第二章 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

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能

我们通过结合纯铜的生产、加工过程来了解、认识

(1) 纯Cu 的加工过程（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

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：

①σb 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，特点是氧含量较高；

(2)无氧铜及脱氧铜有TU1、TU2、TUP、TUMn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

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：

2.3.2.1 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。

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102%IACS以上。加工因素对铜的导电率也有一定的影响，很大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2

X－含铜量，%(重)

2.3.2.2 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。