第二章铜及铜合金的分类
- 格式:doc
- 大小:2.26 MB
- 文档页数:27
铜及铜合金的分类第二章铜及铜合金的分类铜是人类最早使用的金属,自然界有自然铜存在,与其他金属不同,铜在自然界中既以矿石的形式存在,也同时以纯金属的形式存在,其应用以纯铜为主,同时其合合金也在工业等多个领域中广泛应用,工业上常将铜和铜合金分为四类,分别是:纯铜、黄铜、青铜和白铜。
1. 铜与铜合金的分类 1.1 按生产应用的方式(可分为二大类)形变铜与铜合金、铸造铜与铜合金对于压力加工专业来说,主要是和形变铜与铜合金打交道,因此,重点学习形变铜与铜合金。
1.2 铜与铜合金的名称:根据历史上形成的习惯,起的是某一种颜色的名称,它们是:紫铜——纯铜Cu 黄铜——Cu-Zn 合金青铜——锡青铜:Cu-Sn 合金铝青铜:Cu-Al 合金铍青铜:Cu-Be 合金钛青铜:Cu-Ti 合金白铜—— Cu-Ni 合金( 有的铜合金叫做青铜,但合金的颜色并不真就是青色的。
) 2. 纯铜纯铜的新鲜表面是玫瑰红色的,当表面氧化形成氧化亚铜Cu2O 膜后就呈紫色,所以纯铜就常被称为紫铜。
紫铜具有好的导电、导热、耐蚀和可焊等性能,并可冷、热压力加工成各种半成品,工业上广泛用于制作导电、导热和耐蚀等器材。
2.1纯铜的成份、组织与性能 2.2.1.其结构、组织:在金属学中学过,纯Cu的晶体[结构]是面心立方晶格(f、c、c),滑移系多,易塑性变形,塑性好。
其组织由单一的铜晶粒组成。
2.2.2.在成分方面:100%纯的金属是没有的,非100%纯。
Cu 的最高纯度可达99.999%(三个9)工业纯Cu 的纯度约为99.90~99.96%杂质的存在相当于使纯铜的成份改变,这自然会引起一些性能的变化。
虽纯Cu 有一些性能几乎不受杂质的影响但导电率、机械性能却受杂质或晶 4 体缺陷的影响较大现在先综合看看工业纯Cu 的性能—— 2.2 工业纯铜的性能 2.2.1 纯铜的性能优点:从纯铜的各种性能中我们可以总结出几条性能优点,从而可以明白为什么铜会以纯金属的形式得到这么广泛的应用。
铜合金的分类
一、铜合金分类:按颜色分
1、黄铜:系指铜与锌为基础的合金,又可细分为简单黄铜和复杂黄铜,复杂黄铜中又以第三组元冠名为镍黄铜、硅黄铜等;
2、青铜:系指除铜镍、铜锌合金以外的铜基合金,主要品种有锡青铜、铝青铜、特殊青铜(又称高铜合金);
3、白铜:系指铜镍系合金;
4、紫铜:系指纯铜,主要品种有无氧铜、紫铜、磷脱氧铜、银铜。
二、铜合金分类:按合金系划分
1、非合金铜:非合金铜包括高纯铜、韧铜、脱氧铜、无氧铜等,习惯上,人们将非合金铜称为紫铜或纯铜,也叫红铜。
2、其他铜合金则属于合金铜。
我国和俄罗斯把合金铜分为黄铜、青铜和白铜,然后在大类中划分小的合金系。
三、铜合金分类:按功能划分
1、导电导热用铜合金(主要有非合金化铜和微合金化铜。
2、结构用铜合金:几乎包括所有铜合金。
3、耐蚀铜合金:主要有锡黄铜、铝黄铜、各种不白铜、铝青铜、钛青铜等。
4、耐磨铜合金:主要有含铅、锡、铝、锰等元素复杂黄铜、铝青铜等。
5、易切削铜合金:铜-铅、铜-碲、铜-锑等合金。
6、弹性铜合金:主要有锑青铜、铝青铜、铍青铜、钛青铜等。
7、阻尼铜合金:高锰铜合金等。
8、艺术铜合金:纯铜、黄铜、锡青铜、铝青铜、白铜等。
四、铜合金分类:按材料形成方法划分为
1、铸造铜合金:铸造,又可以用于变形加工。
2、变形铜合金:变形铜合金可以用于铸造。
3、铸造铜合金和变形铜合金又可以细分为铸造用紫铜、黄铜、青铜和白铜。
铜及其合金的分类和性能铜及铜合金具有优良的导电性能、导热性能、抗腐蚀性能和良好的成形性能,在电气、化工、机械、动力、交通等工业部门得到广泛的应用。
铜及铜合金类按其化学成分和颜色的不同可分为紫铜、黄铜、青铜和白铜。
按其制造方法不同可把铜及其合金分为变形铜及其合金;铸造铜及其合金。
(一)紫铜紫铜系工业钝铜,紫铜外观呈紫红色。
紫铜具有极好的导电性(仅次于银)、导热性和良好的塑性,具有良好的耐腐蚀性,还具有良好的低温性能,紫铜广泛用来制造电缆、散热器、冷凝器以及热交换器等,但由于紫铜的力学性能不高,故在机械、结构零件中使用的铜都是铜合金。
紫铜具有面心立方晶格,无同素异构转变,因此,紫铜具有优良的加工成形性。
紫铜的牌号用字母“T”加序号表示,无氧铜用"TU”加序号表示,用磷(P)脱氧的无氧铜"TUP”可用于制造重要的焊接结构。
紫铜的牌号、化学成分及用途详见表5—16。
(二)黄铜黄铜是以锌为主要合金元素的铜合金,它的颜色随含锌量的增加由黄红色变成淡黄色。
铜、锌合金称为普通黄铜,在铜锌合金的基础上加入其它合金元素(如硅、铝、铅、锡、锰等)的黄铜称为特殊黄铜。
黄铜的导电性能比紫铜差,但强度、硬度和耐腐蚀性能均比紫铜高,又能承受热加工和冷加工,广泛用来制造各种结构零件,如散热器、冷凝器管道、船舶、汽车和拖拉机零件、齿轮、垫圈、弹簧、螺纹零件等。
黄铜的牌号用字母“H”加铜含量百分数表示,特殊黄铜用“H”加主添元素化学符号再加铜含量和添加元素含量表示,余量为锌,铸造用黄铜在“H”前加字母“z”表示。
黄铜根据性能和用途不同,可分为压力加工黄铜和铸造黄铜两类。
黄铜的牌号、化学成分详见表5—17。
(三)青铜青铜最早是指铜锡合金,颜色呈青灰色。
现在青铜是指铜锡合金、铜铝合金、铜硅合金、铜铍合金等的通称。
通常分别称为锡青铜、铝青铜、硅青铜、铍青铜等。
青铜具有很高的耐腐蚀性、良好的机械性能、铸造性能和耐磨性能,用于制造各种耐磨零件和与酸、碱、蒸汽等腐蚀介质接触的零件。
铜及铜合金的分类第二章铜及铜合金的分类铜是人类最早使用的金属,自然界有自然铜存在,与其他金属不同,铜在自然界中既以矿石的形式存在,也同时以纯金属的形式存在,其应用以纯铜为主,同时其合合金也在工业等多个领域中广泛应用,工业上常将铜和铜合金分为四类,分别是:纯铜、黄铜、青铜和白铜。
1.铜与铜合金的分类1.1按生产应用的方式(可分为二大类)形变铜与铜合金、铸造铜与铜合金对于压力加工专业来说,主要是和形变铜与铜合金打交道,因此,重点学习形变铜与铜合金。
1.2铜与铜合金的名称:根据历史上形成的习惯,起的是某一种颜色的名称,它们是:紫铜——纯铜Cu黄铜——Cu-Zn合金青铜——锡青铜:Cu-Sn合金铝青铜:Cu-Al合金铍青铜:Cu-Be合金钛青铜:Cu-Ti合金白铜——Cu-Ni合金(有的铜合金叫做青铜,但合金的颜色并不真就是青色的。
)2.纯铜纯铜的新鲜表面是玫瑰红色的,当表面氧化形成氧化亚铜Cu2O膜后就呈紫色,所以纯铜就常被称为紫铜。
紫铜具有好的导电、导热、耐蚀和可焊等性能,并可冷、热压力加工成各种半成品,工业上广泛用于制作导电、导热和耐蚀.其结构、组织:2.2.1纯铜的成份、组织与性能2.1等器材。
.在金属学中学过,纯Cu的晶体[结构]是面心立方晶格(f、c、c),滑移系多,易塑性变形,塑性好。
其组织由单一的铜晶粒组成。
的最高纯度可达99.999%(三个9)工业纯Cu的纯度约为99.90~99.96%杂质的存在相当于使纯铜的成份改变,这自然会引起一些性能的变化。
虽纯Cu有一些性能几乎不受杂质的影响但导电率、机械性能却受杂质或晶4体缺陷的影响较大现在先综合看看工业纯Cu的性能——2.2工业纯铜的性能2.2.1纯铜的性能优点:从纯铜的各种性能中我们可以总结出几条性能优点,从而可以明白为什么铜会以纯金属的形式得到这么广泛的应用。
①优良的导电、导热性;∴Cu广泛用于:导电器(如:电线、电缆、电器开关)导热器(如:冷凝管、散热管、热交换器)②良好的耐蚀性;Cu具有极好的耐蚀性,且反应后表面有保护膜(铜绿)在普通的温度下,铜不太会与干燥空气中的氧气O2反应,但Cu能与CO2、SO2、醋发生作用,生成铜绿――碱式碳酸铜、碱式硫酸铜CuSO4·3(OH)2(深绿色)、碱式醋酸铜,这样铜的表面上就慢慢生成了一层保护膜。
一、铜及铜合金按加工方式分类1、冶炼铜:通过电解精炼方法或电解沉积法生产得的阴极铜(铜锭、铜棒、线材)2、铸造铜:(1)铸造黄铜锭、青铜锭(2)铸造铜合金(青铜、黄铜)(3)压铸铜合金二、加工铜及铜合金(一)紫铜①纯铜:铜的含量在99.9%以上,代号:T1 99.95% T2 99.9% T3 99.7%②无氧铜:铜中不含氧元素,代号:TU0 99.99%、 TU1 99.97%、 TU2 99.95%③磷脱氧铜:只含铜和磷两种元素,代号:TP1 99.9% TP299.9%④银铜:代号:TAg0.1 Cu99.5%(二)黄铜:黄铜是以锌为主要加入元素的铜合金。
黄铜分普通黄铜(简单黄铜)和特殊黄铜(复杂黄铜)两种。
1、普通黄铜:铜和锌二元合金。
用字母H表示,如H62,表示含铜量约为62%,含锌量约为38%。
型号有:H96 H90 H85 H70 H68 H65 H63 H62 H592、特殊黄铜:在铜锌合金中加入其他元素(如锡、镍、锰、铅、硅、铝、铁等)的合金,表示方法是在H后面加除锌外的主要加入元素的符号及含量。
如:HNi65-5表示铜含量约为:65%,镍含量约为5%,其余量为锌含量。
型号有:①镍黄铜:HNi65-5 HNi56-5②铁黄铜:HFe59-1-1(铝) HFe58-1-1(Pb)③铅黄铜:HPb89-2 HPb66-0.5 HPb63-3 HPb63-0.1 HPb62-3 HPb62-2HPb61-1 HPb60-2 HPb59-3 HPb59-1④铝黄铜:HAl77-2 HAl67-2.5 HAl66-6(Al)-3(Fe)-2(Mn)HAl61-4(Al)-3(Ni)-1(Fe) HAl60-1-1(Fe) HAl59-3-2(Ni)⑤锰黄铜:HMn62-3(Mn)-3(Al)-0.7(Si) HMn58-2 HMn57-3-1(Fe) HMn55-3-1(Fe)⑥锡黄铜:Hsn90-1 Hsn70-1 Hsn62-1 Hsn60-1⑦砷黄铜:H85A As 0.02-0.08% H70A H68A⑧硅黄铜:Hsi80-3(三)白铜:白铜是铜合金的一种,是以镍为主要加入元素的铜合金。
一、纯铜纯铜是玫瑰红色金属,表面形成氧化铜膜后呈紫色,故工业纯铜常称紫铜或电解铜。
密度为8—9g/cm3,熔点1083°C.纯铜导电性很好,大量用于制造电线、电缆、电刷等;导热性好,常用来制造须防磁性干扰的磁学仪器、仪表,如罗盘、航空仪表等;塑性极好,易于热压和冷压力加工,可制成管、棒、线、条、带、板、箔等铜材.纯铜产品有冶炼品及加工品两种.分别见表6和表7。
表6冶炼铜的牌号、成分及用途表7加工铜的组别、牌号及成分二、铜合金(1)黄铜黄铜是铜与锌的合金。
最简单的黄铜是铜-锌二元合金,称为简单黄铜或普通黄铜.改变黄铜中锌的含量可以得到不同机械性能的黄铜。
黄铜中锌的含量越高,其强度也较高,塑性稍低。
黄铜含锌量不超过45%,含锌量再高将会产生脆性,使合金性能变坏.为了改善黄铜的某种性能,在一元黄铜的基础上加入其它合金元素的黄铜称为特殊黄铜。
常用的合金元素有硅、铝、锡、铅、锰、铁与镍等。
在黄铜中加铝能提高黄铜的屈服强度和抗腐蚀性,稍降低塑性。
含铝小于4%的黄铜具有良好的加工、铸造等综合性能.在黄铜中加1%的锡能显著改善黄铜的抗海水和海洋大气腐蚀的能力,因此称为“海军黄铜”。
锡还能改善黄铜的切削加工性能。
黄铜加铅的主要目的是改善切削加工性和提高耐磨性,铅对黄铜的强度影响不大。
锰黄铜具有良好的机械性能、热稳定性和抗蚀性;在锰黄铜中加铝,还可以改善它的性能,得到表面光洁的铸件。
黄铜可分为铸造和压力加工两类产品.常用加工黄铜的化学成分,见表8。
表8常用加工黄铜的化学成分(2)青铜青铜是历史上应用最早的一种合金,原指铜锡合金,因颜色呈青灰色,故称青铜。
为了改善合金的工艺性能和机械性能,大部分青铜内还加入其它合金元素,如铅、锌、磷等。
由于锡是一种稀缺元素,所以工业上还使用许多不含锡的无锡青铜,它们不仅价格便宜,还具有所需要的特种性能。
无锡青铜主要有铝青铜、铍青铜、锰青铜、硅青铜等。
此外还有成份较为复杂的三元或四元青铜。
铜及铜合金的分类第二章铜及铜合金的分类铜是人类最早使用的金属,自然界有自然铜存在,与其他金属不同,铜在自然界中既以矿石的形式存在,也同时以纯金属的形式存在,其应用以纯铜为主,同时其合合金也在工业等多个领域中广泛应用,工业上常将铜和铜合金分为四类,分别是:纯铜、黄铜、青铜和白铜。
1. 铜与铜合金的分类1.1 按生产应用的方式(可分为二大类)形变铜与铜合金、铸造铜与铜合金对于压力加工专业来说,主要是和形变铜与铜合金打交道,因此,重点学习形变铜与铜合金。
1.2 铜与铜合金的名称:根据历史上形成的习惯,起的是某一种颜色的名称,它们是:紫铜——纯铜Cu 黄铜——Cu-Zn 合金青铜——锡青铜:Cu-Sn 合金铝青铜:Cu-Al 合金铍青铜:Cu-Be 合金钛青铜:Cu-Ti 合金白铜—— Cu-Ni 合金( 有的铜合金叫做青铜,但合金的颜色并不真就是青色的。
) 2. 纯铜纯铜的新鲜表面是玫瑰红色的,当表面氧化形成氧化亚铜Cu2O 膜后就呈紫色,所以纯铜就常被称为紫铜。
紫铜具有好的导电、导热、耐蚀和可焊等性能,并可冷、热压力加工成各种半成品,工业上广泛用于制作导电、导热和耐蚀等器材。
2.1纯铜的成份、组织与性能 2.2.1.其结构、组织:在金属学中学过,纯Cu的晶体[结构]是面心立方晶格(f、c、c),滑移系多,易塑性变形,塑性好。
其组织由单一的铜晶粒组成。
2.2.2.在成分方面:100%纯的金属是没有的,非100%纯。
Cu 的最高纯度可达99.999%(三个9)工业纯Cu 的纯度约为99.90~99.96%杂质的存在相当于使纯铜的成份改变,这自然会引起一些性能的变化。
虽纯Cu 有一些性能几乎不受杂质的影响但导电率、机械性能却受杂质或晶4 体缺陷的影响较大现在先综合看看工业纯Cu 的性能—— 2.2 工业纯铜的性能2.2.1 纯铜的性能优点:从纯铜的各种性能中我们可以总结出几条性能优点,从而可以明白为什么铜会以纯金属的形式得到这么广泛的应用。
铜合金的分类铜合金是一种由铜和其他金属或非金属元素组成的合金,具有优异的机械性能、耐蚀性、导电性和导热性。
根据不同的合金元素组成,铜合金可以分为多种类型。
一、黄铜合金黄铜合金是一种将铜和锌混合而成的合金。
我们通常所说的铜合金中,黄铜合金是最常见的一种。
黄铜合金具有良好的加工性、耐腐蚀性和导热性,广泛应用于制造紧固件、管道、钟表、音乐器材等领域。
根据其含锌量的不同,黄铜合金可分为α-黄铜、α+β-黄铜、β-黄铜等多种类型。
二、青铜合金青铜合金是铜和锡、铅、锌、镍等元素混合而成的合金,其主要成分为铜和锡。
青铜合金具有高强度、耐磨损、耐腐蚀等特性,广泛应用于制造雕塑、器皿、乐器、武器等领域。
根据其含锡量的不同,青铜合金可分为锡青铜、铅青铜、磷青铜等多种类型。
三、铝青铜合金铝青铜合金是以铜为基础,加入铝等元素混合而成的合金。
铝青铜合金具有高强度、耐腐蚀、耐磨损等特点,广泛应用于制造汽车零部件、船舶零部件、机械零部件等领域。
根据其含铝量的不同,铝青铜合金可分为铝青铜、铝镍青铜等多种类型。
四、镍银合金镍银合金是由铜、镍、锌等元素组成的合金,具有高强度、耐腐蚀、耐热性等特点。
镍银合金广泛应用于制造电子元器件、化工设备、海洋设备等领域。
根据其含镍量的不同,镍银合金可分为镍银合金、镍铜银合金等多种类型。
五、铜-铍合金铜-铍合金是由铜和铍组成的合金,具有优异的弹性、导电性、耐腐蚀性等特点。
铜-铍合金广泛应用于制造电子元器件、航空航天零部件、精密仪器等领域。
根据其含铍量的不同,铜-铍合金可分为低铍铜合金、高铍铜合金等多种类型。
铜合金的分类各有特点,不同的铜合金合适应用于不同的领域和行业。
随着技术的不断发展和进步,相信铜合金的应用范围会更加广泛,为人们的生产和生活带来更多福利。
铜及铜合金的分类和性能一、分类铜及铜合金可以根据其成分、性质和用途进行分类。
1. 根据成分分类根据成分的不同,铜及铜合金可以分为以下几类:- 纯铜:成分纯度达到99.9%以上,没有其他元素的杂质;- 铜基合金:除含有铜外,还含有其他元素,如锌、镍、锡等;- 铜镍合金:由铜和镍组成,成分比例可以根据需要进行调整;- 铜铝合金:由铜和铝组成,具有较高的强度和耐腐蚀性能;- 铜锌合金:也称为黄铜,主要由铜和锌组成,具有良好的加工性能和耐腐蚀性能。
2. 根据性质分类根据性质的不同,铜及铜合金可以分为以下几类:- 软铜:具有良好的塑性和延展性,适合冷加工和热加工;- 硬铜:具有较高的强度和硬度,适合制作耐磨件和机械零件;- 弹性铜:具有优异的弹性和回弹性能,适用于制造弹簧和弹簧元件。
二、性能铜及铜合金具有以下一些性能特点:1. 导电性:铜是良好的导电材料之一,具有优异的电导率,广泛用于电器、电子和通信行业;2. 导热性:铜具有很高的导热性,可以快速将热量传递出去,适用于散热器和导热元件;3. 抗腐蚀性:铜具有较好的耐腐蚀性,特别是黄铜,适用于制作阀门和管道等耐腐蚀设备;4. 加工性:铜具有良好的塑性和可加工性,可以通过铸造、锻造、压延等方法制作成各种形状的零件;5. 可焊性:铜易于焊接,可以与其他材料进行良好的连接。
以上是对铜及铜合金的分类和性能的简要介绍。
铜及其合金因其多种优良特性,广泛应用于工业和日常生活中。
参考文献:- 李旭东. 材料科学基础(修订版). 清华大学出版社, 2011.- 高建明, 王然, 徐立康. 金属材料科学与工程. 机械工业出版社, 2019.。
第二章铜及铜合金的分类第二章铜及铜合金的分类铜是人类最早使用的金属,自然界有自然铜存在,与其他金属不同,铜在自然界中既以矿石的形式存在,也同时以纯金属的形式存在,其应用以纯铜为主,同时其合合金也在工业等多个领域中广泛应用,工业上常将铜和铜合金分为四类,分别是:纯铜、黄铜、青铜和白铜。
1. 铜与铜合金的分类1.1 按生产应用的方式(可分为二大类)形变铜与铜合金、铸造铜与铜合金对于压力加工专业来说,主要是和形变铜与铜合金打交道,因此,重点学习形变铜与铜合金。
1.2 铜与铜合金的名称:根据历史上形成的习惯,起的是某一种颜色的名称,它们是:紫铜——纯铜Cu黄铜——Cu-Zn 合金青铜——锡青铜:Cu-Sn 合金铝青铜:Cu-Al 合金铍青铜:Cu-Be 合金钛青铜:Cu-Ti 合金白铜——Cu-Ni 合金( 有的铜合金叫做青铜,但合金的颜色并不真就是青色的。
)2. 纯铜纯铜的新鲜表面是玫瑰红色的,当表面氧化形成氧化亚铜Cu2O 膜后就呈紫色,所以纯铜就常被称为紫铜。
紫铜具有好的导电、导热、耐蚀和可焊等性能,并可冷、热压力加工成各种半成品,工业上广泛用于制作导电、导热和耐蚀等器材。
2.1纯铜的成份、组织与性能2.2.1.其结构、组织:在金属学中学过,纯Cu的晶体[结构]是面心立方晶格(f、c、c),滑移系多,易塑性变形,塑性好。
其组织由单一的铜晶粒组成。
2.2.2.在成分方面:100%纯的金属是没有的,非100%纯。
Cu 的最高纯度可达99.999%(三个9)工业纯Cu 的纯度约为99.90~99.96%杂质的存在相当于使纯铜的成份改变,这自然会引起一些性能的变化。
虽纯Cu 有一些性能几乎不受杂质的影响但导电率、机械性能却受杂质或晶体缺陷的影响较大现在先综合看看工业纯Cu 的性能——2.2 工业纯铜的性能2.2.1 纯铜的性能优点:从纯铜的各种性能中我们可以总结出几条性能优点,从而可以明白为什么铜会以纯金属的形式得到这么广泛的应用。
2.3 青铜兵器千古之谜——铜及铜合金1. 工业纯铜的一般特性纯铜是玫瑰红色金属,表面形成氧化铜膜后呈紫色,故工业纯铜常称紫铜或电解铜。
密度为8~9g/cm3,熔点1083℃。
纯铜导电性很好;导热性好;塑性极好。
纯铜产品有冶炼品及加工品两种。
主要用于制作电导体及配制合金。
工业纯铜分为4种:T1、T2、T3、T4。
编号越大,纯度越低。
纯铜的强度低,不宜用作结构材料。
2. 铜合金的分类铜合金:在纯铜中加入某些合金元素(如锌、锡、铝、铍、锰、硅、镍、磷等),就形成了铜合金。
铜中加入合金元素后,可提高合金的强度,并保持良好的加工性能。
铜合金按其主要组成和性能,可以分为三类,即黄铜、青铜和白铜。
黄铜——Cu+Zn的合金。
铜锌二元合金也称“普通黄铜”。
良好的加工性能,优良的铸造性能,耐腐蚀性能也好。
改变黄铜中锌的含量可以得到不同机械性能的黄铜。
黄铜中锌的含量越高,其强度也较高,塑性稍低。
工业中采用的黄铜含锌量不超过45%,含锌量再高将会产生脆性,使合金性能变坏。
特殊黄铜——为了改善黄铜的某种性能,在黄铜的基础上加入第三种其他元素,如添加硅元素,即称为“硅黄铜”等,习惯上把这些多元黄铜统称为“特殊黄铜”。
常用的合金元素有硅、铝、锡、铅、锰、铁与镍等。
青铜:历史上应用最早的一种合金,原指铜锡合金,因颜色呈青灰色,故称青铜。
锡青铜有较高的机械性能,较好的耐蚀性、减摩性和好的铸造性能;对过热和气体的敏感性小,焊接性能好,无铁磁性,收缩系数小。
锡是一种稀缺元素。
故采用其它元素来代替,叫无锡青铜。
无锡青铜主要有铝青铜、铍青铜、锰青铜、硅青铜等。
除黄铜和白铜以外的铜合金均称为青铜。
例如:铝青铜有比锡青铜高的机械性能和耐磨、耐蚀、耐寒、耐热、无铁磁性,有良好的流动性,无偏析倾向,可得到致密的铸件。
白铜:以镍为主要添加元素的铜基合金,呈银白色,有金属光泽,故名白铜.具有较好的强度和塑性,能进行冷加工变形,抗腐蚀性能也好。
白铜线是国际上应用比较广泛的一种耐蚀性材料和装饰结构材料,在仪器仪表、机电、化工、卫生和日用五金等工业部门用于制作耐蚀、弹性元件、医疗器械和日用装饰品等:晶体振荡元件外壳,晶体壳体,电位器用滑动片,医疗机械,建筑材料等。
第二章铜及铜合金的分类铜是人类最早使用的金属,自然界有自然铜存在,与其他金属不同,铜在自然界中既以矿石的形式存在,也同时以纯金属的形式存在,其应用以纯铜为主,同时其合合金也在工业等多个领域中广泛应用,工业上常将铜和铜合金分为四类,分别是:纯铜、黄铜、青铜和白铜。
1. 铜与铜合金的分类1.1 按生产应用的方式(可分为二大类)形变铜与铜合金、铸造铜与铜合金对于压力加工专业来说,主要是和形变铜与铜合金打交道,因此,重点学习形变铜与铜合金。
1.2 铜与铜合金的名称:根据历史上形成的习惯,起的是某一种颜色的名称,它们是:紫铜——纯铜Cu黄铜——Cu-Zn 合金青铜——锡青铜:Cu-Sn 合金铝青铜:Cu-Al 合金铍青铜:Cu-Be 合金钛青铜:Cu-Ti 合金白铜——Cu-Ni 合金( 有的铜合金叫做青铜,但合金的颜色并不真就是青色的。
)2. 纯铜纯铜的新鲜表面是玫瑰红色的,当表面氧化形成氧化亚铜Cu2O膜后就呈紫色,所以纯铜就常被称为紫铜。
紫铜具有好的导电、导热、耐蚀和可焊等性能,并可冷、热压力加工成各种半成品,工业上广泛用于制作导电、导热和耐蚀等器材。
2.1纯铜的成份、组织与性能2.2.1.其结构、组织:在金属学中学过,纯Cu的晶体[结构]是面心立方晶格(f、c、c),滑移系多,易塑性变形,塑性好。
其组织由单一的铜晶粒组成。
2.2.2.在成分方面:100%纯的金属是没有的,非100%纯。
Cu 的最高纯度可达99.999%(三个9)工业纯Cu 的纯度约为99.90~99.96%杂质的存在相当于使纯铜的成份改变,这自然会引起一些性能的变化。
虽纯Cu 有一些性能几乎不受杂质的影响但导电率、机械性能却受杂质或晶体缺陷的影响较大现在先综合看看工业纯Cu 的性能——2.2 工业纯铜的性能2.2.1 纯铜的性能优点:从纯铜的各种性能中我们可以总结出几条性能优点,从而可以明白为什么铜会以纯金属的形式得到这么广泛的应用。
①优良的导电、导热性;∴Cu 广泛用于:导电器(如:电线、电缆、电器开关)导热器(如:冷凝管、散热管、热交换器)②良好的耐蚀性;Cu具有极好的耐蚀性,且反应后表面有保护膜(铜绿)在普通的温度下,铜不太会与干燥空气中的氧气O2反应,但Cu能与CO2、SO2、醋发生作用,生成铜绿――碱式碳酸铜、碱式硫酸铜CuSO4·3(OH)2 (深绿色)、碱式醋酸铜,这样铜的表面上就慢慢生成了一层保护膜。
③有良好的塑性退火工业纯铜的拉伸延伸率δ≈50%,纯Cu 易加工成材例:加工出来的细铜丝可细于头发丝(8 丝)达4~5 丝2.2.2 纯铜的机械性能与工艺性能我们通过结合纯铜的生产、加工过程来了解、认识(1) 纯Cu 的加工过程(几乎全部纯铜都是经过加工成材供应用户的,我们在工厂中可以观察到,其生产过程一般为:(2) 纯铜的机械性能——①铸态铜的性能很低;②经加工后,软态铜、硬态铜的性能,见上面数据;③铜经过强烈冷加工(形变率ε≥80%)后,强度δb将急剧升高,但塑性强烈变坏,加工硬化很厉害,对纯铜来说,其机械性能是由其晶粒度和位借密度所决定的。
(3) 纯铜的热加工工艺性能我们知道,热加工应选择在塑性高的温度范围内进行,那么纯铜在什么温度时塑性高呢?——人们通过实验,得到了纯铜的机械性能与温度的关系曲线:由此可看出:①σb 随T↑而↓②在500—600℃,δ、最小存在着“低塑性区”——若在这个温度范围进行热加工,工件会产生热裂、热脆。
∴(纯铜的热加工应选择在高于低塑性区的温度进行。
)即:T 热加工>700℃2.3 杂质及微量元素对铜的影响紫铜中杂质主要来自原料,同时与熔炼等工艺也有关。
很多种杂质既使含量极少(甚至十万分之几)也有剧烈降低铜的导电、导热和压力加工等性能。
为改善铜的性能,有时须添加某些其它微量元素,或容许某些脱氧剂元素在铜中保持一定的残留量。
2.3.1 紫铜可按其所含杂质及微量元素的不同,分为三类:(1) 加工紫铜有T1、T2、T3、T4等,特点是氧含量较高;(2)无氧铜及脱氧铜有TU1、TU2、TUP、TUMn等,特点是氧含量极少,在脱氧铜中还残留少量脱氧剂元素;(3)特种铜有砷铜、银铜、锑铜等;特点是分别加入了不同的微量元素。
2.3.2 杂质与微量元素对纯铜的影响杂质与微量元素的来源:杂质:工业纯铜中通常含有0.05-0.3%的杂质微量元素:为了改善铜性能,人们有意加入某些微量元素。
(例如,为了提高Cu 的高温塑性、细化晶粒加入Ce、Zr;Ti 等元素。
为了提高铜的切削性、耐磨性加入微量的Pb等)。
影响:对性能的影响具有两重性:有利、有害应根据具体的加工、使用条件加以控制和解决。
下面,根据它们在铜中的溶解度及存在状态,分成三类来分析:2.3.2.1 杂质及微量元素对铜的导电、导热性的影响所有杂质及微量元素均不同程度地降低铜的导电性和导热性。
固溶于铜的元素(除银、镉以外)对于铜的导电性和导热性降低地多,而呈第二相析出的元素则对于铜的导电、导热性降低较少。
金属的导电性可用导电系数(单位:米/欧姆·毫米²)表示,也可用1913年制定的国标软铜(Cu+Ag≥99.90%,退火后,20℃时的电阻系数为0.017241欧姆·毫米²/米或1.7241微欧姆·厘米,导电系数为58.0米/欧姆·毫米²)导电率标准(IACS)作为100%加以比较和确定。
现在铜的纯度大大提高,其导电率已增到102%IACS以上。
加工因素对铜的导电率也有一定的影响,很大的冷加工率可使铜的导电率下降约2%IACS。
铜及铜合金的导热系数和导电率之间存在内在的联系,在某一温度下的导热系数可根据在该温度下的导电率(%)IACS 按估算,导电率g>25~30%IACS 的导电、导热、低合金化铜带合金,其导系数还可用下式估算:式中:λ—试验测知的合金导电系数,米/欧姆·毫米2X-含铜量,%(重)2.3.2.2 杂质及微量元素对铜的软化温度和晶粒大小的影响铜的软化温度和晶粒大小,影响到铜的加工和使用性能。
而杂质及微量元素对铜的软化温度和晶粒大小影响又很大。
固溶和生成弥散析出相得杂质和微量元素,均提高铜的软化温度。
在一定范围内随这些元素含量的增加,铜的软化温度的增高;但生成氧化物的杂质,大都对铜的软化温度没有明显影响。
此外,铜的软化温度与很多工艺因素有关,例如,冷加工率大冷加工前的退火温度降低、冷却慢(此时固溶体的过饱和程度小),冷加工后的退火时间等,则铜的软化温度低。
在含氧的导电用铜中,锑、镉、铁、磷、锡等可与氧化亚铜中的氧作用,生成它们自己的氧化物,降低了它们在铜中的固溶度,从而减弱甚至完全消除了它们对铜的软化温度的影响。
砷含量0.05%以下时,与铜中正常含量的氧无明显作用;硒、锑也与砷相似,因此,它们均提高导电用含氧铜的软化温度。
镍虽与氧化亚铜作用生成氧化镍,但对铜的软化温度影响很小。
在无氧铜中,杂质所提高的软化温度,通常比在含氧铜中要大;因为在无氧铜中,杂质不形成氧化物。
银、磷、锑、镉、锡、铬等提高无氧铜的软化温度最多,砷、锡、锑等次之,硫、铁、镍、钴、锌等最少。
铜的软化温度增加,不是单个元素影响的算术和,而只是比具有最大影响的元素所提高的软化温度略高一点而已。
杂质对铜在退火时的晶粒长大有很大的影响。
高纯铜的经理随退火温度的升高而迅速长大,并且晶粒尺寸也很不均匀。
导电用铜则由于氧化亚铜存在,在通常的退火温度范围内,可有效地抑制晶粒长大。
脱氧铜和无氧铜虽然与高纯铜有类似之处,但也由于有微量杂质析出物的存在,仍可有效控制晶粒长大,并获得均匀的晶粒尺寸。
不管杂质含量如何,在生产中控制加工率、退火温度和时间,是控制再结晶晶粒长大的基本条件。
2.3.2.3杂质及微量元素对铜的加工性能的影响固溶的杂质及微量元素,实际不影响铜的冷、热加工性能。
很少固溶或几乎不固溶于铜的杂质及微量元素,则视其所生过剩相得情况不同,对铜的压力加工性能将有着不同的影响。
例如,氧、硫、硒、碲在铜中分别形成Cu2O、Cu2S、Cu2Se、Cu2Te等脆性化合物,降低铜的塑性;铅、铋与铜生成易熔共晶,热轧时易裂;脆性的铋呈薄层分布在铜的晶界上,还使铜产生冷脆性。
为提高铜的高温塑性,防止热脆性,可根据相图选择那些与有害物质形成难熔化合物(熔点高于铜的熔点或热轧温度)的元素加入铜内,其加入量可根据该难熔化合物的分子式和已知有害物质含量大体算出。
锂、钙、铈或混合稀土金属、锆、铀等均可消除铅等杂质的有害作用。
提高铜的高温塑性的另一种方法是细化铜锭晶粒,相对降低有害杂质在晶界上的浓度,铜中加入微量的钛、锆、铬、硼等元素,都能细化晶粒,抑制柱状晶的发展,并减小铜的高温脆性。
铜的熔铸、压力加工和试验条件也将引起铜的成分或组织变化,对铜的高温塑性也有影响。
铜在低温具有良好的塑性,但随温度的升高,往往出现一脆性区,热加工常需要在高于此脆性区的温度下进行。
脆性区与质的性质、含量、分布、固溶度变化有关。
如铅呈易熔共晶,中温变成液态消弱晶间联接,使铜热脆高温时,铅、铋又固溶于铜,使塑性又有升高。
有些研究工作表明,铜在300~600℃呈脆性区是杂质引起的。
含氧少的铜常含一定的氢,在上述温度范围内,试样在拉伸应力作用下,氢从固溶体中析出,并在铜的致密处(首先是在晶界上)聚集起来,处于高压气体状态,使铜开裂。
随温度的升高,氢又部分或全部固溶于铜,又使铜的属性增高。
实践证明:采用铜豆少(含氢也少)的电解铜,可提高铜锭和铜材的高温塑性,脱氧的铜锭在400~600℃有明显脆性区,而用0.03%硅加0.01%镁脱氧的,则没有脆性区。
因为磷与氢相似,为表面活性元素,易吸附在铜的晶界上,引起高温脆性。
半连铸造的紫铜锭,在横向热轧开坯时,裂的较多,而在纵向热轧开坯时,几乎不裂。
说明铜锭的塑性,很明显与柱状晶的方向有关。
经多次压力加工的铜材,其高温塑性比铜锭要好得多,并且随着变形量的增加,脆性区向低温方向移动,同时,塑性下降的程度也减少,甚至变得完全看不出脆性区,这可能是因为:多次变形增加了晶粒数目和晶界总的面积,更重要的时破坏了铸造组织,压合了晶界的显微疏松等缺陷造成的。
2.4 紫铜的热处理及热处理规范2.5 紫铜的力学性能3. 黄铜黄铜包括铜-锌二元合金(称普通黄铜或简单黄铜)和铜锌中加有其他组元的多元合金(称特殊黄铜或复杂黄铜)。
黄铜有良好的工艺性能、机械性能和耐腐蚀性,有的还有较高的导电性和导热性。
是重金属加应用最广的金属材料之一。
黄铜是工业上应用最广的一种铜合金,Zn 在Cu 中的最大固溶度可达39%(456℃)。
名称的由来:Cu—Zn 合金随(锌含量)Zn%的增加,合金的颜色也在变化。