第八章有色金屬及其合金銅合金課件

銅及銅合金銅及銅合金純銅：面心立方晶格，原子量63.54，密度8.9，熔點1083℃電阻率0.01673歐姆mm2/m，線性膨脹數(shù)17.6×10-6/℃，導(dǎo)熱率0-100℃399W/mk。軟態(tài)280MPA，延伸率≥40%純銅：面心立方晶格，原子量63.54，密度8.9，熔點10

銅是人類最早使用的金屬。早在史前時代,人們就開始采掘露天銅礦,并用獲取的銅制造武器、工具和其他器皿，銅的使用對早期人類文明的進(jìn)步影響深遠(yuǎn)。銅存在于地殼和海洋中。銅在地殼中的含量約為0.01％，在個別銅礦床中，銅的含量可以達(dá)到3－5％。自然界中的銅，多數(shù)以化合物即銅礦物存在。銅礦物與其他礦物聚合成銅礦石，開采出來的銅礦石，經(jīng)過選礦而成為含銅品位較高的銅精礦。銅礦石分為三類：

（1）硫化礦，如黃銅礦(CuFeS2)、斑銅礦(Cu5FeS4)和輝銅礦(Cu2S)等。

（2）氧化礦，如赤銅礦(Cu2O)、孔雀石[CuCO3Cu(OH)2]、藍(lán)銅礦[2CuCO3Cu(OH)2]、硅孔雀石(CuSiO32H2O)等。（3）自然銅。銅礦石中銅的含量1％左右（0.5％～3％）便有開采價值，因為采用浮選法可以把礦石中一部分脈石等雜質(zhì)除去，而得到含銅量較高（8％～35％）的精礦砂。銅是人類最早使用的金屬。早在史前時代,人們就開始從銅礦中開采出來的銅礦石，經(jīng)過選礦成為含銅品位較高的銅精礦或者說是銅礦砂，銅精礦需要經(jīng)過冶煉提成,才能成為精銅及銅制品.目前，世界上銅的冶煉方式主要有兩種：火法冶煉與濕法冶煉1．火法:

通過熔融冶煉和電解精火煉生產(chǎn)出陰極銅，也即電解銅，一般適于高品位的硫化銅礦。除了銅精礦之外,廢銅做為精煉銅的主要原料之一，包括舊廢銅和新廢銅，舊廢銅來自舊設(shè)備和舊機(jī)器，廢棄的樓房和地下管道；新廢銅來自加工廠棄掉的銅屑(銅材的產(chǎn)出比為50％左右),一般廢銅供應(yīng)較穩(wěn)定，廢銅可以分為：裸雜銅:品位在90％以上；黃雜銅（電線）:含銅物料（舊馬達(dá)、電路板）；由廢銅和其他類似材料生產(chǎn)出的銅，也稱為再生銅。

2．濕法:

一船適于低品位的氧化銅，生產(chǎn)出的精銅稱為電積銅。從銅礦中開采出來的銅礦石，經(jīng)過選礦成為含銅品位較高的銅精礦或第八章有色金屬及其合金銅合金ppt課件銅及銅合金具有以下性能特點。

1．有優(yōu)異的物理化學(xué)性能。純銅導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性極佳，許多銅合金的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性也很好；銅及銅合金對大氣和水的抗腐蝕能力也很高；銅是抗磁性物質(zhì)。

2．有良好的加工性能。銅及某些銅合金塑性很好，容易冷、熱成型；鑄造銅合金有很好的鑄造性能。

3．有某些特殊的機(jī)械性能。例如優(yōu)良的減摩性和耐磨性（如青銅及部分黃銅）；高的彈性極限及疲勞極限（鈹青銅等）。

4．色澤美觀。

銅及銅合金具有以下性能特點。

1．有優(yōu)異的物理化學(xué)性能。純銅由于有以上優(yōu)良性能，銅及銅合金在電氣工業(yè)、儀表工業(yè)、造船工業(yè)及機(jī)械制造工業(yè)部門中獲得了廣泛的應(yīng)用。但銅的儲藏量較小，價格較貴，屬于應(yīng)節(jié)約使用的材料之一，只有在特殊需要的情況下，例如要求有特殊的磁性、耐蝕性、加工性能、機(jī)械性能以及特殊的外觀等條件下，才考慮使用。由于有以上優(yōu)良性能，銅及銅合金在電氣工業(yè)、儀表工業(yè)、造船工業(yè)50年內(nèi)將開采殆盡的礦種有：金剛石（6年）；鉛（10年）；銀（16年）；金（18年）；石膏（21年）；鋅（22年）；石墨（22年）；銻（24年）；硫（24年）；銅（26年）；重晶石（26年）；硼（38年）；石油（40年）；鉬（42年）；錫（44年）；鎳（46年）。50-100年間將開采殆盡的礦種有：天然氣（64年）；鎢（64年）；磷（79年）；鈦（95年）；錳（97年）。100-200年間將開采殆盡的礦種有：鈾（110年）；石棉（126年）；鐵（150年）；鈷（166年）；鋁（192年）。50年內(nèi)將開采殆盡的礦種有：50-100年間將開采殆盡的礦種純銅（紫銅）純銅是玫瑰紅色金屬，表面形成氧化銅膜后，外觀呈紫紅色，故常稱為紫銅。純銅主要用于制作電工導(dǎo)體以及配制各種銅合金。純銅（紫銅）純銅是玫瑰紅色金屬，表面形成氧化銅膜后，外觀呈紫工業(yè)純銅中含有錫、鉍、氧、硫、磷等雜質(zhì)，它們都使銅的導(dǎo)電能力下降。鉛和鉍能與銅形成熔點很低的共晶體（Cu＋Pb）和（Cu＋Bi），共晶溫度分別為326℃和270℃，分布在銅的晶界上。進(jìn)行熱加工時（溫度為820℃-860℃），因共晶體熔化，破壞晶界的結(jié)合，使銅發(fā)生脆性斷裂（熱裂）。硫、氧與銅也形成共晶體（Cu＋Cu2S）和（Cu＋Cu2O），共晶溫度分別為1067℃和1065℃，因共晶溫度高，它們不引起熱脆性。但由于Cu2S、Cu2O都是脆性化合物，在冷加工時易促進(jìn)破裂（冷脆）。

工業(yè)純銅中含有錫、鉍、氧、硫、磷等雜質(zhì)，它們都使銅的導(dǎo)電能力工業(yè)純銅的牌號及應(yīng)用

純銅含銅99.90-99.99%，加工銅國家標(biāo)準(zhǔn)有9個牌號：3個純銅牌號、3個無氧銅牌號、2個磷脫氧銅牌號、1個銀銅牌號；高純銅純度可達(dá)99.99%—99.9999%，又稱為4N、5N、6N銅。工業(yè)純銅的牌號用字母T加上序號表示，如T1，T2，T3等，數(shù)字增加表示純度降低。無氧銅用“T”和“U”加上序號表示，如TUl、TU2。主要用來制作電真空器件及高導(dǎo)電性銅線。這種導(dǎo)線能抵抗氫的作用，不發(fā)生氫脆現(xiàn)象。導(dǎo)電率高，加工性能和焊接性能、耐蝕性能和低溫性能均好。用磷和錳脫氧的無氧銅，在TU后面加脫氧劑化學(xué)元素符號表示，如TUP、TUMn。工業(yè)純銅的牌號及應(yīng)用根據(jù)雜質(zhì)的含量，工業(yè)純銅可分為四種：T1、T2、T3、T4?！癟”為銅的漢語拼音字頭，編號越大，純度越低。工業(yè)純銅的牌號、成分及用途見表:紫銅加工產(chǎn)品的牌號、成分及用途根據(jù)雜質(zhì)的含量，工業(yè)純銅可分為四種：T1、T2、T3、T4。黃銅

銅鋅合金或以鋅為主要合金元素的銅合金稱為黃銅。黃銅具有良好的塑性和耐腐蝕性，良好的變形加工性能和鑄造性能，在工業(yè)中有很強的應(yīng)用價值。按化學(xué)成分的不同，黃銅可分為普通黃銅和特殊黃銅兩類。表是常用黃銅的牌號、成分、性能和用途。黃銅銅鋅合金或以鋅為主要合金元素的銅合金稱為黃銅。黃銅具第八章有色金屬及其合金銅合金ppt課件1．普通黃銅

普通黃銅是銅鋅二元合金。α相是鋅溶于銅中的固溶體，其溶解度隨溫度的下降而增大。α相具有面心立方晶格，塑性好，適于進(jìn)行冷、熱加工，并有優(yōu)良的鑄造、焊接和鍍錫的能力。β′相是以電子化合物CuZn為基的有序固溶體，具有體心立方晶格，性能硬而脆。Cu-Zn二元相圖1．普通黃銅普通黃銅是銅鋅二元合金。α相是鋅溶于銅中的固溶黃銅的含鋅量對其機(jī)械性能有很大的影響。當(dāng)Zn≤30%～32%時，鋅完全固溶于銅中形成α相，隨著含鋅量的增加，強度和延伸率都升高；當(dāng)Zn>32%后，因組織中出現(xiàn)β‘相，強度繼續(xù)增加，而塑性開始下降，強度在Zn=45%附近達(dá)到最大值。含Zn更高時，黃銅的組織全部為β＇相，強度與塑性急劇下降。黃銅的含鋅量對其機(jī)械性能有很大的影響。當(dāng)Zn≤30%～32%第八章有色金屬及其合金銅合金ppt課件普通黃銅分為單相黃銅和雙相黃銅兩種類型。從變形特征來看，單相黃銅適宜于冷加工，而雙相黃銅只能熱加工。常用的單相黃銅牌號有H80、H70、H68等，“H”為黃銅的漢語拼音字首，數(shù)字表示平均含銅量。它們的組織為α，塑性很好，可進(jìn)行冷、熱壓力加工，適于制作冷軋板材、冷拉線材、管材及形狀復(fù)雜的深沖零件。常用雙相黃銅的牌號有H62、H59等，退火狀態(tài)組織為α＋β＇。由于室溫β＇相很脆，冷變形性能差，而高溫β相塑性好，因此它們可以進(jìn)行熱加工變形。通常雙相黃銅熱軋成棒材、板材，再經(jīng)機(jī)加工制造各種零件。普通黃銅分為單相黃銅和雙相黃銅兩種類型。單相黃銅

兩相黃銅

單相黃銅兩相黃銅普通黃銅

Cu-Zn二元合金，性能與含鋅量有關(guān)表示方法：常用牌號及應(yīng)用

H80、H92：藝術(shù)裝飾品、紀(jì)念章、鍍層、散熱器、雙金屬片

H68：冷沖壓管、套類零件，如彈殼、冷凝器管、散熱器管

H62：工業(yè)上應(yīng)用較多，散熱器、油管、墊片、螺釘、彈簧等H90含銅量WCu=90%黃銅普通黃銅H90含銅量WCu=90%黃銅2．特殊黃銅

為了獲得更高的強度、抗蝕性和良好的鑄造性能，在銅鋅合金中加入鋁、鐵、硅、錳、鎳等元素，形成各種特殊黃銅。黃銅鑄件黃銅棒2．特殊黃銅為了獲得更高的強度、抗蝕性和良好的鑄造性能，在特殊黃銅的編號方法是：“H＋主加元素符號＋銅含量＋主加元素含量”。例如：HPb60-1表示平均成分為60%Cu，1%Pb，余為Zn的鉛黃銅；特殊黃銅可分為壓力加工黃銅（以黃銅加工產(chǎn)品供應(yīng)）和鑄造黃銅兩類，其中鑄造黃銅在編號前加“Z”。ZCuZn31Al2表示平均成分為31%Zn，2%Al，余為Cu的鋁黃銅。

特殊黃銅的編號方法是：“H＋主加元素符號＋銅含量＋主加元素含錫黃銅：錫可顯著提高黃銅在海洋大氣和海水中的抗蝕性，也可使黃銅的強度有所提高。壓力加工錫黃銅廣泛應(yīng)用于制造海船零件。鉛黃銅：鉛能改善切削加工性能，并能提高耐磨性。鉛對黃銅的強度影響不大，略為降低塑性。壓力加工鉛黃銅主要用于要求有良好切削加工性能及耐磨的零件（如鐘表零件），鑄造鉛黃銅可以制作軸瓦和襯套。錫黃銅：錫可顯著提高黃銅在海洋大氣和海水中的抗蝕性，也可使黃鋁黃銅：鋁能提高黃銅的強度和硬度，但使塑性降低。鋁能使黃銅表面形成保護(hù)性的氧化膜，因而改善黃銅在大氣中的抗蝕性。鉛黃銅可制作海船零件及其它機(jī)器的耐蝕零件。鉛黃銅中加入適量的鎳、錳、鐵后，可得到高強度、高耐蝕性的特殊黃銅，常用于制作大型蝸桿、海船用螺旋槳等需要高強度、高耐蝕性的重要零件。鋁黃銅：鋁能提高黃銅的強度和硬度，但使塑性降低。鋁能使黃銅表硅黃銅：硅能顯著提高黃銅的機(jī)械性能、耐磨性和耐蝕性。硅黃銅具有良好的鑄造性能，并能進(jìn)行焊接和切削加工。主要用于制造船舶及化工機(jī)械零件。錳黃銅：錳能提高黃銅的強度，不降低塑性，也能提高在海水中及過熱蒸汽中的抗蝕性。錳黃銅常用于制造海船零件及軸承等耐磨部件。硅黃銅：硅能顯著提高黃銅的機(jī)械性能、耐磨性和耐蝕性。硅黃銅具鐵黃銅：黃銅中加入鐵，同時加入少量的錳，可起到提高黃銅再結(jié)晶溫度和細(xì)化晶粒的作用，使機(jī)械性能提高，同時使黃銅具有高的韌性、耐磨性及在大氣和海水中優(yōu)良的抗蝕性，因而鐵黃銅可以用于制造受摩擦及受海水腐蝕的零件。鎳黃銅：鎳可提高黃銅的再結(jié)晶溫度和細(xì)化其晶粒，提高機(jī)械性能和抗蝕性，降低應(yīng)力腐蝕開裂傾向。鎳黃銅的熱加工性能良好，在造船工業(yè)、電機(jī)制造工業(yè)中廣泛應(yīng)用。鐵黃銅：黃銅中加入鐵，同時加入少量的錳，可起到提高黃銅再結(jié)晶青銅

青銅原指銅錫合金，但是，工業(yè)上習(xí)慣把銅基合金中不含錫而含有鋁、鎳、錳、硅、鈹、鉛等特殊元素組成的合金也叫青銅。所以青銅實際上包含錫青銅、鋁青銅、鈹青銅和硅青銅等。青銅也可分為壓力加工青銅（以青銅加工產(chǎn)品供應(yīng)）和鑄造青銅兩類。青銅的編號規(guī)則是：“Q＋主加元素符號＋主加元素含量（＋其它元素含量）”，“Q”表示青的漢語拼音字頭。如QSn4-3表示成分為4%Sn、3%Zn、其余為銅的錫青銅。鑄造青銅的編號前加“Z”。青銅青銅原指銅錫合金，但是，工業(yè)上習(xí)慣把銅基合金中不含錫1．錫青銅

錫青銅是我國歷史上使用得最早的有色合金，也是最常用的有色合金之一。當(dāng)Sn≤5%～6%時，Sn溶于Cu中，形成面心立方晶格的α固溶體，隨著含錫量的增加，合金的強度和塑性都增加。當(dāng)Sn≥5%～6%時，組織中出現(xiàn)硬而脆的δ相（以復(fù)雜立方結(jié)構(gòu)的電子化合物Cu31Sn8為基的固溶體），雖然強度繼續(xù)升高，但塑性卻會下降。當(dāng)Sn＞20%時，由于出現(xiàn)過多的δ相，使合金變得很脆，強度也顯著下降。因此，工業(yè)上用的錫青銅的含錫量一般為3%～14%。Sn＜5%的錫青銅適宜于冷加工使用，含錫5%～7%的錫青銅適宜于熱加工，大于10%Sn的錫青銅適合鑄造。1．錫青銅錫青銅是我國歷史上使用得最早的有色合金，也是最常錫青銅的性能：良好的耐蝕性、減磨性、抗磁性和低溫韌性，在大氣、海水、蒸氣、淡水及無機(jī)鹽溶液中的耐蝕性比純銅和黃銅好，但在亞硫酸鈉、酸和氨水中的耐蝕性較差。常用錫青銅：QSn4-3、QSn6.5-0.4、

ZCuSn10Pb1等，主要用于制造彈性元件、耐磨零件、抗磁及耐蝕零件，如彈簧、軸承、齒輪、蝸輪、墊圈等。錫青銅的性能：良好的耐蝕性、減磨性、抗磁性和低溫韌性，在大氣除Sn以外，錫青銅中一般含有少量Zn、Pb、P、Ni等元素。Zn提高低錫青銅的機(jī)械性能和流動性。Pb能改善青銅的耐磨性能和切削加工性能，卻要降低機(jī)械性能。Ni能細(xì)化青銅的晶粒，提高機(jī)械性能和耐蝕性。P能提高青銅的韌性、硬度、耐磨性和流動性。除Sn以外，錫青銅中一般含有少量Zn、Pb、P、Ni等元素。2．鋁青銅

以鋁為主要合金元素的銅合金稱為鋁青銅。Al的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)控制在12%以下。鋁青銅的強度和抗蝕性比黃銅和錫青銅還高，它是錫青銅的代用品，常用來制造彈簧、船舶零件等。2．鋁青銅以鋁為主要合金元素的銅合金稱為鋁青銅。鋁青銅可通過熱處理進(jìn)行強化。其強化原理是利用淬火能獲得類似鋼的馬氏體的介穩(wěn)定組織，使合金強化。鋁青銅有良好的鑄造性能。在大氣、海水、碳酸及大多數(shù)有機(jī)酸中具有比黃銅和錫青銅更高的耐蝕性，此外，還有耐磨損、沖擊時不發(fā)生火花等特性。但鋁青銅也有缺點，它的體積收縮率比錫青銅大，鑄件內(nèi)容易產(chǎn)生難熔的氧化鋁，難于釬焊，在過熱蒸汽中不穩(wěn)定。鋁青銅可通過熱處理進(jìn)行強化。3．鈹青銅

以鈹為合金化元素的銅合金稱為鈹青銅。鈹青銅的含鈹量在1.7%～2.5%之間，鈹溶于銅中形成