铜及铜合金ppt课件

1、第4章铜和铜合金，4.1概述4.2纯铜4.3铜合金4.4铜合金的应用，1，4.1概述，铜是人类最早使用的金属。早在史前时代，人们就开始开采露天铜矿，并用获得的铜制造武器、工具和其他器具。铜的使用对早期人类文明的进步产生了深远的影响。铜存在于地壳和海洋中。地壳中铜的含量约为0.01，在一些铜矿床中，铜的含量可达35。自然界中的铜大多以化合物的形式存在，即铜矿物。铜矿物和其他矿物聚合成铜矿石，开采的铜矿石被精选成含铜量较高的铜精矿。铜矿石有三种类型：(1)硫化矿，如黄铜矿(CuFeS2)、斑铜矿(Cu5FeS4)和辉铜矿(Cu2S)。(2)氧化矿石，如红色铜矿石(Cu2O)、孔雀石CuCO3Cu(

2、OH)2、蓝色铜矿石CuCO3Cu(OH)2、金云母(CuSiO32H2O)等。(3)天然铜。铜矿石中的铜含量约为1 (0.53)，这对于采矿是有价值的，因为矿石中的一些脉石和其他杂质可以通过浮选方法除去，并且可以获得高铜含量(835)的精矿石。2，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欧姆平方毫米/米，线膨胀数17.610-6/，热导率0-100 399瓦/千焦。软态280兆帕，伸长率40%，4.1概述，3。从铜矿中开采的铜矿石经过选矿后成为铜精矿或铜品位较高的铜矿石，铜精矿在成为精铜和铜产品之前需要经过冶炼委托。目前，世界上铜的冶炼方法主要有两

3、种：火法冶炼和湿法冶炼。1)火法冶炼和电解细火法冶炼生产阴极铜。除铜精矿外，废铜是精炼铜的主要原料之一，包括旧废铜和新废铜。旧的废铜来自旧的设备和机器，废弃的建筑和地下管道；新的废铜来自加工厂丢弃的废铜(铜材料的产出比约为50)。总的来说，废铜的供应相对稳定，废铜可分为：裸杂铜：品位在90%以上；黄杂铜(线):含铜材料(旧电机、电路板)；从废铜和其他类似材料中产生的铜也被称为再生铜。湿法：适用于低品位氧化铜，生产的精炼铜称为电积铜。4.1概述，4.1概述，5。工业纯铜的牌号和用途含铜99.90-99.99%。铜加工国家标准分为9个等级：纯铜3枚，无氧铜3枚，磷脱氧铜2枚，银铜1枚；高纯铜的纯度

4、可达99%。99.9999%，也称为4N、5N和6N铜。工业纯铜的品牌用字母T加序号表示，如T1、T2、T3等。数量的增加表明纯度的降低。无氧铜用“t”和“u”加上序列号表示，如TUl和TU2。用磷和锰脱氧的无氧铜用脱氧剂的化学元素符号表示，如TUP和TUMn。4.2纯铜，6，纯铜导电性和导热性：高导电性和导热性，仅次于银。工业纯金属的电导率和热导率从高到低的顺序是：银、铜、铝、镁、锌、镉、钴、铁、铂、锡、铅和锑。铜的电阻率和热导率分别为1.613厘米和402毫焦；在20时。银色1.590厘米，银色419毫米。用途：电线、电缆、导电卡、电气开关等各种导电设备，以及各种冷凝管、散热管、热交换器、

5、真空电弧炉结晶器等。导电设备的数量占总铜材料的一半以上。所有杂质和添加的元素都会不同程度地降低铜的导电性和导热性。溶解在铜中的元素(银和镉除外)对铜的导电性和导热性的降低更大，而在第二相中沉淀的元素对铜的导电性和导热性的降低更小。钛、磷、硅、铁、钴、砷、铍、锰和铝强烈降低铜的导电性。冷变形对铜的导电性影响不大。铜在大气中具有良好的耐腐蚀性。暴露在大气中的铜可形成不溶于水并与基底紧密结合的碱性硫酸铜(即硫酸铜)或碱性碳酸铜(氯化铜)膜，该膜可保护铜并防止其继续腐蚀。铜在淡水和蒸汽中具有良好的耐腐蚀性。因此，大量的电线、水管、冷凝管等。竖立在田野里的东西不需要保护。铜在海水中的腐蚀速率不大，约为0

6、.05毫安；添加0.150.3As可以显著提高铜对海水的耐蚀性。铜在非氧化性酸(如盐酸)、碱和各种有机酸(如乙酸、柠檬酸、脂肪酸、乳酸和草酸)中具有良好的耐腐蚀性。然而，铜在氧化剂和氧化性酸(如硝酸)中不耐腐蚀。氨、氯化铵、氰化物、汞盐水溶液和潮湿的卤素元素都会对铜造成强烈腐蚀。铜在常温干燥空气中几乎不氧化，但当温度超过100时开始氧化，在其表面形成黑色的氧化铜膜。在高温下，铜的氧化速率大大增加，表面形成红色的Cu20薄膜。8，4.2纯铜，磁性：它是一种反磁性物质，磁化率为-0.08510-6，常用于制造不受磁场干扰的磁性仪器，如指南针和航空仪器。当铁磁性杂质(铁、钴、镍)不溶于铜时，就会出现

7、铁磁性。T1或T2铜被用作磁性仪器的结构材料。铁是最有害的杂质，应严格限制在0.01以下。铜软铜的机械性能：b=200240MPa，35 45HB，50，高达75。硬铜：b350400MPa，110 130 HB，伸长率=6。铜是面心立方晶格，有许多滑移系，容易变形。退火铜可以压缩8595，无需中间退火，无裂纹。纯铜在500600时表现出“中温脆性”，热加工应在高于脆性区的温度下进行。中温脆性是由分布在晶界上的低熔点金属铅、铋和铜形成的低熔点共晶引起的。它以液态存在于中温晶界，导致热脆性。在较高的温度下，由于铅和铋在铜中的固溶度增加，微量的铅和铋溶解在铜颗粒中，不会造成伤害，从而增加了塑性。9

8、、4.2纯铜、杂质和微量元素对铜压制加工性的影响纯铜中的杂质可分为三类：溶解在铜中的杂质和微量元素；很少溶于铜并与铜形成共晶的杂质和微量元素；几乎不溶于铜的杂质和微量元素，与铜形成熔点较高的脆性化合物。杂质元素对铜塑性的影响取决于铜与元素之间的相互作用。当杂质元素溶解在铜中时，它们几乎没有影响。如果杂质元素和铜形成低熔点的共晶，就会发生“热脆性”。如果由杂质元素和铜形成的脆性化合物分布在晶界上，就会发生“冷脆性”。磷：溶解在铜中的杂质磷。当熔点为44，700时，磷在铜中的溶解度为1.75，但在200时仅为0.4。当温度降低时，磷在铜中的溶解度也降低。磷显著降低了铜的导电性和导热性，但它有利于铜

9、的机械性能，尤其是可焊性。磷常被用作铜的脱氧剂，改善铜液的流动性。过量的磷会产生Cu3P脆性化合物，导致“冷脆性”，因此过量的磷是有害的。10，4.2纯铜，砷：熔点613，溶于固体铜7.5。少量的砷对铜的力学性能没有明显的影响，但会显著降低铜的导电性和导热性。砷能提高铜的再结晶温度和耐热性；此外，砷显著提高了铜的耐蚀性，在用作冷凝管的铜管中加入了少量的砷；它还可以改善含氧铜的加工性能。锑：熔点为630，在共晶温度(645)下，锑在铜中的固溶度为11。随着温度的降低，溶液的粘度增加铅限制在0.0050.05。11，4.2纯铜，铋：熔点271，不溶于铜，在270与铜形成低熔点共晶(铜铋)。铋以低熔

10、点共晶薄膜的形式分布在铜的晶界上。热加工时，薄膜熔化并导致“热脆性”。铋本身是脆性相，使铜在冷状态下变脆，因此，铋不仅造成“热脆性”，而且造成“冷脆性”，对铜危害严重。铋的限量不超过0.002。氧：不溶于铜，与铜形成高熔点的脆性化合物Cu2O。当含氧铜冷凝时，氧以共晶(Cu2O)形式沉淀并分布在晶界上。共晶温度很高(1066)，对热变形性能没有影响，但Cu2O硬而脆，冷变形困难，导致金属“冷脆性”。当含氧铜在氢或还原性气氛中退火时，会出现“氢病”。“氢病”的本质是在退火过程中，氢或还原气氛容易渗透到铜中，用氧化铜氧化形成水蒸气或CO2。在氢气中退火的氧含量为0.01的100克铜将形成140立方

11、厘米的蒸汽。产生的水蒸气不能扩散，在铜中形成高压，破坏铜。氧含量为0.005的铜被称为“氢病”。根据氧含量和生产方法，纯铜可分为无氧铜、脱氧铜和纯铜，其中只有无氧铜可在高温还原气氛中加工使用。12，4.2纯铜，硫：形成共晶系相图，共晶温度较高，对铜的热变形没有明显影响。共晶(Cu2S)集中在晶界上，Cu2S硬而脆，使金属“冷脆”。最大允许硫含量为0.0050.01。硒和碲：在固体铜中的溶解度极小，导致Cu2Se和Cu2Te的脆性化合物，在凝固过程中沿晶界沉淀，导致“冷脆性”。含0.003硒和0.0050.003碲的铜会降低其可焊性。13，4.3铜合金分类和强化方法，铜合金：黄铜、白铜和青铜。黄

12、铜：简单黄铜和复杂黄铜。简单黄铜：铜锌二元合金，用“H”表示，H后的数字表示合金的平均铜含量，如H70，表示铜含量为70，其余为锌。复杂黄铜：少量铅、锡、铝、锰等。加入到铜锌合金中形成多元合金。第三种成分是称为铅的铅黄铜和称为铝的铝黄铜。例如，HSn70-1代表含70Cu、1Sn和余量锌的锡黄铜。多元合金配以含量最高的第三元素，如HMN 57-31: 57铜、3Mn、1Al、锰黄铜，余量为锌；Hal 66-632: 66cu、6Al、3Fe、2Mn和Zn基铝黄铜白铜：以镍为主要合金元素的铜基铜合金。由B代表.例如，BlO为10Ni，其余为铜；B30是一种铜镍合金，含30%的镍，其余为铜。青铜：

13、除黄铜和白铜外的铜合金。按主要添加元素(如锡、铝、铍等)分别命名为锡青铜、铝青铜和铍青铜。)，用化学符号和Q主要添加元素的百分含量表示，如QSn6.5-0.1为6.5Sn，0.1P，其余为铜锡磷青铜。QA15是5A1铝青铜，其余为铜。铍青铜，QBe2为2，其余为铜。14，4.3铜合金黄铜，4.3.1黄铜普通黄铜各相的组成和特征在铜锌二元体系的相图中，有六个固态相。该相为铜基固溶体，其晶格常数随着锌含量的增加而增加。锌在铜中的溶解度与普通合金相反，并且随着温度的降低而增加。固溶度在456时达到最大值(39 Zn)。之后，锌在铜中的溶解度随着温度的降低而降低。在锌含量约为25%的相区，Cu3Zn化

14、合物有两次有序转变。x射线、电阻和差热分析表明，无序固溶体在约450转变为l-有序固溶体，l-有序固溶体在约217转变为2-有序固溶体。固溶体具有良好的塑性，可冷热加工，具有良好的焊接性该相是基于电子化合物Cu5Zn8的复杂立方晶格固溶体，硬而脆，难以压制，不用于工业。因此，工业黄铜中的锌含量低于46，不含任何相。工业黄铜根据其退火结构可分为黄铜和双相黄铜。黄铜仅用作焊料。WZn36: H96H65黄铜为单相黄铜，黄铜铸态组织中存在枝晶偏析，支轴含铜量高，不易腐蚀；它是明亮的颜色，而且树枝含有较多的锌，容易腐蚀，所以它是深色的。经过变形和再结晶退火后，获得了等轴晶，出现了许多退火孪晶，这是铜合

15、金变形后退火组织的特征。4.3铜合金黄铜，18，含3646锌、H62至H59的两相黄铜属于这一类。在凝固过程中，包晶反应发生形成相。凝固后，合金具有单相结构。当冷却到两相区时，这些相是自沉淀的。当剩余相冷却至有序转变温度(456)时，无序相转变为有序相，并且合金在室温下具有两相结构。铸态黄铜颜色明亮(由于锌少和腐蚀少)，颜色黑色(由于锌多和腐蚀深)。变形和再结晶退火后，该相具有孪晶特征，但该相不具有孪晶特征。铜合金黄铜性能变化与锌含量的关系。物理性能：二元黄铜的密度随着锌含量的增加而降低，而线膨胀系数随着锌含量的增加而增加。电导率和热导率随着区域锌含量的增加而降低，但当锌含量高于39%时，电导

16、率在合金出现时再次上升，当锌含量达到50%时达到峰值。力学性能：在WZn30，随着锌含量的增加，b和b同时增加，这在固溶强化合金中是罕见的，当锌含量在3032%范围内时达到最大值。此后，随着相的出现和增加，塑性急剧下降。然而，硼增加，直到锌含量为45。锌含量为45%时，B值最高。当锌含量超过45%时，该相完全消失，取而代之的是硬脆相，导致b .变形和退火后的性能急剧下降：随着锌含量的增加，其强度和塑性增加。当锌含量为30%时，塑性最好，适用于深冲和冷拔，广泛用于制造壳体，因此H70黄铜被称为“壳体黄铜”。相强度较高，但室温下处于有序状态，塑性很低。该相在室温下更硬更脆。4.3铜合金黄铜，20，黄铜具有良好的塑性，适用于冷热加工。所有黄铜在200600温度范围内都有一个中温低塑性区，主要受微量杂质(铅、锑、铋等)的影响。)，与铜形成低熔点共晶，最终凝结在晶界上，形成低熔点共晶膜，从而在热加工过程中产生“热脆性”。然而，黄铜的塑性随着温度的升高而显著增加，这表明这些杂质在高温下的溶解度显著增加。脆性区的温度范围