铜及铜合金的分类
铜及铜合金的分类讲解
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。
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。
铜合金分类
铜合金分类
铜合金根据其成分和性质可分为以下几类:
1. 黄铜:主要由铜和锌组成,具有良好的可锻性、可塑性和耐腐蚀性。
常见的黄铜有黄铜(铜70%,锌30%)、黄铜(铜85%,锌15%)等。
2. 红铜:主要由铜和少量的其他元素(如铁、铅、锡、锑等)组成,具有良好的导电性和导热性,常用于制造电线、电缆、管道等。
3. 青铜:主要由铜和锡组成,具有较高的强度、硬度和耐磨性,常用于制造机械零部件、工具等。
4. 白铜:主要由铜和镍组成,具有良好的耐腐蚀性和导电性,常用于制造化学设备、海水处理设备等。
5. 铝青铜:主要由铜和铝组成,具有较高的强度和抗腐蚀性,常用于制造海水处理设备、船舶零部件等。
6. 磷青铜:主要由铜、锡和磷组成,具有良好的耐蚀性和抗磨性,常用于制造轴承、齿轮等。
7. 硅青铜:主要由铜和铝、硅组成,具有良好的耐腐蚀性和导热性,常用于制造发动机零部件、汽车零件等。
以上是一些常见铜合金的分类,实际上铜合金种类很多,具体的分类还有很多细分。
铜
铜及铜合金性能特点(1) 优异的物理、化学性能:纯铜导电性、导热性极佳,铜合金的导电、导热性也很好。
铜及铜合金对大气和水的抗蚀能力很高。
铜是抗磁性物质。
(2) 良好的加工性能:塑性很好,容易冷、热成形;铸造铜合金有很好的铸造性能。
(3) 某些特殊机械性能:例如优良的减摩性和耐磨性(如青铜及部分黄铜),高的弹性极限和疲劳极限(如铍青铜等)。
(4) 色泽美观一.纯铜(紫铜)纯铜呈紫红色,常称紫铜,工业纯铜分为四种:T1、T2、T3、T4。
编号越大,纯度越低。
用途用于制作电导体及配制合金。
纯铜的强度低, 不宜作结构材料。
纯铜管二. 铜合金(一)黄铜以锌为主要合金元素的铜合金称为黄铜。
按照化学成分,黄铜分普通黄铜和复杂黄铜两种。
(1) 普通黄铜普通黄铜牌号普通黄铜是铜锌二元合金,其退火组织可以是单相α或双相α+ β’, 并分别称为α黄铜(单相黄铜)和双相黄铜。
Cu-Zn合金相图(a) 单相黄铜(b) 双相黄铜铜锌合金的显微组织单相黄铜H80、H70、H68塑性很好,适于制作冷轧板材、冷拉线材、管材及形状复杂的深冲零件。
双相黄铜H62、H59 可进行热变形,通常热轧成棒材、板材。
可铸造。
(2) 复杂黄铜复杂黄铜牌号①铅黄铜HPb63-3铅改善切削加工性能,提高耐磨性,对强度影响不大,略微降低塑性。
用于要求良好切削性能及耐磨性能的零件(如钟表零件等),铸造铅黄铜可制作轴瓦和衬套。
②锡黄铜 HSn62-1锡显著提高黄铜在海洋大气和海水中的抗蚀性,并使强度有所提高。
压力加工锡黄铜广泛用于制造海船零件。
③铝黄铜HAl60-1-1 铝提高黄铜的强度和硬度(但使塑性降低),改善在大气中的抗蚀性。
制作海船零件及其它机器的耐蚀零件。
铝黄铜中加入适量的镍、锰、铁后,还可得到高强度、高耐蚀性的复杂黄铜,制造大型蜗杆、海船螺旋浆等重要零件。
④硅黄铜HSi65-1.5-3硅显著提高黄铜的机械性能、耐磨性和耐蚀性。
硅黄铜具有良好的铸造性能,并能进行焊接和切削加工,主要用于制造船舶及化工机械零件。
铜和铜合金的分类、代号和用途
铸造黄铜
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
ZH
铸造锡青铜
ZQSn
铸造铅青铜
ZQPb
轴承衬套、浮动轴承,耐磨耐酸件
铸造铝青铜
ZQAl
力学性能高、耐磨、耐蚀、耐寒 、耐热、无磁、打击无火花、熔 简单大型铸件,如衬套、齿轮、轴承、轴 套、轮缘 融态流动性好、不易偏析,组织 易粗大变脆、钎焊困难 塑性好、易加工和焊接,在大气 冷凝管、散热片、蛇形管、波纹管日用五 、淡水、海水中耐蚀 金、弹簧、紧固件、钟表零件 弹性、耐磨性、耐蚀性、焊接性 弹性元件,飞机、汽车、拖拉机衬套、轴 、抗磁性、切削加工性能好、撞 承等耐磨件,仪表耐磨抗磁元件 击不发生火花 强度高,耐磨性、弹性、耐蚀性 弹性元件、管配件、轴承、齿轮、衬套、 均好、可电焊和气焊、不易钎焊 阀座 淬火、调质后有高强度、硬度、 弹性、耐磨性和疲劳强度,导电 重要弹性元件、耐磨、高速高压下的轴承 、衬套、精密仪表元件 性好、耐热、耐寒、耐蚀、无磁 、撞击无火花,易焊接和钎焊 高强度、硬度、弹性、耐磨、耐 电器开关、继电器弹性件、齿轮和轴承, 热、耐蚀、抗疲劳、无磁、撞击 精密仪器仪表弹性元件,如振动片、膜片 无火花 、行程开关弹片 力学性能好,耐蚀、耐寒、弹性 船用耐蚀件、高温高压下工作的管路,工 好,焊接性差 业器皿、医疗器械、弹簧
变形黄铜
H
变形锡青铜
QSn
变形铝青铜
Qal
铍青铜
QBe
钛青铜
Qti
白铜
B
合金的分类、代号和用途
用途
电线、电缆、导电螺钉、电器开关、雷管 、化工用品、管道、油管、铆钉、热交换 器、蒸发器、感应器等 管道件、衬套、轴承、阀门、海水淡水中 工作的零件,300度以下在蒸气中工作的 零件 压力管道配件、轴瓦衬套、涨圈、阀、齿 轮、蜗轮泵体等耐磨、耐蚀件
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。
铜及铜合金的焊接
铜237可用于焊接铝青铜,用这种焊条焊材的焊缝中合金元素含量高,可以说是强度、耐磨性及耐腐蚀性最高的一种铜焊条。其焊条的通用性也比较大,主要用于铜合金制的各种化工机械、海水散热器、阀门的焊接,水泵、气缸堆焊及船舶螺旋桨的修补上。
青铜具有较高的机械性能、耐磨性、铸造性能和耐腐蚀性能。常用来制造各种耐磨、耐蚀的零件,如轴套、轴瓦、阀体、泵壳、涡轮等.
青铜可分为压力加工用的青铜和铸造用的青铜,在工业上应用较多的是铸造青铜.
青铜常以字母Q编号,字母后标以主要合金元素的化学符号及平均含量,并在最后还标出其他合金元素的平均含量,余量为铜.例如QSn3-7-5—1,表示含锡3%、锌7%、铅5%镍1%的锡锌铅镍青铜.
二、铜及铜合金的焊接性
1。紫铜的导热率高。常温下紫铜的导热系数比碳钢约大8倍,要把紫铜焊件局部加热到熔化温度比较困难,因此在焊接时要采用能量集中的热源.
2.铜及铜合金焊接时常会出现裂缝。裂缝的位置在焊缝、熔合线及热影响区。裂缝呈晶间破坏,从断面上可看到明显的氧化色。
焊接结晶过程中,微量氧与铜形成Cu2O,并与α铜组成低熔点共晶(α+Cu2O),其熔点为1064℃。铅不溶于固态铜,铅与铜生成熔点约326℃的低熔点共晶体.高温下的铜及铜合金接头在焊接内应力的作用下,在焊接接头的脆弱部位形成裂纹。另外,焊缝中的氢也可 Nhomakorabea致裂纹。
HS202
流动性较一般紫铜好,适用于氧乙炔气焊、亚弧焊紫铜.
HS221
流动性能和机械性能均较好,适用于氧-乙炔气焊黄铜和钎焊铜、铜镍合金、灰铸铁和钢,也用于镶嵌硬质合金刀具。
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。
铜及铜合金分类及产物牌号表示方法
精心整理一、纯铜纯铜是玫瑰红色金属,表面形成氧化铜膜后呈紫色,故工业纯铜常称紫铜或电解铜。
密度为8-9g/cm3,熔点1083°C。
纯铜导电性很好,大量用于制造电线、电缆、电刷等;导热性好,常用来制造须防磁性干扰的磁学仪器、仪表,如罗盘、航空仪表等;塑性极好,易于热压和冷压力加工,可制成管、棒、线、条、带、板、箔等铜材。
纯铜产品有冶炼品及加工品两种。
分别见表6和表7。
表6冶炼铜的牌号、成分及用途表7二、铜合金(1)黄铜黄铜是铜与锌的合金。
最简单的黄铜是铜——锌二元合金,称为简单黄铜或普通黄铜。
改变黄铜中工业中黄表8(2)青铜素,无焊表9常用加工青铜的化学成分三、铜材以纯铜或铜合金制成各种形状包括棒、线、板、带、条、管、箔等统称铜材。
铜材的加工有轧制、表12铜线材的种类、规格表13表14注:厚度进级分档(毫米)0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.10、0.12、0.15、0.18、0.20、0.22、0.25、0.30、0.40、0.45、0.50、0.55、0.60、0.65、0.70、0.75、0.80、0.90、0.95、1.00、1.10、1.20、1.30、1.40、1.50表15铜管材的种类、规格常见的废铜种类???废料名称?ISRI废料手册要?求?废料代号?1号铜线?No.1?Copper?Wire?1级:包括裸露、无涂层、无合金的纯铜线,表面无氧化,不含毛丝,铜线直径不小于1.6mm。
2级:包括洁净、无色泽、无涂层、无锡、无合金的纯铜线和铜电缆线,不含毛丝和烧过的易碎的铜线。
?BarleyBerry?2号铜线?No.2?Copper?Wire?无合金的废铜线,含有杂料,含铜量为96%(最小含量94%)。
不得含有过分铅化和锡化的铜线、焊接过的铜线、黄铜和青铜线、过多的油、废钢铁和非金属、脆的过烧线、绝缘性铜线和过多的细丝线。
需用适当方式清除尘垢。
?Birch?废漆包线?——?1级:纯漆包线,无杂质。
铜及其合金的分类和性能
铜及其合金的分类和性能铜及铜合金具有优良的导电性能、导热性能、抗腐蚀性能和良好的成形性能,在电气、化工、机械、动力、交通等工业部门得到广泛的应用。
铜及铜合金类按其化学成分和颜色的不同可分为紫铜、黄铜、青铜和白铜。
按其制造方法不同可把铜及其合金分为变形铜及其合金;铸造铜及其合金。
(一)紫铜紫铜系工业钝铜,紫铜外观呈紫红色。
紫铜具有极好的导电性(仅次于银)、导热性和良好的塑性,具有良好的耐腐蚀性,还具有良好的低温性能,紫铜广泛用来制造电缆、散热器、冷凝器以及热交换器等,但由于紫铜的力学性能不高,故在机械、结构零件中使用的铜都是铜合金。
紫铜具有面心立方晶格,无同素异构转变,因此,紫铜具有优良的加工成形性。
紫铜的牌号用字母“T”加序号表示,无氧铜用"TU”加序号表示,用磷(P)脱氧的无氧铜"TUP”可用于制造重要的焊接结构。
紫铜的牌号、化学成分及用途详见表5—16。
(二)黄铜黄铜是以锌为主要合金元素的铜合金,它的颜色随含锌量的增加由黄红色变成淡黄色。
铜、锌合金称为普通黄铜,在铜锌合金的基础上加入其它合金元素(如硅、铝、铅、锡、锰等)的黄铜称为特殊黄铜。
黄铜的导电性能比紫铜差,但强度、硬度和耐腐蚀性能均比紫铜高,又能承受热加工和冷加工,广泛用来制造各种结构零件,如散热器、冷凝器管道、船舶、汽车和拖拉机零件、齿轮、垫圈、弹簧、螺纹零件等。
黄铜的牌号用字母“H”加铜含量百分数表示,特殊黄铜用“H”加主添元素化学符号再加铜含量和添加元素含量表示,余量为锌,铸造用黄铜在“H”前加字母“z”表示。
黄铜根据性能和用途不同,可分为压力加工黄铜和铸造黄铜两类。
黄铜的牌号、化学成分详见表5—17。
(三)青铜青铜最早是指铜锡合金,颜色呈青灰色。
现在青铜是指铜锡合金、铜铝合金、铜硅合金、铜铍合金等的通称。
通常分别称为锡青铜、铝青铜、硅青铜、铍青铜等。
青铜具有很高的耐腐蚀性、良好的机械性能、铸造性能和耐磨性能,用于制造各种耐磨零件和与酸、碱、蒸汽等腐蚀介质接触的零件。
浅谈铜及铜合金的分类及应用
浅谈铜及铜合金的分类及应用作者:张鹏来源:《科学与财富》2017年第24期摘要:铜及铜合金在机械、能源、交通以及工业设备中应用非常广泛,因此研究铜及铜合金的分类和应用很有必要,有利于更有效的应用铜及铜合金。
关键词:黄铜、青铜、白铜、应用一、铜合金的分类铜合金是以纯铜为基体加入一种或几种其他元素所构成的合金。
纯铜呈紫红色,又称紫铜。
纯铜密度为8.96g/cm3,熔点为1083℃,具有优良的导电性、导热性、延展性和耐蚀性。
主要用于制作发电机、母线、电缆、开关装置、变压器等电工器材和热交换器、管道、太阳能加热装置的平板集热器等导热器材。
常用的铜合金分为黄铜、青铜、白铜3大类。
黄铜以锌作主要添加元素的铜合金,具有美观的黄色,统称黄铜。
铜锌二元合金称普通黄铜或称简单黄铜。
三元以上的黄铜称特殊黄铜或称复杂黄铜。
含锌低于36%的黄铜合金由固溶体组成,具有良好的冷加工性能,如含锌30%的黄铜常用来制作弹壳,俗称弹壳黄铜或七三黄铜。
为了改善普通黄铜的性能,常添加其他元素,如铝、镍、锰、锡、硅、铅等。
铝能提高黄铜的强度﹑硬度和耐蚀性,但使塑性降低,适合作海轮冷凝管及其他耐蚀零件。
锡能提高黄铜的强度和对海水的耐腐性,故称海军黄铜,用作船舶热工设备和螺旋桨等。
铅能改善黄铜的切削性能,这种易切削黄铜常用作钟表零件。
黄铜铸件常用来制作阀门和管道配件等。
青铜原指铜锡合金,后除黄铜﹑白铜以外的铜合金均称青铜,并常在青铜名字前冠以第一主要添加元素的名。
锡青铜的铸造性能﹑减摩性能好和机械性能好,适合于制造轴承﹑蜗轮﹑齿轮等。
铅青铜是现代发动机和磨床广泛使用的轴承材料。
铝青铜强度高,耐磨性和耐蚀性好,用于铸造高载荷的齿轮﹑轴套﹑船用螺旋桨等。
铍青铜和磷青铜的弹性极限高,导电性好,适于制造精密弹簧和电接触元件,铍青铜还用来制造煤矿﹑油库等使用的无火花工具。
白铜以镍为主要添加元素的铜合金。
铜镍二元合金称普通白铜,加有锰、铁、锌、铝等元素的白铜合金称复杂白铜。
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。
铜的分类及其特点
铜的分类及其特点
铜的分类及其特点
1、按晶粒结构分类
铜可按其晶粒结构分为纯铜、宝铜和合金铜。
(1)纯铜
纯铜是指纯粹含有99.9%或以上的铜元素组成的金属,它的晶粒结构形成了一种非常精细的类网状条枝状结构。
由于结构稳定,它具有良好的机械性能和耐腐蚀性,是金属材料的得力之选。
(2)宝铜
宝铜指的是含有99.5%-99.9%的铜元素组成的金属,它的晶粒结构比纯铜稍微粗糙,一般用于制造微型电子元件。
(3)合金铜
合金铜指的是含有50%以上金属元素和其他金属元素(如镍、铁等)的合金,它的晶粒结构会更加粗糙,用于制造工业零件的材料,具有较强的强度和延展性。
2、按冶炼方法分类
从冶炼方法上来看,铜可分为铜合金和熔炼铜。
(1)铜合金
铜合金是指将铜和其他金属元素(如锌、铁)混合后熔炼製造的金属合金。
铜合金具有良好的冶炼性能,密度较低,可以用于制造更细小的零件。
(2)熔炼铜
熔炼铜指的是将纯铜和合金铜熔炼成的新的金属材料,它的晶粒材料会变得更加细小,可以用于制造更细小的零件。
3、铜的特点
铜具有良好的电导性、热导性和导电性。
其机械性能良好,可以承受较大的压力,保持材料的稳定性。
铜具有良好的抗腐蚀性,即使暴露在空气中也不会发生腐蚀。
可以在高温和低温环境下使用铜,热膨胀系数低,所以在高温条件下也不会发生弹性变形现象。
铜与铜合金力学性能及强韧化机制
06
研究展望与发展趋势
新材料设计与开发
高强度高导电铜合金
利用新材料设计技术,开发高强度、高导电性的铜合金,以满足能源、电子等领域对高性能材料的需求。
纳米结构铜合金
通过控制合金的纳米结构,提高铜合金的力学性能和功能性能,如开发具有高强度、高韧性的纳米结构铜基复合材料 。
生物相容性铜合金
针对医疗领域的需求,开发具有生物相容性、耐腐蚀性的铜合金,用于制造医疗器械和植入物。
热处理可以通过调整铜合金的相组成和微观 结构,进一步提高其力学性能。例如,通过 固溶处理和时效处理,可以析出强化相,提
高铜合金的强度和硬度。
复合强化机制
通过同时采用多种强化机制,可以进一步提高铜合金 的力学性能。例如,通过同时添加合金元素、控制加 工和热处理过程以及采用复合材料结构,可以获得具 有优异力学性能的铜合金。
延伸率
同时,铜与铜合金也具有良好的塑性,延伸率一 般在30%-60%之间。
3
弹性模量
此外,铜与铜合金的弹性模量较低,具有较好的 弹性性能。
硬度测试
硬度值
通过硬度测试,可以得出铜与铜合金的硬度值,一般在 80-220 HV之间。
硬度均匀性
铜与铜合金的硬度分布较为均匀,这有利于提高其力学 性能。
疲劳测试
先进表征技术应用
原位表征技术
利用原位表征技术,在实时监测下研究铜合 金在力学、电学和化学环境中的性能表现, 以揭示其内在机制。
分子动力学模拟
运用分子动力学模拟方法,从原子尺度模拟和预测 铜合金的性能,为材料设计提供理论指导。
人工智能与数据科学
应用人工智能和数据科学方法,对实验数据 进行深度挖掘和分析,揭示铜合金性能与微 来自结构之间的关联。感谢观看
《材料与社会》青铜兵器千古之谜——铜及铜合金
2.3 青铜兵器千古之谜——铜及铜合金1. 工业纯铜的一般特性纯铜是玫瑰红色金属,表面形成氧化铜膜后呈紫色,故工业纯铜常称紫铜或电解铜。
密度为8~9g/cm3,熔点1083℃。
纯铜导电性很好;导热性好;塑性极好。
纯铜产品有冶炼品及加工品两种。
主要用于制作电导体及配制合金。
工业纯铜分为4种:T1、T2、T3、T4。
编号越大,纯度越低。
纯铜的强度低,不宜用作结构材料。
2. 铜合金的分类铜合金: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。
铜中加入合金元素后,可提高合金的强度,并保持良好的加工性能。
铜合金按其主要组成和性能,可以分为三类,即黄铜、青铜和白铜。
黄铜——Cu+Zn的合金。
铜锌二元合金也称“普通黄铜”。
良好的加工性能,优良的铸造性能,耐腐蚀性能也好。
改变黄铜中锌的含量可以得到不同机械性能的黄铜。
黄铜中锌的含量越高,其强度也较高,塑性稍低。
工业中采用的黄铜含锌量不超过45%,含锌量再高将会产生脆性,使合金性能变坏。
特殊黄铜——为了改善黄铜的某种性能,在黄铜的基础上加入第三种其他元素,如添加硅元素,即称为“硅黄铜”等,习惯上把这些多元黄铜统称为“特殊黄铜”。
常用的合金元素有硅、铝、锡、铅、锰、铁与镍等。
青铜:历史上应用最早的一种合金,原指铜锡合金,因颜色呈青灰色,故称青铜。
锡青铜有较高的机械性能,较好的耐蚀性、减摩性和好的铸造性能;对过热和气体的敏感性小,焊接性能好,无铁磁性,收缩系数小。
锡是一种稀缺元素。
故采用其它元素来代替,叫无锡青铜。
无锡青铜主要有铝青铜、铍青铜、锰青铜、硅青铜等。
除黄铜和白铜以外的铜合金均称为青铜。
例如:铝青铜有比锡青铜高的机械性能和耐磨、耐蚀、耐寒、耐热、无铁磁性,有良好的流动性,无偏析倾向,可得到致密的铸件。
白铜:以镍为主要添加元素的铜基合金,呈银白色,有金属光泽,故名白铜.具有较好的强度和塑性,能进行冷加工变形,抗腐蚀性能也好。
白铜线是国际上应用比较广泛的一种耐蚀性材料和装饰结构材料,在仪器仪表、机电、化工、卫生和日用五金等工业部门用于制作耐蚀、弹性元件、医疗器械和日用装饰品等:晶体振荡元件外壳,晶体壳体,电位器用滑动片,医疗机械,建筑材料等。
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.。
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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。
③有良好的塑性退火工业纯铜的拉伸延伸率δ≈50%,纯Cu易加工成材例:加工出来的细铜丝可细于头发丝(8丝)达4~5丝2.2.2纯铜的机械性能与工艺性的Cu 纯(1)能我们通过结合纯铜的生产、加工过程来了解、认识.加工过程(几乎全部纯铜都是经过加工成材供应用户的,我们在工厂中可以观察到,其生产过程一般为:(2)纯铜的机械性能——①铸态铜的性能很低;②经加工后,软态铜、硬态铜的性能,见上面数据;③铜经过强烈冷加工(形变率ε≥80%)后,强度δb将急剧升高,但塑5性强烈变坏,加工硬化很厉害,对纯铜来说,其机械性能是由其晶粒度和位借密度所决定的。
(3)纯铜的热加工工艺性能我们知道,热加工应选择在塑性高的温度范围内进行,那么纯铜在什么温度时塑性高呢?——人们通过实验,得到了纯铜的机械性能与温度的关系曲线:由此可看出:①ζb 随T↑而↓②在500—600℃,δ、最小存在着“低塑性区”——若在这个温度范围进行热加工,工件会产生热裂、热脆。
∴(纯铜的热加工应选择在高于低塑性区的温度进行。
)即:T热加工>700℃2.3杂质及微量元素对铜的影响紫铜中杂质主要来自原料,同时与熔炼等工艺也有关。
很多种杂质既使含量极少(甚至十万分之几)也有剧烈降低铜的导电、导热和压力加工等性能。
为改善铜的性能,有时须添加某些其它微量元素,或容许某些脱氧剂元素在铜中保持一定的残留量。
2.3.1紫铜可按其所含杂质及微量元素的不同,分为三类:(1)加工紫铜有T1、T2、T3、T4等,特TUMn、TUP、TU2、TU1无氧铜及脱氧铜有(2)点是氧含量较高;等,特点是氧含量极少,在脱氧铜中还残留少量脱氧剂元素;(3)特种铜有砷铜、银铜、锑铜等;特点是分别加入了不同的微量元素。
2.3.2杂质与微量元素对纯铜的影响杂质与微量元素的来源:杂质:工业纯铜中通常含有0.05-0.3%的杂质6微量元素:为了改善铜性能,人们有意加入某些微量元素。
(例如,为了提高Cu 的高温塑性、细化晶粒加入Ce、Zr;Ti等元素。
为了提高铜的切削性、耐磨性加入微量的Pb等)。
影响:对性能的影响具有两重性:有利、有害应根据具体的加工、使用条件加以控制和解决。
下面,根据它们在铜中的溶解度及存在状态,分成三类来分析:杂质及微量元素对铜的导电、导热性的影响所有杂质及微量元素均不同程度地降低铜的导电性和导热性。
固溶于铜的元素(除银、镉以外)对于铜的导电性和导热性降低地多,而呈第二相析出的元素则对于铜的导电、导热性降低较少。
7金属的导电性可用导电系数(单位:米/欧姆·毫米2)表示,也可用1913年制定的国标软铜(Cu+Ag≥99.90%,退火后,20℃时的电阻系数为0.017241欧姆·毫米2/米或1.7241微欧姆·厘米,导电系数为58.0 米/欧姆·毫米2)导电率标准(IACS)作为100%加以比较和确定。
现在铜的纯度大大提高,其导电率已增到以上。
加工因素对铜的导电率也有一定的影响,很大102%IACS.的冷加工率可使铜的导电率下降约2%IACS。
铜及铜合金的导热系数和导电率之间存在内在的联系,在某一温度下的导热系数可根据在该温度下的导电率(%)IACS按估算,导电率g>25~30%IACS的导电、导热、低合金化铜带合金,其导系数还可用下式估算:式中:λ—试验测知的合金导电系数,米/欧姆·毫米2X-含铜量,%(重)杂质及微量元素对铜的软化温度和晶粒大小的影响铜的软化温度和晶粒大小,影响到铜的加工和使用性能。
而杂质及微量元素对铜的软化温度和晶粒大小影响又很大。
固溶和生成弥散析出相得杂质和微量元素,均提高铜的软化温度。
在一定范围内随这些元素含量的增加,铜的软化温度的增高;但生成氧化物的杂质,大都对铜的软化温度没有明显影响。
此外,铜的软化温度与很多工艺因素有关,例如,冷加工率大冷加工前的退火温度降低、冷却慢(此时固溶体的过饱和程度小),冷加工后的退火时间等,则铜的软化温度低。
8在含氧的导电用铜中,锑、镉、铁、磷、锡等可与氧化亚铜中的氧作用,生成它们自己的氧化物,降低了它们在铜中的固溶度,从而减弱甚至完全消除了它们对铜的软化温度的影响。
砷含量0.05%以下时,与铜中正常含量的氧无明显作用;硒、锑也与砷相似,因此,它们均提高导电用含氧铜的软化温度。
镍虽与氧化亚铜作用生成氧化镍,但.对铜的软化温度影响很小。
在无氧铜中,杂质所提高的软化温度,通常比在含氧铜中要大;因为在无氧铜中,杂质不形成氧化物。
银、磷、锑、镉、锡、铬等提高无氧铜的软化温度最多,砷、锡、锑等次之,硫、铁、镍、钴、锌等最少。
铜的软化温度增加,不是单个元素影响的算术和,而只是比具有最大影响的元素所提高的软化温度略高一点而已。
杂质对铜在退火时的晶粒长大有很大的影响。
高纯铜的经理随退火温度的升高而迅速长大,并且晶粒尺寸也很不均匀。
导电用铜则由于氧化亚铜存在,在通常的退火温度范围内,可有效地抑制晶粒长大。
脱氧铜和无氧铜虽然与高纯铜有类似之处,但也由于有微量杂质析出物的存在,仍可有效控制晶粒长大,并获得均匀的晶粒尺寸。
不管杂质含量如何,在生产中控制加工率、退火温度和时间,是控制再结晶晶粒长大的基本条件。
杂质及微量元素对铜的加工性能的影响固溶的杂质及微量元素,实际不影响铜的冷、热加工性能。
很少固溶或几乎不固溶于铜的杂质及微量元素,则视其所生过剩相得情况不同,对铜的压力加工性能将有着不同的影响。
例如,氧、硫、硒、碲在铜中分别形成Cu2O、Cu2S、Cu2Se、Cu2Te9等脆性化合物,降低铜的塑性;铅、铋与铜生成易熔共晶,热轧时易裂;脆性的铋呈薄层分布在铜的晶界上,还使铜产生冷脆性。
为提高铜的高温.塑性,防止热脆性,可根据相图选择那些与有害物质形成难熔化合物(熔点高于铜的熔点或热轧温度)的元素加入铜内,其加入量可根据该难熔化合物的分子式和已知有害物质含量大体算出。
锂、钙、铈或混合稀土金属、锆、铀等均可消除铅等杂质的有害作用。
提高铜的高温塑性的另一种方法是细化铜锭晶粒,相对降低有害杂质在晶界上的浓度,铜中加入微量的钛、锆、铬、硼等元素,都能细化晶粒,抑制柱状晶的发展,并减小铜的高温脆性。
铜的熔铸、压力加工和试验条件也将引起铜的成分或组织变化,对铜的高温塑性也有影响。
铜在低温具有良好的塑性,但随温度的升高,往往出现一脆性区,热加工常需要在高于此脆性区的温度下进行。
脆性区与质的性质、含量、分布、固溶度变化有关。
如铅呈易熔共晶,中温变成液态消弱晶间联接,使铜热脆高温时,铅、铋又固溶于铜,使塑性又有升高。
10有些研究工作表明,铜在300~600℃呈脆性区是杂质引起的。
含氧少的铜常含一定的氢,在上述温度范围内,试样在拉伸应力作用下,氢从固溶体中析出,并在铜的致密处(首先是在晶界上)聚集起来,处于高压气体状态,使铜开裂。
随温度的升高,氢又部分或全部固溶于铜,又使铜的属性增高。
实践证明:采用铜豆少(含氢也少)的电解铜,可提高铜锭和铜材的高温塑性,脱氧的铜锭在.400~600℃有明显脆性区,而用0.03%硅加0.01%镁脱氧的,则没有脆性区。
因为磷与氢相似,为表面活性元素,易吸附在铜的晶界上,引起高温脆性。
半连铸造的紫铜锭,在横向热轧开坯时,裂的较多,而在纵向热轧开坯时,几乎不裂。
说明铜锭的塑性,很明显与柱状晶的方向有关。
经多次压力加工的铜材,其高温塑性比铜锭要好得多,并且随着变形量的增加,脆性区向低温方向移动,同时,塑性下降的程度也减少,甚至变得完全看不出脆性区,这可能是因为:多次变形增加了晶粒数目和晶界总的面积,更重要的时破坏了铸造组织,压合了晶界的显微疏松等缺陷造成的。
2.4紫铜的热处理及热处理规范2.5紫铜的力学性能113.黄铜黄铜包括铜-锌二元合金(称普通黄铜或简单黄铜)和铜锌中加有其他组元的多元合金(称特殊黄铜或复杂黄铜)。
黄铜有良好的工艺性能、机械性能和耐腐蚀性,有的还有较高的导电性和导热性。
是重金属加应用最广的金属材料之一。
黄铜是工业上应用最广的一种铜合金,Zn在Cu中的最大固溶度可达39%(456℃)。
名称的由来:Cu—Zn合金随(锌含量)Zn%的增加,合金的颜色也在变化。
当Zn含量达到一定值(15%)后逐渐显现出美丽的金黄色。
(Zn<20%时)或淡黄色(Zn=30—45%时)故称为黄(光说是为主要加入元素的铜合金。
Zn铜。
黄铜定义——以.:二元黄铜(简单黄Zn合金不完全)黄铜可分为:Cu—Cu—Zn (复—CuZn+1种或数种其它合金元素:多元黄铜铜、普通黄铜)一、(加铝提高耐腐蚀性)123.1杂黄铜、特殊黄铜)黄铜表示法:就要合金的情况,Cu-Zn二元黄铜3.1.1成份与组织要彻底了解大量固溶二元相图,从相图中可以看出:Zn先分析清楚Cu-Zn中在不同的成份,温度变化中有五个包晶转变、一个共析于Cu 转变、一个有序转变在固态下有六个相:α、β、γ、δ、ε、β(无序固溶体)β′(有序固熔体)468°C。