铜及铜合金(上课用)

1、金属铜是唯一的能大量天金属铜是唯一的能大量天然产出的金属，也存在于各然产出的金属，也存在于各种矿石种矿石(例如黄铜矿、辉铜例如黄铜矿、辉铜矿、斑铜矿、赤铜矿和孔雀矿、斑铜矿、赤铜矿和孔雀石石CuSO4 2H2O)中中 。孔雀石孔雀石黄铜矿黄铜矿CuFeSCuFeS2 2 辉铜矿辉铜矿CuCu2 2S S 蓝铜矿蓝铜矿CuCu3 3(CO(CO3 3) )2 2(OH)(OH)2 2 赤铜矿赤铜矿CuCu2 2O O 每生产每生产100万发子弹，需用铜万发子弹，需用铜13-14吨吨 （炮铜）（炮铜）电力输送中需要大量消耗高导电性的铜电力输送中需要大量消耗高导电性的铜 1996年建成的香港天坛大佛

2、，使用锡、锌、铅年建成的香港天坛大佛，使用锡、锌、铅青铜青铜铸造拼接而成，铸造拼接而成，高高26米，重米，重206吨。吨。1997年建成的浙江普陀山南海观音大佛，高年建成的浙江普陀山南海观音大佛，高20米，重米，重 70吨吨在铜币的应用中，除了变化尺寸以外，在铜币的应用中，除了变化尺寸以外， 可以很方便地采用不同合金成分、改可以很方便地采用不同合金成分、改 变合金色彩来制造和区分不同面值的变合金色彩来制造和区分不同面值的 货币。常用的有含货币。常用的有含25镍的镍的“银币银币”， 含含 20锌和锌和1锡的黄铜币以及含少锡的黄铜币以及含少 量锡（量锡（3%）和锌（）和锌（l.5%）的）的“铜铜”

3、币币元素符号元素符号Cu，原子量原子量63.5铜具有良好的导电、导热性，仅次铜具有良好的导电、导热性，仅次于银而居第二于银而居第二焰色反应呈绿色。焰色反应呈绿色。密度密度8.92g/cm3熔点熔点1083铜和它的一些合金有较好的铜和它的一些合金有较好的耐腐蚀耐腐蚀能力，室能力，室外常温下铜在大气中的氧化速度很慢，表面外常温下铜在大气中的氧化速度很慢，表面生成一层黑色氧化性保护膜。温度高于生成一层黑色氧化性保护膜。温度高于130后，铜的氧化速度才开始增加。高温下铜的后，铜的氧化速度才开始增加。高温下铜的表面生成一层致密的表面生成一层致密的红色氧化亚铜红色氧化亚铜（Cu2O）膜。铜在潮湿空气中久置

4、后，铜表面会生成膜。铜在潮湿空气中久置后，铜表面会生成一层一层铜绿铜绿，Cu (OH)2 Cu CO3 或或CuSO4 Cu(OH)2 。 纯铜的纯铜的抗拉强度抗拉强度低，退火状态下的纯铜低，退火状态下的纯铜抗拉强度约抗拉强度约为为220MPa，伸长率伸长率约为约为45%50%，硬度硬度HB约为约为4050HBS 具有高的塑性，可具有高的塑性，可冷、热压力加工冷、热压力加工，可制成管、，可制成管、棒、线、条、带、板、箔等铜材棒、线、条、带、板、箔等铜材 。 经冷加工变形后强度增至经冷加工变形后强度增至392MPa490MPa，塑性显著，塑性显著降低，伸长率可降至降低，伸长率可降至2%纳米铜的室

5、温超塑性 合金：合金：由两种或两种以上的金属或非金属所组成的由两种或两种以上的金属或非金属所组成的具有金属特性的物质。具有金属特性的物质。 目前已能制备目前已能制备1600多种铜合金，主要的系列有：多种铜合金，主要的系列有：铜锌合金铜锌合金铜锡合金铜锡合金铜镍合金铜镍合金锰铜合金锰铜合金铍（青）铜合金铍（青）铜合金（一）黄铜（一）黄铜（Cu-Zn合金）合金） 黄铜具有良好的工艺性能、机械性能、较高的黄铜具有良好的工艺性能、机械性能、较高的导电和导热性，黄铜还具有价格便宜优点。导电和导热性，黄铜还具有价格便宜优点。，是有色金属中应用最广，是有色金属中应用最广的合金材料之一。的合金材料之一。黄铜的

6、分类黄铜的分类 根据黄铜中所含合金元素种类的不同，黄铜分根据黄铜中所含合金元素种类的不同，黄铜分为为普通黄铜普通黄铜和和特殊（复杂）黄铜特殊（复杂）黄铜两种。两种。 普通黄铜是铜锌二元合金。如果是由二种以上普通黄铜是铜锌二元合金。如果是由二种以上的元素组成的多种合金就称为的元素组成的多种合金就称为特殊黄铜特殊黄铜。如由。如由铅、锡、锰、镍、铅、铁、硅组成的铜合金。铅、锡、锰、镍、铅、铁、硅组成的铜合金。 在眼镜行业中，通常采用在眼镜行业中，通常采用HPb59-1铅黄铜铅黄铜来制来制造中低档眼镜铰链和配件。造中低档眼镜铰链和配件。 HPb59-1：铜：铜：59%，铅，铅1%。 1.普通黄铜：如：

7、普通黄铜：如：H96，H80，H70，H68，H59等。等。 根据根据CuZn二元状态图，黄铜的室温组织有三种：二元状态图，黄铜的室温组织有三种： 含锌量在含锌量在35%以下的黄铜，室温下的显微组织由单相的以下的黄铜，室温下的显微组织由单相的固固溶体组成，称为溶体组成，称为黄铜，退火处理后的黄铜，退火处理后的黄铜能承受黄铜能承受极大的塑极大的塑性变形性变形 ； 含锌量在含锌量在36%46%范围内的黄铜，室温下的显微组织由范围内的黄铜，室温下的显微组织由（+）两相组成，称为（）两相组成，称为（+）黄铜（两相黄铜）；）黄铜（两相黄铜）； 含锌量超过含锌量超过46%50%的黄铜，室温下的显微组织仅由

8、的黄铜，室温下的显微组织仅由相相组成，称为组成，称为黄铜，其组织如图黄铜，其组织如图 。铸态黄铜的力学性能与含锌量及组织的关系铸态黄铜的力学性能与含锌量及组织的关系 H90 （ H80）有优良的耐蚀性、导热性和冷变形能力，并呈金黄色，有金色黄铜之称。常用于镀层、艺术装饰品、奖章、散热器等。 H70（H68）俗称三七黄铜，有优良的冷热塑性变形能力，适宜用冷冲压制造形状复杂而要求耐蚀的管、套类零件，如弹壳、波纹管等，故又有弹壳黄铜之称。 H62、H59 俗称四六黄铜。当 wZn=3945%时，室温下的组织为+ 。在实际生产条件下，当wZn32%时，即出现+ 组织。强度较高，有一定的耐蚀性，广泛用来

9、制作电器上要求导电、耐蚀及适当强度的结构件，如螺栓、螺母、垫圈、弹簧及机器中的轴套等，有商业黄铜之称 为了提高黄铜的耐蚀性、强度、硬度和切削性等，在为了提高黄铜的耐蚀性、强度、硬度和切削性等，在铜铜-锌合金中加入少量（一般为锌合金中加入少量（一般为1%2%，少数达，少数达3%4%，极个别的达，极个别的达5%6%）锡锡、铝、铝、锰锰、铁、铁、硅、硅、镍镍等元素，构成三元、四元、甚至五元合金，即等元素，构成三元、四元、甚至五元合金，即为复杂黄铜，亦称为复杂黄铜，亦称复杂黄铜。复杂黄铜。 实例：实例：镍黄铜镍黄铜：镍与铜能形成连续固溶体，：镍与铜能形成连续固溶体，65Cu-30Zn-5Ni是典型的镍

10、黄镍黄铜铜，镍能提高合金的强度和韧性，并能增强合金的抗脱锌及抗应力镍能提高合金的强度和韧性，并能增强合金的抗脱锌及抗应力腐蚀的能力。腐蚀的能力。眼镜上的螺钉及架子一般用眼镜上的螺钉及架子一般用H62:它的强度较高，并有一定的耐蚀性，它的强度较高，并有一定的耐蚀性，缺点是在汗水的腐蚀下会生铜锈。缺点是在汗水的腐蚀下会生铜锈。黄铜精密异型材黄铜精密异型材 眼镜铰链眼镜铰链 青铜原指青铜原指Cu-Sn合金，是人类应用最早的一种合金，合金，是人类应用最早的一种合金，现包括：现包括：锡青铜锡青铜，铝青铜铝青铜，铍青铜铍青铜，硅青铜硅青铜等。等。 牌号：牌号： “Q”+第一个主加元素符号及其名义质量第一个

11、主加元素符号及其名义质量分数分数+数字（其他合金元素的名义质量分数）；如数字（其他合金元素的名义质量分数）；如QSn4-3 铸造青铜：铸造青铜：ZCuSn10P1锡青铜锡青铜它的机械性能与它的机械性能与含锡量含锡量有关。有关。1. 当当Sn5%6%时，时，Sn溶于溶于Cu中，形成面心立方晶格的中，形成面心立方晶格的固固溶体，随着含锡量的增加，合金的强度和塑性都增加。溶体，随着含锡量的增加，合金的强度和塑性都增加。2. 含含Sn量量56%，锡青铜的室温组织为，锡青铜的室温组织为+共析体共析体(+)。相是以电子化合物相是以电子化合物Cu31Sn8为基的固溶体，是一个硬脆相，为基的固溶体，是一个硬脆

12、相，虽然强度继续升高，但塑性却会下降。虽然强度继续升高，但塑性却会下降。 3. 当当Sn20%时，由于出现过多的时，由于出现过多的相，使合金变得很脆，强相，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%。 除除Sn外，锡青铜中一般含有少量外，锡青铜中一般含有少量Zn、Pb、P、Ni等元素：等元素：1. Zn提高低锡青铜的机械性能和流动性。提高低锡青铜的机械性能和流动性。2. Pb能改善青铜的耐磨性能和切削加工性能，却要降低机械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。性能。3. Ni能细化青铜的晶粒，

13、提高机械性能和耐蚀性。能细化青铜的晶粒，提高机械性能和耐蚀性。4. P能提高青铜的韧性、硬度、耐磨性和流动性。能提高青铜的韧性、硬度、耐磨性和流动性。 铝青铜以铝为主加元素的铜合金，具有比锡青铜更好的耐蚀性、更好的力学性能。应用：高强度、高耐磨性、耐蚀的零件，如弹簧、齿轮、摩擦轮，传动机构等。牌号：QAl11-6-6，QAl10-5-5.铍青铜铍青铜 热处理强化后的抗拉强度可高达热处理强化后的抗拉强度可高达12501500MPa，HB可达可达350400，远远超过任何铜合金，可与高强度合金钢媲美。，远远超过任何铜合金，可与高强度合金钢媲美。铍青铜的铍青铜的含铍量在含铍量在1.7%2.5%之间之

14、间，铍溶于铜中形成，铍溶于铜中形成固溶体。固溶体。铍青铜铍青铜具有很高的弹性极限具有很高的弹性极限（弹性之王）、疲劳强度、耐磨性（弹性之王）、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。不发生火花。牌号牌号成分成分状态状态抗拉强度抗拉强度伸长率伸长率弹性模量弹性模量硬度硬度QBe2Be软态软态450-50040117900维氏维氏加工态加工态95031212500维氏维氏铍青铜的力学性能铍青铜的力学性能注意注意：青铜切屑性能较差，在后续工序中应注意其开裂现象：青铜切屑性能较差，在后续工序中应注意其开裂现象在镜架中的应用在镜架中的应用 在铜合金中青铜的耐磨性、弹性以及耐腐蚀性在铜合金中青铜的耐磨性、弹性以及耐腐蚀性能是最好的，但它的脆性比较大。能是最好的，但它的脆性比较大。 在镜架制造上，主要用来制造在镜架制造上，主要用来制造。水晶老眼镜水晶老眼镜 以镍为主要合金元素的铜基合金，因多数呈银白色而以镍为主要合金元素的铜基合金，因多数呈银白色而得名，铜和