铜和铜合金

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。
• 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。
MPa，钴便是这种能形成金属间化合物弥散强化的元素。
3)时效硬化合金
时效硬化可产生很高的强度，但是只局限于合金元素的溶解度 随温度降低而急剧减小的少数几种铜合金，铍-铜就是这种时 效硬化铜合金的典型代表。 含1.6％-2.0％Be和约0.25％Co(质量分数)的铍青铜，常常叫 做“金色合金”。因为其中有大量的铍(摩尔分数约12％)存在 ，故放出耀眼的光环。其经冷加工时效后的屈服强度大于l 380 MPa，电导率的范围视冷加工量和热处理工艺的不同而在 20％～30％IACS之间。 其他时效硬化合金包括：锆-铜、铬-铜、铜-铁-磷、铜-镍-硅 等。 铜-镍-锡合金也属时效强化型合金，其靠调幅分解作用得到硬 化。靠冷加工与热加工相结合，这些合金可以达到与硬化铍铜相等的高强度。独有的加工各向同性。
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。
• 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。
艺术铜合金和形状记忆合金
1. 艺术铜合金
• 艺术铜合金是指那些用于制造鼎、镜、鼓、香炉、佛像、雕塑等
艺术品、装饰品和乐器、兵器或钱币等的铜合金。与普通铜合金
不同的是它们对色泽、耐蚀性、磨削加工性或音质、响度有特殊 要求。 • 艺术铜合金按照工艺方法可以分为铸造合金和变形合金两大类。 而按照合金成分则可以分为紫铜、黄铜、青铜和白铜。 • 紫铜庄严，韧性好，焊接性能优良，多用作雕塑、人物雕像。黄 稳重持久；白铜银白光泽，用于餐具、乐器、纪念品。
铜及铜合金
一、铜及铜合金的主要特点
二、铜及铜合金分类
三、铜的合金化原理
四、艺术铜合金和形状记忆合金简介
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
青铜
Zn
Si、Sn、Al
五种基本元素
白铜、锌白铜 Ni
铜合金五种基本元素
类别
黄铜 锡青铜 铝青铜 硅青铜 白铜、锌白铜
合金元素Βιβλιοθήκη Baidu
Zn Sn Al Si Ni
固溶度(摩尔分数，20℃)，%
37 9 19 8 100
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
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。 • 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
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
(4) 其他合金 某些铝青铜，尤其是含铝量大于9％的铝青铜，可以在临界温度
以上淬火以得到硬化，此硬化过程属马氏体型过程。
类似于铁-碳合金淬火时发生的马氏体型硬化，淬火后进行回火 韧化或用间断式淬火代替标准式淬火还可进一步改善铝青铜性 能。 加入镍或锌的铝青铜，利用可逆马氏体相变还可产生形状记忆
效应。
(5)不溶性合金元素
为了提高机加工性能，把铅、碲和硒添加到铜和铜合金中。碲和 硒以及铋，使合金的热轧和热成形困难，并严重影响冷加工性能 。 高锌黄铜在高温下完全变成β相。β相可以溶解铅，因而避免在 热锻或热挤压温度下生成液态晶界相。大多数易切削黄铜棒材是 用β相挤压法生产的。
艺术铜合金和形状记忆合金简介
无氧铜：Tu1(99.97), Tu2(99.95)
料
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 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） 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%）
牌号组成 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 TU+顺序号① H+铜含量 H+第二主添加元素化学符号+除锌以 外的元素含量(数字间以“-”隔开) Q+第一主添加元素化学符号+除铜以 外的元素含量(数字间以“-”隔开) B+镍(含钴)含量 B+第二主添加元素符号+除铜以外的 元素含量(数字闯以“-”隔开)
(2) 变性固溶合金
（弥散强化合金）
添加元素可反应形成金属间化合物弥散颗粒，此弥散过程有
晶粒细化和强化作用，故可产生更高的强度。
因为这种变性处理不需要大量的昂贵元素，所以收效是相当
经济的。
95Cu-2.8A1-1.8Si-0.4Co合金是一种变性固溶高强度合金，
其退火抗拉强度为570 MPa，冷轧状态的抗拉强度为660～900
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 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
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 纯铜 纯铜(添加其他元素)
示例 例如：Tl、T3 例如：TP2、TAg0.1
无氧铜 普通黄铜(二元) 复杂黄铜(三元以上) 青铜
例如：TUl、TU2 例如：H90、H65 例如：HPb89-2、HFe58-11、HMn62-3-3-0.7 例如：QAl5、QSn6.5-0.1、 QAl10-4-4 例如：B5、B30
普通白铜(二元) 复杂白铜(三元以上)
例如：BZnl5-20、BAl6-1.5、 BFe30-1-1
•①铜含量随着顺序号的增加而降低。 •②元素含量为名义百分含量(以下同)
三、铜的合金化原理
按铜合金固有强化途径：
可分为固溶合金、变性固溶合金、时效强化合金 ( 1) 固溶合金

最适合于能与铜形成固溶相的元素，包括Zn、Sn、Ni、Al、Fe、
• 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% 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。
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 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
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。
铜有华贵艳丽的金黄色，常做装饰品；青铜用做器皿，耐蚀性好，
2. 形状记忆合金
• 具有热弹马氏体特性的合金，可用形状记忆合金和超 弹性应用，如Cu-Zn、Cu-Zn-Al、Cu-Ni-Al、Cu-MnAl、Cu-Al-Si等，高温多为体心立方。 • Cu作为记忆合金主要优点是相对于NiTi等加工性能好 ， • 但循环性能不好，易产生位错滑移而使记忆功能减退 。
欢迎同学们重新回到校园！
艺术铜合金和形状记忆合金
1. 艺术铜合金
• 我国是最早使用艺术铜合金的国家，早在殷商时代就 大规模地使用锡青铜制作各种各样装饰性很强、艺术
价值极高的器皿、雕塑。用铜合金制作艺术品具有古
朴庄重或华丽典雅的特点，历来深受各国人民的青睐。 随着合金设计、熔铸加工、仿古作旧、表面处理等相 关技术的进步，艺术铜合金门类有了很大的发展。
Ag以及锰。在这些合金体系中硬化作用大，足以达到实用目的， 而不会遇到由第二相或化合物带来的脆性。

弹壳黄铜是典型的固溶合金。弹壳黄铜含30％Zn，由于偏析偶尔 有少量β相出现，但β相通常在第一次退火后就消失。

强度高、可成形性好。因为固溶强化合金是单相，加热或冷却过 程中均不发生相变，可以冷加工硬化提高强度。