8.4第八章-有色金属及其合金-铜合金汇总课件.ppt

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1、铜及铜合金纯铜：面心立方晶格，原子量 63.54，密度8.9，熔点1083电阻率0.01673 欧姆 mm2/m ，线性膨胀数17.610-6/，导热率0-100 399W/mk。软态 280MPA，延伸率40% o从铜矿中开采出来的铜矿石，经过选矿成为含铜品位较高的铜精矿或者说是铜矿砂，铜精矿需要经过冶炼提成,才能成为精铜及铜制品. o目前，世界上铜的冶炼方式主要有两种：目前，世界上铜的冶炼方式主要有两种：火法冶炼火法冶炼与与湿法冶炼湿法冶炼1 1火法火法: : 通过熔融冶炼和电解精火炼生产出阴极铜，也即电解铜，一般适于高品位的硫化铜矿。除了铜精矿之外,废铜做为精炼铜的主要原料之一，包括旧废

2、铜和新废铜，旧废铜来自旧设备和旧机器，废弃的楼房和地下管道；新废铜来自加工厂弃掉的铜屑(铜材的产出比为50左右),一般废铜供应较稳定，废铜可以分为：裸杂铜:品位在90以上；黄杂铜（电线）:含铜物料（旧马达、电路板）；由废铜和其他类似材料生产出的铜，也称为再生铜。 2 2湿法湿法: :一船适于低品位的氧化铜，生产出的精铜称为电积铜。o铜及铜合金具有以下性能特点。1有优异的物理化学性能。纯铜导电性、导热性极佳，许多铜合金的导电、导热性也很好；铜及铜合金对大气和水的抗腐蚀能力也很高；铜是抗磁性物质。2有良好的加工性能。铜及某些铜合金塑性很好，容易冷、热成型；铸造铜合金有很好的铸造性能。3有某些特殊的

3、机械性能。例如优良的减摩性和耐磨性（如青铜及部分黄铜）；高的弹性极限及疲劳极限（铍青铜等）。4色泽美观。o由于有以上优良性能，铜及铜合金在电气工业、仪表工业、造船工业及机械制造工业部门中获得了广泛的应用。但铜的储藏量较小，价格较贵，属于应节约使用的材料之一，只有在特殊需要的情况下，例如要求有特殊的磁性、耐蚀性、加工性能、机械性能以及特殊的外观等条件下，才考虑使用。 o50年内将开采殆尽的矿种有：o金刚石（6年）；o铅（10年）；o银（16年）；o金（18年）；o石膏（21年）；o锌（22年）；o石墨（22年）；o锑（24年）；o硫（24年）；o铜（26年）；o重晶石（26年）；o硼（38年）；

4、o石油（40年）；o钼（42年）；o锡（44年）；o镍（46年）。 o50-100年间将开采殆尽的矿种有：o天然气（64年）；o钨（64年）；o磷（79年）；o钛（95年）；o锰（97年）。 o100-200年间将开采殆尽的矿种有：o铀（110年）；o石棉（126年）；o铁（150年）；o钴（166年）；o铝（192年）。 o纯铜是玫瑰红色金属，表面形成氧化铜膜后，外观呈紫红色，故常称为紫铜。纯铜主要用于制作电工导体以及配制各种铜合金。o工业纯铜中含有锡、铋、氧、硫、磷等杂质，它们都使铜的导电能力下降。铅和铋能与铜形成熔点很低的共晶体（CuPb）和（CuBi），共晶温度分别为326和270，分

5、布在铜的晶界上。进行热加工时（温度为820-860），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（CuCu2S）和（CuCu2O），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）。工业纯铜的牌号及应用工业纯铜的牌号及应用 纯铜含铜纯铜含铜 99.90-99.99%99.90-99.99%，加工铜国家标准有，加工铜国家标准有9 9个牌号：个牌号：3 3个纯铜牌号、个纯铜牌号、3 3个无氧铜牌号、个无氧铜牌号、2 2个磷脱氧铜牌号、个磷脱氧铜牌号、1 1个银铜牌号；高纯铜纯度

6、可达个银铜牌号；高纯铜纯度可达 99.99%99.99%99.9999% 99.9999% ，又称为，又称为4N4N、5N5N、6N6N铜。铜。 工业纯铜的牌号用字母工业纯铜的牌号用字母T T加上序号表示，如加上序号表示，如T1T1，T2T2，T3T3等，数字增加表等，数字增加表示纯度降低。示纯度降低。 无氧铜用无氧铜用 “T T”和和“U U”加上序号表示，如加上序号表示，如TUlTUl、TU2TU2。主要用来制作电真主要用来制作电真空器件及高导电性铜线。这种导线能抵抗氢的作用，不发生氢脆现象。导空器件及高导电性铜线。这种导线能抵抗氢的作用，不发生氢脆现象。导电率高，加工性能和焊接性能、耐蚀

7、性能和低温性能均好。电率高，加工性能和焊接性能、耐蚀性能和低温性能均好。 用磷和锰脱氧的无氧铜，在用磷和锰脱氧的无氧铜，在TUTU后面加脱氧剂化学元素符号表示，如后面加脱氧剂化学元素符号表示，如TUPTUP、TUMnTUMn。o根据杂质的含量，工业纯铜可分为四种：T1、T2、T3、T4。“T”为铜的汉语拼音字头，编号越大，纯度越低。工业纯铜的牌号、成分及用途见表:紫铜加工产品的牌号、成分及用途 o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

8、号、成分、性能和用途。 1普通黄铜 o普通黄铜是铜锌二元合金。相是锌溶于铜中的固溶体，其溶解度随温度的下降而增大。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。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。 Cu-Zn二元相图o黄铜的含锌量对其机械性能有很大的影响。当Zn30%32%时，锌完全固溶于铜中形成相，随着含锌量的增加，强度和延伸率都升高；o当Zn32%后，因组织中出现相，强度继续增加，而塑性开始下降，o强度在Zn=45%附近达到最大值。o含Zn更高时，黄铜的组织全部为相，强度与塑性急剧下降。 o普通黄铜分为单相黄铜和双相黄

9、铜两种类型。o从变形特征来看，单相黄铜适宜于冷加工，而双相黄铜只能热加工。o常用的单相黄铜牌号有H80、H70、H68等，“H”为黄铜的汉语拼音字首，数字表示平均含铜量。它们的组织为，塑性很好，可进行冷、热压力加工，适于制作冷轧板材、冷拉线材、管材及形状复杂的深冲零件。o常用双相黄铜的牌号有H62、H59等，退火状态组织为。由于室温相很脆，冷变形性能差，而高温相塑性好，因此它们可以进行热加工变形。通常双相黄铜热轧成棒材、板材，再经机加工制造各种零件。 单相黄铜单相黄铜 两相黄铜两相黄铜 o普通黄铜普通黄铜 Cu-Zn二元合金，性能与含锌量有关 表示方法： 常用牌号及应用常用牌号及应用 H80、

10、H92：艺术装饰品、纪念章、镀层、散热器、双金属片 H68：冷冲压管、套类零件，如弹壳、冷凝器管、散热器管 H62：工业上应用较多，散热器、油管、垫片、螺钉、弹簧等 H 90含铜量含铜量 WCu = 90%黄铜黄铜2特殊黄铜 o为了获得更高的强度、抗蚀性和良好的铸造性能，在铜锌合金中加入铝、铁、硅、锰、镍等元素，形成各种特殊黄铜。 黄铜棒黄铜棒o特殊黄铜的编号方法是：“H主加元素符号铜含量主加元素含量”。o例如：HPb60-1表示平均成分为60%Cu，1%Pb，余为Zn的铅黄铜；o特殊黄铜可分为压力加工黄铜（以黄铜加工产品供应）和铸造黄铜两类，其中铸造黄铜在编号前加“Z”。 oZCuZn31A

11、l2表示平均成分为31%Zn，2%Al，余为Cu的铝黄铜。 o锡黄铜：锡可显著提高黄铜在海洋大气和海水中的抗蚀性，也可使黄铜的强度有所提高。压力加工锡黄铜广泛应用于制造海船零件。 o铅黄铜：铅能改善切削加工性能，并能提高耐磨性。铅对黄铜的强度影响不大，略为降低塑性。压力加工铅黄铜主要用于要求有良好切削加工性能及耐磨的零件（如钟表零件），铸造铅黄铜可以制作轴瓦和衬套。 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

12、、海船用螺旋桨等需要高强度、高耐蚀性的重要零件。 o硅黄铜：硅能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。 o锰黄铜：锰能提高黄铜的强度，不降低塑性，也能提高在海水中及过热蒸汽中的抗蚀性。锰黄铜常用于制造海船零件及轴承等耐磨部件。 o铁黄铜：黄铜中加入铁，同时加入少量的锰，可起到提高黄铜再结晶温度和细化晶粒的作用，使机械性能提高，同时使黄铜具有高的韧性、耐磨性及在大气和海水中优良的抗蚀性，因而铁黄铜可以用于制造受摩擦及受海水腐蚀的零件。 o镍黄铜：镍可提高黄铜的再结晶温度和细化其晶粒，提高机械性能和抗蚀性，降低应力

13、腐蚀开裂倾向。镍黄铜的热加工性能良好，在造船工业、电机制造工业中广泛应用。 o青铜原指铜锡合金，但是，工业上习惯把铜基合金中不含锡而含有铝、镍、锰、硅、铍、铅等特殊元素组成的合金也叫青铜。所以青铜实际上包含锡青铜、铝青铜、铍青铜和硅青铜等。o青铜也可分为压力加工青铜（以青铜加工产品供应）和铸造青铜两类。o青铜的编号规则是：“Q主加元素符号主加元素含量（其它元素含量）”，“Q”表示青的汉语拼音字头。如QSn4-3表示成分为4%Sn、3%Zn、其余为铜的锡青铜。铸造青铜的编号前加“Z”。 o锡青铜是我国历史上使用得最早的有色合金，也是最常用的有色合金之一。o当Sn5%6%时，Sn溶于Cu中，形成面

14、心立方晶格的固溶体，随着含锡量的增加，合金的强度和塑性都增加。o当Sn5%6%时，组织中出现硬而脆的相（以复杂立方结构的电子化合物Cu31Sn8为基的固溶体），虽然强度继续升高，但塑性却会下降。o当Sn20%时，由于出现过多的相，使合金变得很脆，强度也显著下降。因此，工业上用的锡青铜的含锡量一般为3%14%。Sn5%的锡青铜适宜于冷加工使用，含锡5%7%的锡青铜适宜于热加工，大于10%Sn的锡青铜适合铸造。锡青铜的性能锡青铜的性能：良好的耐蚀性、减磨性、抗磁性和良好的耐蚀性、减磨性、抗磁性和低温韧性，在大气、海水、蒸气、淡水及无机盐溶低温韧性，在大气、海水、蒸气、淡水及无机盐溶液中的耐蚀性比纯

15、铜和黄铜好，但在亚硫酸钠、酸液中的耐蚀性比纯铜和黄铜好，但在亚硫酸钠、酸和氨水中的耐蚀性较差。和氨水中的耐蚀性较差。常用锡青铜常用锡青铜：QSn4-3QSn4-3、QSn6.5-0.4QSn6.5-0.4、 ZCuSn10Pb1ZCuSn10Pb1等，主要用于制造弹性元件、耐磨零件、抗磁及耐等，主要用于制造弹性元件、耐磨零件、抗磁及耐蚀零件，如弹簧、轴承、齿轮、蜗轮、垫圈等。蚀零件，如弹簧、轴承、齿轮、蜗轮、垫圈等。o除Sn以外，锡青铜中一般含有少量Zn、Pb、P、Ni等元素。oZn提高低锡青铜的机械性能和流动性。oPb能改善青铜的耐磨性能和切削加工性能，却要降低机械性能。oNi能细化青铜的晶

16、粒，提高机械性能和耐蚀性。oP能提高青铜的韧性、硬度、耐磨性和流动性。 o以铝为主要合金元素的铜合金称为铝青铜。oAl的质量分数应控制在12%以下。o铝青铜的强度和抗蚀性比黄铜和锡青铜还高，它是锡青铜的代用品，常用来制造弹簧、船舶零件等。 o铝青铜可通过热处理进行强化。o其强化原理是利用淬火能获得类似钢的马氏体的介稳定组织，使合金强化。o铝青铜有良好的铸造性能。在大气、海水、碳酸及大多数有机酸中具有比黄铜和锡青铜更高的耐蚀性，此外，还有耐磨损、冲击时不发生火花等特性。o但铝青铜也有缺点，它的体积收缩率比锡青铜大，铸件内容易产生难熔的氧化铝，难于钎焊，在过热蒸汽中不稳定。 o以铍为合金化元素的铜

17、合金称为铍青铜。o铍青铜的含铍量在1.7%2.5%之间，铍溶于铜中形成固溶体，固溶度随温度变化很大，它是唯一可以固溶时效强化的铜合金，经过固溶处理和人工时效后，可以得到很高的强度和硬度。 o热处理强化后的抗拉强度可高达12501500MPa，HB可达350400，远远超过任何铜合金，可与高强度合金钢媲美。o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。 4.4.白铜白铜l以以镍镍为主要合金元素

18、的铜合金称为主要合金元素的铜合金称白铜白铜。分。分和和。是是Cu-NiCu-Ni二元合金，具有二元合金，具有较高的耐蚀性较高的耐蚀性 和抗腐蚀疲劳性能及优良的冷热加工性能。和抗腐蚀疲劳性能及优良的冷热加工性能。 l普通白铜牌号：普通白铜牌号：。 常用牌号有常用牌号有B5B5、B19B19等等 。l用于在蒸汽和海水环境下工作的精密机械用于在蒸汽和海水环境下工作的精密机械, ,仪表仪表零件及冷凝器零件及冷凝器, ,蒸馏器蒸馏器, ,热交换器等。热交换器等。o特殊白铜特殊白铜是在普通白铜基础上添加是在普通白铜基础上添加ZnZn、MnMn、AlAl等元素等元素形成的，分别称形成的，分别称锌白铜、锰白铜、铝白铜锌白铜、锰白铜、铝白铜等。等。o其其o常用牌号如常用牌号如。o用于制造精密机械、仪表零件及医疗器械等。用于制造精密机械、仪表零件及医疗器械等。