肤 • 伸长率：指材料受外力 伸长率： （拉力）作用断裂时， 拉力）作用断裂时， 试棒伸长的长度与原来 长度的百分比。代号： 长度的百分比。代号： 单位： δ(Delta)；单位：%
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• 硬度：固体材料对外界物体压陷、刻划等作用的局部抵 硬度：固体材料对外界物体压陷、 抗能力，是衡量材料软硬程度的一个指标。 抗能力，是衡量材料软硬程度的一个指标。
• 压入硬度。主要用于金属材料，方法是用一定的载荷将规定 压入硬度。主要用于金属材料， 的压头压入被测材料， 的压头压入被测材料，以材料表面局部塑性变形的大小比较 被测材料的软硬。由于压头、载荷以及载荷持续时间的不同， 被测材料的软硬。由于压头、载荷以及载荷持续时间的不同， 压入硬度有多种，主要是布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HRC）、 压入硬度有多种，主要是布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HRC）、 ）、洛氏硬度 维氏硬度（HV）和显微硬度等几种，其中以HB及HRC较为常用。 维氏硬度（HV）和显微硬度等几种，其中以HB及HRC较为常用。 HB 较为常用 • 硬度不是一个单纯的物理量，而是反映材料的弹性、塑性、 硬度不是一个单纯的物理量，而是反映材料的弹性、塑性、 强度和韧性等的一种综合性能指标。 强度和韧性等的一种综合性能指标。
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普通黄铜
• 1.普通黄铜：如：H96，H80，H70，H68，H59等。 普通黄铜： 普通黄铜 ， ， ， ， 等 • 根据Cu－Zn二元状态图，黄铜的室温组织有三种： 根据 － 二元状态图，黄铜的室温组织有三种： 二元状态图 含锌量在35%以下的黄铜，室温下的显微组织由单相的α固 以下的黄铜，室温下的显微组织由单相的 固 含锌量在 以下的黄铜 溶体组成，称为α黄铜 退火处理后的α黄铜能承受 黄铜， 黄铜能承受极大的塑 溶体组成，称为 黄铜，退火处理后的 黄铜能承受极大的塑 性变形 ； 含锌量在36%～46%范围内的黄铜，室温下的显微组织由 ～ 范围内的黄铜， 含锌量在 范围内的黄铜 （α+β）两相组成，称为（α+β）黄铜（两相黄铜）； ）两相组成，称为（ ）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 相 ～ 的黄铜， 含锌量超过 的黄铜 室温下的显微组织仅由β相 组成，称为β黄铜 黄铜， 组成，称为 黄铜，其组织如图 。
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2 铜合金
• 合金：由两种或两种以上的金属或非金属所组成的 合金： 具有金属特性的物质。 具有金属特性的物质。
• 目前已能制备 目前已能制备1600多种铜合金，主要的系列有： 多种铜合金，主要的系列有： 多种铜合金
• 铜锌合金 • 铜锡合金 • 铜镍合金 • 锰铜合金 • 铍（青）铜合金
纳米铜的室温超塑性
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• 冷加工：指在低于再结晶温度下使金属产生塑性变 冷加工： 形的加工工艺。 形的加工工艺。 • 冷作硬化：在常温或再结晶温度以下的加工，能显 冷作硬化：在常温或再结晶温度以下的加工， 著提高强度和硬度，降低塑性和冲击韧性， 著提高强度和硬度，降低塑性和冲击韧性，称为冷 作硬化。 作硬化。
金刚石为滑石的4192倍 金刚石为滑石的4192倍 4192
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纯铜的化学性能
• 铜和它的一些合金有较好的耐腐蚀能力，室 铜和它的一些合金有较好的耐腐蚀能力 耐腐蚀能力， 外常温下铜在大气中的氧化速度很慢， 外常温下铜在大气中的氧化速度很慢，表面 生成一层黑色氧化性保护膜。温度高于130℃ 生成一层黑色氧化性保护膜。温度高于 ℃ 铜的氧化速度才开始增加。 后，铜的氧化速度才开始增加。高温下铜的 表面生成一层致密的红色氧化亚铜 红色氧化亚铜（ 表面生成一层致密的红色氧化亚铜（Cu2O） ） 铜在潮湿空气中久置后， 膜。铜在潮湿空气中久置后，铜表面会生成 一层铜绿 铜绿， 一层铜绿，[Cu (OH)2 · Cu CO3] 或[CuSO4· C u(OH)2] 。
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黄铜的分类
• 根据黄铜中所含合金元素种类的不同，黄铜分 根据黄铜中所含合金元素种类的不同， 普通黄铜和特殊（复杂）黄铜两种 两种。 为普通黄铜和特殊（复杂）黄铜两种。 • 普通黄铜是铜锌二元合金。如果是由二种以上 普通黄铜是铜锌二元合金。 的元素组成的多种合金就称为特殊黄铜。如由 的元素组成的多种合金就称为特殊黄铜。 特殊黄铜 硅组成的铜合金。 铅、锡、锰、镍、铅、铁、硅组成的铜合金。 • 在眼镜行业中，通常采用HPb59-1铅黄铜来制 在眼镜行业中，通常采用 铅黄铜来制 铅黄铜 造中低档眼镜铰链和配件。 造中低档眼镜铰链和配件。
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纯铜的物理性质
•元素符号 ，原子量 元素符号Cu，原子量63.5 元素符号 •铜具有良好的导电、导热性，仅次 铜具有良好的导电、导热性， 铜具有良好的导电 于银而居第二 •焰色反应呈绿色。 焰色反应呈绿色。 焰色反应呈绿色 •密度 密度8.92g/cm3 密度 •熔点 熔点1083℃ 熔点 ℃ •莫氏硬度：3 莫氏硬度： 莫氏硬度
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合金） （一）黄铜（Cu-Zn合金） 黄铜（ 合金
• 黄铜具有良好的工艺性能、机械性能、较高的 黄铜具有良好的工艺性能、机械性能、 导电和导热性，黄铜还具有价格便宜优点。 导电和导热性，黄铜还具有价格便宜优点。
• 黄铜随着含锌量的增加，其色泽由金红向黄、 黄铜随着含锌量的增加，其色泽由金红向黄、 金黄、白色逐渐变化，是有色金属中应用最广 金黄、白色逐渐变化， 的合金材料之一。 的合金材料之一。
金属在热轧时变形和再结晶的示意图
最低再结晶温度=0.4Tm
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纯铜中的杂质分类
大致可以分为三类： 大致可以分为三类： ①几乎不固溶于铜，并与铜形成熔点较高的脆性 几乎不固溶于铜 化合物的杂质，如硫和氧等（导致冷脆） ； 化合物的杂质，如硫和氧 导致冷脆） ②很少固溶于铜，并与铜形成易熔共晶的杂质， 很少固溶于铜 并与铜形成易熔共晶的杂质， 如铅和铋等（导致热脆）； 如铅和铋等（导致热脆）； ③固溶于铜的杂质及微量元素，如铁、铝、镍、 固溶于铜的杂质及微量元素，如铁、 铜的杂质及微量元素 锡、锌、银、镉、砷、锑、磷等。 磷等。
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2.1 铜及铜合金
轻工系 曹明
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1、铜元素
•金属铜是唯一的能大量天 金属铜是唯一的能大量天 然产出的金属， 然产出的金属，也存在于各 种矿石(例如黄铜矿 例如黄铜矿、 种矿石 例如黄铜矿、辉铜 斑铜矿、 矿、斑铜矿、赤铜矿和孔雀 石CuSO4 ·2H2O)中 。 中
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铸态黄铜的机械性能与含锌量及组织的关系
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普通黄铜机械性能
• 对于 黄铜，随着含锌量的增多，σb和δ均不断增高。 对于α黄铜，随着含锌量的增多， 均不断增高。 黄铜 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 对于（ ）黄铜，当含锌量增加到约为 之前， 之前 强度不断提高。若再进一步增加含锌量，则由于合金组 强度不断提高。若再进一步增加含锌量， 织中出现了脆性更大的γ 织中出现了脆性更大的γ相（以Cu5Zn8化合物为基的固 溶体），强度急剧降低。（ 塑性则 溶体），强度急剧降低。（α+β）黄铜的室温塑性则始终 ），强度急剧降低。（ ）黄铜的室温塑性 随含锌量的增加而降低。所以含锌量超过 随含锌量的增加而降低。所以含锌量超过45%的铜锌合 的铜锌合 金无实用价值。 金无实用价值。
孔雀石
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黄铜矿CuFeS2 黄铜矿CuFeS
蓝铜矿Cu 蓝铜矿Cu3(CO3)2(OH)2
赤铜矿Cu 赤铜矿Cu2O
辉铜矿Cu 辉铜矿Cu2S
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铜的用途
• 每生产 万发子弹，需用铜13--14吨 （炮铜） 每生产100万发子弹，需用铜 万发子弹 吨 炮铜） • 电力输送中需要大量消耗高导电性的铜 • 1996年建成的香港天坛大佛，使用锡、锌、铅青铜铸造拼接而成， 年建成的香港天坛大佛，使用锡、 年建成的香港天坛大佛 青铜铸造拼接而成， 铸造拼接而成 年建成的浙江普陀山南海观音大佛， 高26米，重206吨。1997年建成的浙江普陀山南海观音大佛，高20 米 吨 年建成的浙江普陀山南海观音大佛 米，重 70吨 吨 • 在铜币的应用中，除了变化尺寸以外， 在铜币的应用中，除了变化尺寸以外， 可以很方便地采用不同合金成分、 可以很方便地采用不同合金成分、改 变合金色彩来制造和区分不同面值的 货币。常用的有含 ％镍的“银币 银币”， 货币。常用的有含25％镍的 银币 ， 含 20％锌和 ％锡的黄铜币以及含少 ％锌和1％ 量锡（ ）和锌（ 量锡（3%）和锌（l.5%）的“铜”币 ） 铜 币
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纯铜加工性能
• 具有高的塑性，可冷、热压力加工，可制成管、 具有高的塑性， 热压力加工，可制成管、 棒、线、条、带、板、箔等铜材 。
• 经冷加工变形后强度增至 经冷加工变形后强度增至392MPa~490MPa，塑性显著 ， 降低，伸长率可降至6%，硬度 为1100~1300MPa 。 降低，伸长率可降至 ，硬度HB为
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• 固溶体：所谓固溶体是指溶质原子溶入金属溶剂的晶 固溶体： 格中所组成的合金相
• 固溶强化：当溶质元素含量很少时，固溶体性能与溶 固溶强化：当溶质元素含量很少时， 剂金属性能基本相同。但随溶质元素含量的增多， 剂金属性能基本相同。但随溶质元素含量的增多，会 使金属的强度和硬度升高，而塑性和韧性有所下降， 使金属的强度和硬度升高，而塑性和韧性有所下降， 这种现象称为固溶强化。 这种现象称为固溶强化。
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• 退火：将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时 退火：将金属缓慢加热到一定温度， 间，然后以适宜速度冷却(通常是缓慢冷却，有时 然后以适宜速度冷却(通常是缓慢冷却， 是控制冷却)的一种金属热处理工艺。 是控制冷却)的一种金属热处理工艺。 • 目的：是使经过铸造、锻轧、焊接或切削加工的 目的：是使经过铸造、锻轧、 材料或工件软化，改善塑性和韧性， 材料或工件软化，改善塑性和韧性，使化学成分 均匀化，去除残余应力，或得到预期的物理性能。 均匀化，去除残余应力，或得到预期的物理性能。 • 纯铜的冷作硬化可通过 纯铜的冷作硬化可通过550~660℃退火消除。 ℃退火消除。