金属材料铜合金PPT课件
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金属材料铜合金
一、铜及铜合金的主要特点
• 人类最早认识和使用的金属：新石器时代知道金和铜。 青铜器。
• 产量在有色金属中占第二位，密度8.9g/cm3，属重金 属。
• 纯铜具有优良导电、导热性，fcc主体； • 较好的抗蚀性：耐海水和大气腐蚀 • 合金化：高强、高抗蚀性、高耐磨 • 分类特殊：紫、黄、青、白
• 黄铜的铜质量分数一般为55％～96％，以字母H表示。
• 黄铜具有良好的力学性能、耐蚀性、导电性、导热性和 加工工艺性，价格低，色泽美，是应用最广、最经济的 结构用铜合金。
• 高锌黄铜在冷作硬化状态下有应力腐蚀倾向(季裂)，应 注意消除应力退火。
• 脱锌腐蚀是高锌黄铜的另一个突出问题，可选用低锌黄 铜或在黄铜中加入微量As、Sn、P、sb等元素抑制合金 脱锌。
Ni
100
1. 紫铜
Cu含量不少于99.3 wt. % Cu2O呈紫色，新鲜表面呈玫瑰红 牌号：GB5231-85
纯铜：T1-T3 (99.95,99.90, 99.70) 用于导电、导热 无氧铜：Tu1(99.97), Tu2(99.95) 用于电真空器件 磷脱氧铜：Tp1(99.90), Tp2(99.85) 残留脱氧剂，只能做结构材料 特种铜: 砷铜、银铜、碲铜和弥散铜等，用于导电结构件 性质：导电、导热性（仅次于银）
1. 优良的导电、导热性能 • 在所有金属中， Cu的导电性仅次于Ag, 为100%IACS，高纯铜
甚至可到103%IACS. • 铜的导热性是所有金属中最好的，为430W/m.K。 • 合金化会显著提高强度，但会降低导电、导热性能 • 高强、高导铜的发展，如弥散强化铜 • 导电、导热是铜及其合金的最重要应用领域。W-Cu
我国加工铜及铜合金牌号
• 中国国家标准(GB／T 340--1976)规定，加工铜及铜合金的牌 号命名以“铜的种类代号、化学符号后的元素含量或顺序号” 表示，其中，铜的种类代号取第一个汉字汉语拼音的第一个 大写字母，“T”代表纯铜，“H”代表黄铜,“Q”代表青铜， “B”代表白铜
分类
牌号组成
示例
化学稳定性好（碱式化合物） 力学性能 （σb=170-500MPa，铸态延伸率17%、退火50%、硬态6%）
三大类杂质
溶解度较大但对铜影响较少的杂质： Al、Fe、Ni、Sn、Cd、Zn、Au、Ag、As、P、Sb等 硬度升高，电导率降低
固溶度很低，易形成共晶的杂质：Pb、Bi等 铜一般在900OC以上热加工或冷加工 Pb引起热脆，Bi引起热脆、冷脆 加入稀土、Zr、Ca等可生成高熔点化合物且在晶内分布降低脆性
生成脆性化合物的杂质：O, S等 O, S均降低冷加工的性能和力学性能
氢病：还原性气氛，氢渗入晶界生成水蒸气 Cu2O+(H)=Cu+H2O
2. 黄铜
• 黄铜是以锌为主要添加元素的铜合金，含有或不含有少 量的其他元素。
• 只含锌的铜-锌二元合金称为普通黄铜或简单黄铜，除 锌以外还含有其他添加元素的铜合金称为复杂黄铜或特 殊黄铜。
• 在含微量氧的氮气中退火，生成氧化物薄膜，也可抑制 脱锌，获得较好的表面质量。
3. 青铜
• 青铜是以除锌和镍以外的其他元素为主要添加元素的铜 合金，通常以铜以外的第一主元素名称命名青铜的类别。
• 青铜品种繁多，其中以锡青铜、铝青铜、铍青铜应用较 广；还有硅青铜、锰青铜、钛青铜、铬青铜及锆青铜等。
2. 铜是抗磁性金属 • 铜的抗磁性磁化率极低：铜及其合金在抗外磁环境得到广泛应
用，如仪表、罗盘、航空、航天、雷达。但含Fe、Mn、高Ni的 铜合金除外。
3. 铜的摩擦系数很小。 • 铜基合金耐磨性能优良，尤其是含Sn的多元铜合金，广泛用于
机械设备上的重要耐磨零件，如轴套、轴瓦、涡轮等。
4. 铜的耐蚀性很好 • 铜的电极电位很高，高于氢。在许多介质中都是稳定的，大部
• 青铜以字母Q表示。 • 具有比黄铜高的力学性能，良好的耐蚀性、耐磨性、耐
热性，高的弹性，且加工成形性能好，铸件体积收缩率 小。主要用于承力的耐蚀、耐磨零件、弹性元件等。
4. 白铜
• 白铜是以镍为主要添加元素的铜合金，含有或不含有一定量的其 他元素。
• 只含Ni的铜一镍二元合金称为普通白铜，除Nj以外还含有其他添 加元素的铜合金成为复杂白铜。通常分为结构白铜和电工白铜 (锰白铜)，以字母B表示。
• 对于铜．镍系合金，当Nj在10％以下时呈赤铜色，随Ni含量的增 加赤铜色急剧减弱。Ni的质量分数达到20％时变为白色，因此有 “白铜”之称。
• 白铜的突出特点是在腐蚀性介质中有极高的化学稳定性，并具有 高的力学性能，高的耐热性耐寒性，足够的加工成形性。
• 结构白铜主要用于在高温强腐蚀介质中工作的零件；电工白铜主 要用于电阻元件、热电偶及其他精密电测仪器零件。
长，广泛应用于人类饮用水输水管道、洗衣机内筒、船舶的重 要部件，如螺旋桨等。
7. 铜及铜合金有各种色彩 • 纯铜呈紫色，合金化后呈金黄色或银白色，色调古朴典雅，可
用于钱币和各类工艺美术品。
二、铜及铜合金分类
最普通的分类法：六大类 紫铜、高铜合金、黄铜、青铜、白铜、锌白铜
紫铜 高铜合金
工业纯铜，软而韧，杂质含量<0.7%
分铜基合金在大气和海水中具有很高的耐腐蚀性，在稀的非氧 化氢氟酸、盐酸、磷酸及醋酸溶液中也有很高的化学稳定性。
5. 铜的塑性很高 • 铜是fcc结构，无同素异构转变，非常易于加工成形。经过强
化后，特别是固溶强化效果好，可形成高强度、高韧性材料， 制造高强度、高韧性、高导电、高导热、高耐蚀零件
6. 铜有杀菌作用。 • 铜在水等介质中，能释放铜离子，抑制细菌和某些微生物的生
含有少量Be、Zr、Cr、Fe，每一种合金元素 含量不超过8mol%,这些元素改善Cu的一种或 多种性质。
黄铜
Zn
青铜
Si、Sn、Al
白铜、锌白铜 Ni
五种基本元素
类别 黄铜 锡青铜 铝青铜 硅青铜 白铜、锌白铜
铜合金五种基本元素
合金元素 固溶度(摩尔分数，20℃)，%
Znቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
37
Sn
9
Al
19
Si
8
纯铜 纯铜(添加其他元素)
T+顺序号①
T+添加元素化学符号+顺序号①或添 加元素含量②
例如：Tl、T3 例如：TP2、TAg0.1
一、铜及铜合金的主要特点
• 人类最早认识和使用的金属：新石器时代知道金和铜。 青铜器。
• 产量在有色金属中占第二位，密度8.9g/cm3，属重金 属。
• 纯铜具有优良导电、导热性，fcc主体； • 较好的抗蚀性：耐海水和大气腐蚀 • 合金化：高强、高抗蚀性、高耐磨 • 分类特殊：紫、黄、青、白
• 黄铜的铜质量分数一般为55％～96％，以字母H表示。
• 黄铜具有良好的力学性能、耐蚀性、导电性、导热性和 加工工艺性，价格低，色泽美，是应用最广、最经济的 结构用铜合金。
• 高锌黄铜在冷作硬化状态下有应力腐蚀倾向(季裂)，应 注意消除应力退火。
• 脱锌腐蚀是高锌黄铜的另一个突出问题，可选用低锌黄 铜或在黄铜中加入微量As、Sn、P、sb等元素抑制合金 脱锌。
Ni
100
1. 紫铜
Cu含量不少于99.3 wt. % Cu2O呈紫色，新鲜表面呈玫瑰红 牌号：GB5231-85
纯铜：T1-T3 (99.95,99.90, 99.70) 用于导电、导热 无氧铜：Tu1(99.97), Tu2(99.95) 用于电真空器件 磷脱氧铜：Tp1(99.90), Tp2(99.85) 残留脱氧剂，只能做结构材料 特种铜: 砷铜、银铜、碲铜和弥散铜等，用于导电结构件 性质：导电、导热性（仅次于银）
1. 优良的导电、导热性能 • 在所有金属中， Cu的导电性仅次于Ag, 为100%IACS，高纯铜
甚至可到103%IACS. • 铜的导热性是所有金属中最好的，为430W/m.K。 • 合金化会显著提高强度，但会降低导电、导热性能 • 高强、高导铜的发展，如弥散强化铜 • 导电、导热是铜及其合金的最重要应用领域。W-Cu
我国加工铜及铜合金牌号
• 中国国家标准(GB／T 340--1976)规定，加工铜及铜合金的牌 号命名以“铜的种类代号、化学符号后的元素含量或顺序号” 表示，其中，铜的种类代号取第一个汉字汉语拼音的第一个 大写字母，“T”代表纯铜，“H”代表黄铜,“Q”代表青铜， “B”代表白铜
分类
牌号组成
示例
化学稳定性好（碱式化合物） 力学性能 （σb=170-500MPa，铸态延伸率17%、退火50%、硬态6%）
三大类杂质
溶解度较大但对铜影响较少的杂质： Al、Fe、Ni、Sn、Cd、Zn、Au、Ag、As、P、Sb等 硬度升高，电导率降低
固溶度很低，易形成共晶的杂质：Pb、Bi等 铜一般在900OC以上热加工或冷加工 Pb引起热脆，Bi引起热脆、冷脆 加入稀土、Zr、Ca等可生成高熔点化合物且在晶内分布降低脆性
生成脆性化合物的杂质：O, S等 O, S均降低冷加工的性能和力学性能
氢病：还原性气氛，氢渗入晶界生成水蒸气 Cu2O+(H)=Cu+H2O
2. 黄铜
• 黄铜是以锌为主要添加元素的铜合金，含有或不含有少 量的其他元素。
• 只含锌的铜-锌二元合金称为普通黄铜或简单黄铜，除 锌以外还含有其他添加元素的铜合金称为复杂黄铜或特 殊黄铜。
• 在含微量氧的氮气中退火，生成氧化物薄膜，也可抑制 脱锌，获得较好的表面质量。
3. 青铜
• 青铜是以除锌和镍以外的其他元素为主要添加元素的铜 合金，通常以铜以外的第一主元素名称命名青铜的类别。
• 青铜品种繁多，其中以锡青铜、铝青铜、铍青铜应用较 广；还有硅青铜、锰青铜、钛青铜、铬青铜及锆青铜等。
2. 铜是抗磁性金属 • 铜的抗磁性磁化率极低：铜及其合金在抗外磁环境得到广泛应
用，如仪表、罗盘、航空、航天、雷达。但含Fe、Mn、高Ni的 铜合金除外。
3. 铜的摩擦系数很小。 • 铜基合金耐磨性能优良，尤其是含Sn的多元铜合金，广泛用于
机械设备上的重要耐磨零件，如轴套、轴瓦、涡轮等。
4. 铜的耐蚀性很好 • 铜的电极电位很高，高于氢。在许多介质中都是稳定的，大部
• 青铜以字母Q表示。 • 具有比黄铜高的力学性能，良好的耐蚀性、耐磨性、耐
热性，高的弹性，且加工成形性能好，铸件体积收缩率 小。主要用于承力的耐蚀、耐磨零件、弹性元件等。
4. 白铜
• 白铜是以镍为主要添加元素的铜合金，含有或不含有一定量的其 他元素。
• 只含Ni的铜一镍二元合金称为普通白铜，除Nj以外还含有其他添 加元素的铜合金成为复杂白铜。通常分为结构白铜和电工白铜 (锰白铜)，以字母B表示。
• 对于铜．镍系合金，当Nj在10％以下时呈赤铜色，随Ni含量的增 加赤铜色急剧减弱。Ni的质量分数达到20％时变为白色，因此有 “白铜”之称。
• 白铜的突出特点是在腐蚀性介质中有极高的化学稳定性，并具有 高的力学性能，高的耐热性耐寒性，足够的加工成形性。
• 结构白铜主要用于在高温强腐蚀介质中工作的零件；电工白铜主 要用于电阻元件、热电偶及其他精密电测仪器零件。
长，广泛应用于人类饮用水输水管道、洗衣机内筒、船舶的重 要部件，如螺旋桨等。
7. 铜及铜合金有各种色彩 • 纯铜呈紫色，合金化后呈金黄色或银白色，色调古朴典雅，可
用于钱币和各类工艺美术品。
二、铜及铜合金分类
最普通的分类法：六大类 紫铜、高铜合金、黄铜、青铜、白铜、锌白铜
紫铜 高铜合金
工业纯铜，软而韧，杂质含量<0.7%
分铜基合金在大气和海水中具有很高的耐腐蚀性，在稀的非氧 化氢氟酸、盐酸、磷酸及醋酸溶液中也有很高的化学稳定性。
5. 铜的塑性很高 • 铜是fcc结构，无同素异构转变，非常易于加工成形。经过强
化后，特别是固溶强化效果好，可形成高强度、高韧性材料， 制造高强度、高韧性、高导电、高导热、高耐蚀零件
6. 铜有杀菌作用。 • 铜在水等介质中，能释放铜离子，抑制细菌和某些微生物的生
含有少量Be、Zr、Cr、Fe，每一种合金元素 含量不超过8mol%,这些元素改善Cu的一种或 多种性质。
黄铜
Zn
青铜
Si、Sn、Al
白铜、锌白铜 Ni
五种基本元素
类别 黄铜 锡青铜 铝青铜 硅青铜 白铜、锌白铜
铜合金五种基本元素
合金元素 固溶度(摩尔分数，20℃)，%
Znቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
37
Sn
9
Al
19
Si
8
纯铜 纯铜(添加其他元素)
T+顺序号①
T+添加元素化学符号+顺序号①或添 加元素含量②
例如：Tl、T3 例如：TP2、TAg0.1