金属材料铜及铜合金
《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。
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
作业：P219 8、13
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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
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
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
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％
铜及铜合金特性用途
铜及铜合金特性用途铜是一种常见的金属，具有许多特点和特性，适用于各种用途。
以下是铜及铜合金的特性和用途的详细介绍：1. 导电性：铜是最常用的导电材料之一，具有良好的电导率。
由于其电导性能，铜被广泛用于电线、电缆、电子器件和电路板等领域。
2. 导热性：铜具有优异的导热性能，是热交换器、冷却器、暖气片等热传导设备的常见材料。
由于其导热性，铜也常用于制造厨房用具，如炉灶、锅具等。
3. 耐腐蚀性：铜具有良好的耐腐蚀性，对湿度较高、酸性和碱性环境均有很好的抵抗能力。
因此，铜常被用于制造管道、管件和海洋设备等需要防腐蚀的应用。
4. 高强度：通过合金化可以增加铜的强度。
铜合金在应用中被广泛使用，以满足不同应用对材料强度和耐久性的要求。
例如，锌与铜合金化制备的黄铜硬度较高，常用于制造装饰品、管道配件等。
5. 可塑性：铜是一种具有良好可塑性的金属，可以通过冷加工和热加工进行成型。
铜常被用于制造各种形状的零件和组件，如管材、线材、板材等。
6. 抗疲劳性：铜具有较好的抗疲劳性，可以承受较高的循环应力。
这使得铜在制造运输设备、汽车零部件等高负载应用中具有竞争力。
7. 生物相容性：铜对人体无毒且生物相容性好，因此被广泛用于制造医疗器械、人工心脏瓣膜和手术器械等。
铜的特性和特性使其适用于许多领域和行业。
以下是铜及铜合金在各个领域的主要用途：1. 电子行业：铜是电子设备最常用的导电材料之一。
它被广泛用于制造电线、电缆、电致冷设备和电路板等。
2. 建筑和建筑业：铜的耐腐蚀性和可塑性使其成为建筑和建筑业中常见的金属。
它被用于制造管道、管件、屋顶材料、门窗等。
3. 制造业：铜及铜合金在制造业中有广泛的应用，如汽车制造、航空航天、船舶制造、机械设备等。
铜合金可用于制造齿轮、轴承、气缸和阀门等零件和组件。
4. 医疗设备：铜对人体无毒，因此在医疗设备制造中得到广泛应用。
它被用于制造医疗器械、植入物、手术器械和人工心脏瓣膜等。
5. 冶金和化工工业：铜及铜合金被广泛用于冶金和化工工业中的各种应用，如制造金属配件、阀门、泵等。
铜及铜合金国家标准
铜及铜合金国家标准铜及铜合金是一类重要的金属材料，广泛应用于工业生产和日常生活中。
为了规范铜及铜合金的生产、加工和应用，我国制定了一系列的国家标准，以确保其质量和安全性。
本文将对铜及铜合金国家标准进行介绍和解读，以便相关行业和个人了解和遵守相关标准。
首先，铜及铜合金国家标准主要包括了材料的分类和命名、化学成分、机械性能、技术要求、检验方法、标志、包装、运输和贮存等内容。
其中，化学成分和机械性能是评定铜及铜合金质量的重要指标，也是生产和加工过程中需要严格控制的关键点。
通过国家标准规定的检验方法，可以有效地对铜及铜合金的质量进行检测和评定，确保其符合相关标准要求。
其次，铜及铜合金国家标准的制定是基于国家和行业的实际需求和技术水平，经过了广泛的调研和讨论，充分考虑了材料的特性和应用环境的要求。
因此，这些标准具有权威性和可操作性，是行业内生产、加工和质量管理的重要依据。
遵守国家标准不仅有助于提高产品质量，还能够提升企业的竞争力，保障消费者的权益，促进行业的健康发展。
另外，铜及铜合金国家标准的执行需要相关企业和个人的共同努力。
企业应加强对国家标准的宣传和培训，建立健全的质量管理体系，严格执行标准要求，确保产品质量和安全性。
同时，个人在购买和使用铜及铜合金制品时，也应选择符合国家标准的产品，增强自我保护意识，避免购买和使用不合格产品，造成损失和安全隐患。
总之，铜及铜合金国家标准的制定和执行对于保障产品质量和安全，促进行业发展，维护消费者权益具有重要意义。
各方应共同遵守和执行相关标准，推动铜及铜合金行业朝着规范化、专业化和可持续发展的方向前进。
只有在严格遵守国家标准的基础上，铜及铜合金制品才能更好地满足社会和市场的需求，为经济社会发展做出更大的贡献。
铜跟铜合金
铜跟铜合金铜是一种常见的金属元素，具有优良的导电性和导热性。
它在工业、建筑、电子、航空航天等领域都有广泛的应用。
而铜合金是由铜与其他金属或非金属元素混合而成的材料，通过调整合金成分可以改变其性能和用途。
本文将从铜的特性、铜合金的应用以及一些常见的铜合金种类等方面进行介绍。
铜具有良好的导电性，是常见的电子元器件和电线电缆的重要材料。
相比于其他金属，铜的电阻率较低，因此能够有效地减少电流的损耗。
铜的导热性也很好，因此在制造散热器、锅具等方面有着广泛的应用。
此外，铜还具有良好的加工性和可塑性，可以通过冷加工、热加工、锻造等工艺进行成型，制作出各种复杂的零件和结构。
铜合金是由铜与其他金属或非金属元素按一定比例混合而成的材料，通过改变合金中的元素含量和比例，可以调节合金的性能和用途。
例如，将铝与铜混合可以得到铝青铜，这种合金具有高强度、耐腐蚀性和良好的耐磨性，常用于制造轴承和齿轮等零部件。
将锌与铜混合可以得到黄铜，这种合金具有良好的可塑性和耐腐蚀性，广泛应用于建筑、制造业和装饰等领域。
此外，还有锡青铜、镍银合金等各种铜合金，它们在机械制造、航空航天、汽车制造等领域都有着重要的应用。
铜合金不仅具有铜的优良特性，还通过合金化的方式增加了一些其他元素的特性。
例如，铝青铜中的铝元素可以提高合金的强度和耐磨性，使其适用于高强度和耐磨损的工作环境。
锡青铜中的锡元素可以提高合金的耐腐蚀性，使其适用于海水和化学环境中。
镍银合金中的镍元素可以提高合金的耐腐蚀性和抗氧化性，使其适用于高温和腐蚀环境中。
除了上述提到的铜合金，还有很多其他类型的铜合金，如铬铜合金、锰铜合金、钛铜合金等。
它们都具有各自特定的性能和用途。
铬铜合金具有良好的强度和耐腐蚀性，常用于制造模具和机械零件。
锰铜合金具有高强度和良好的耐磨性，适用于制造高速运动部件。
钛铜合金具有良好的耐腐蚀性和高温性能，常用于制造海水中工作的零部件和航空发动机。
铜及其合金是一类重要的金属材料，具有优良的导电性、导热性和加工性能。
铜及铜合金
精选课件
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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：
中温脆性是低熔点金属Pb、Bi与Cu生成低熔点共晶、分布在 晶界上造成，因在中温区它以液体状态存在于晶界，造成热脆， 而在较高温度时，由于Pb、Bi在Cu中的固溶度增大，微量Pb、Bi 又固溶于铜的晶粒内，不造成危害，从而使塑性又升高。
精选课件
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4.2 纯铜
杂质及微量元素对铜压力加工性能的影响
纯铜中的杂质分为三类：
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、余为铜的锡磷精青选课铜件 。QA15为5％A1、余为铜1的4 铝
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。
精选课件
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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。
金属材料学第10章 铜合金
黄铜力学性能与Zn量有关，含锌量超过45%的铜锌 合金无实用价值
图10.4
图 10.5 图 9.5微量元素对28％Zn黄铜中温脆性的影
响。1－28％Zn，2－0.15％Ce，3－0.05 ％Ce
黄铜有良好的铸造性能，即流动性高，偏析 倾向小，适用于铸造复杂和精致的铸造制品。 H96、H90等：有金色黄铜之称。导热性、 抗蚀性好。用于冷凝器、散热器和工艺品等
图10.2单相黄铜的显微组织
图10.3双相黄铜的显微组织
(a)铸态(b)经过形变与再结晶退火后
不同电流强度下合金铸锭的宏观组织 （a）I=0A （b）I=100A
图9 不同电流强度下合金铸锭的微观组织 （a）I=0A横截面上部（b）I=0A横截面中部（c）I=0A横截面下部 （g）I=100A横截面上部（h）I=100A横截面中部（i）I=100A横截面下部
Cu-Cr-Zr棒坯
(a)
20mm
未施加电磁场时铸坯的表面和凝固组织
20mm
施加电磁场后铸坯的表面和凝固组织
一、纯 铜
密度8.94, 熔点1083℃, 无晶形转变 导电、导热性好，仅次于银 化学稳定性好，耐蚀 成形加工性优良，可焊，无磁
热脆：Bi / Pb在晶界处形成低熔点组织； 冷脆：S / O → Cu2O、CuS，硬脆
布在晶界；HPb59-1是双相（α+β）铅黄铜。
因为HPb59-1切削性特别好，称为易切黄铜， 有足够高的强度、耐磨性和耐蚀性。广泛用作 钟表机芯的基础部件和汽车、拖拉机等机械零 件如衬套、螺钉、电器插座等。
10.2青铜bronze
10.2.1青铜的牌号及表示方法
青铜制品
除黄铜和白铜外的其他铜合
铝 作 用
铜及铜合金的特点
铜及铜合金的特点铜是一种重要的金属材料，常被用作导电材料、制造合金、装饰品等。
铜的特性使之成为很好的材料选项，以下是铜及铜合金的特点。
1. 良好的导电性铜是一种良好的导体，是使用最广泛的导电材料之一。
它的导电性比很多其他金属都要好，这使之成为制造电线、电缆、电子元件等的理想选择。
因此，铜是许多电器和电子设备内部重要部件的构造材料。
2. 良好的导热性除了优秀的导电性，铜还具有良好的导热性，这使之成为制造散热器和其他工业的散热设备优选的材料。
铜的热导率比许多其他金属都要高。
3. 良好的耐腐蚀性铜具有良好的耐腐蚀性，适用于用于制造海水、饮用水和其他化学材料的管道。
铜在许多情况下可以大幅度减少金属腐蚀风险。
铜的材料强度非常高，这使铜成为一种成形容易的材料。
4. 高度的可塑性和可加工性铜是一种可加工性非常高的材料。
它可以制成各种形状、大小和形式的零件。
铜也可以通过铸造、锻造和挤压等加工方法轻松地制成不同的形式。
因此，铜被广泛用于制造各种机械设备、工具、装饰品等。
5. 可锻性和可塑性铜的可塑性是非常高的，可以通过冷加工和热加工进行改变。
冷加工和热加工时，铜的硬度、韧性和延展性会发生变化。
因此，铜更容易适应不同的机械加工需求，使之成为制造各种产品的极好选择。
6. 高度的抗菌性能铜的性质使之具备抗菌性元素。
这可以减少因细菌和病毒等微生物造成的感染。
铜制造的器具和装饰品也被广泛用于医学和卫生领域，以减少疾病感染的风险。
7. 好的美观性铜和铜合金具有出色的光泽和色彩，是装饰物件和工艺品的好材料。
铜可以用于制作各种吊灯、台灯、装饰雕像和器皿等，因其好看而越来越受欢迎。
结论铜及其合金具有很多独特的特点，因此成为制造各种产品的理想选择之一。
它的优秀性能使得铜在许多领域内被广泛应用，包括电子电气、工业化学等。
铜的各种特点使之成为制造出有效、耐久和高质量产品的高效制造解决方案。
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。
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。
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%（三个9）工业纯Cu 的纯度约为～%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体缺陷的影响较大现在先综合看看工业纯Cu 的性能——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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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。
6
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。 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。
第九章 铜及铜合金
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
7
磁性
为逆磁性物质，磁化率为-0.085×10-6，常用来制造不受磁场 干扰的磁学仪器，如罗盘、航空仪器 铁磁性杂质(Fe、Co、Ni)在铜中呈不溶状态时，即显铁磁性
用T1或T2铜来作磁性仪表的结构材料。Fe是危害最大的杂质， 应严格限制在0.01％以下
8
铜的机械性能
软态铜：σb=200～240MPa， 35～45HB，δ≈50％，ψ达75％ 硬态铜：σb≥350～400MPa， 110～130 HB，延伸率δ=6％ 铜为面心立方晶格，易变形，退火态铜不经中间退火可压缩85～95 ％而不产生裂纹。 纯铜在500～600℃呈现“中温脆性” ，热加工需在高于脆性区温度 下进行。
14
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％。
15
铋：
熔点为271℃，不溶于Cu中，在270℃与Cu生成低熔点共晶(Cu+Bi)
1
2
纯铜 工业纯铜的牌号
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。
16
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”，即氢或还原性气 氛渗入铜中与CuO的氧化合而形成水蒸气或CO2
9
杂质及微量元素对铜加工性能的影响
纯铜中的杂质分为三类： ⑴ ⑵ 固溶于铜的杂质及微量元素； 很少固溶于铜，并与铜形成易熔共晶的杂质及微量元素；
⑶
几乎不固溶于铜，并与铜形成熔点较高的脆性化合物的杂 质及微量元素。
10
杂质元素对铜塑性的影响，取决于铜与元素的相互作用 当杂质元素固溶于铜时，影响不大 若杂质元素与铜形成低熔点共晶时，则会产生“热脆” 若杂质元素与铜形成脆性化合物分布于晶界时，则产生“冷脆”
A1203弥散强化可提高铜的强度而又不使其导电率明显下降。
5
耐蚀性
铜的标准电极电位为+0.345V，比氢高，在水溶液中不能置换氢， 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。
11
磷
固溶于铜的杂质磷熔点44℃，700℃时磷在铜中的溶解度为1.75％， 而200℃时则只溶解0.4％，温度下降磷在铜中的溶解度也下降 磷显著降低铜的导电、导热性，但对铜的机械性能特别是对焊接性能 有益 磷常作为铜的脱氧剂使用，并提高铜液的流动性 过量的磷会生成Cu3P脆性化合物，造成“冷脆”，所以过量的磷有害
12
砷：
熔点613℃，在固态铜中可溶解7.5％
少量As对机械性能没明显影响，但显著降低铜的导电、导热性
砷可提高铜的再结晶温度，提高铜的耐热性 砷显著提高铜的耐蚀性，作冷凝管用的铜管中均加入少量的砷
可改善含氧铜的加工性能。
13
锑：
熔点630℃，共晶温度（645℃）下锑在铜中的固溶度11％ 随温度降低，锑在铜中的溶解度急剧降低，并形成脆性Cu3Sb，分 布在晶界上而造成“冷脆” 锑同时造成铜的导电性和导热性的严重降低，导电用铜的含锑量不 允许超过0.002％。
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。
3
纯铜的性能 导电导热性
高的导电、导热性，仅次于银而居第二位。
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。
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％。 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。
4
所有杂质和加入元素，不同程度降低铜的导电、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，与其它强化方法(如固溶强化)相 比冷加工后导电性的降低要小得多