铜及铜合金

金属材料_铜及铜合金铜及铜合金是一类重要的金属材料，广泛应用于各个领域。

本文将为读者介绍铜及铜合金的特性、应用以及相关的加工工艺。

铜是一种良好的导电和导热金属，具有优异的机械性能和耐腐蚀性能。

它具有良好的可塑性和延展性，可以轻松地加工成各种形状和尺寸的制品。

铜的导电性能使其成为电气工程中常见的材料，用于制造电线、电缆、电子元器件等。

铜也是一种优良的导热材料，常用于制作散热器、换热器等热传导设备。

此外，铜具有抗菌性能，可以用于生物医学领域制造抗菌材料。

与纯铜相比，铜合金在一些领域具有更好的性能。

铜与不同元素的合金化可以改善其强度、硬度和耐磨性。

最常见的铜合金包括黄铜、青铜和铝青铜等。

黄铜是铜和锌的合金，具有良好的加工性能和机械性能，广泛用于制造机械零件、管道、接线端子等。

青铜是铜和锡的合金，具有较高的强度和耐磨性，常用于制作工具、零件和艺术品。

铝青铜是铜、铝和锌的合金，具有优异的耐腐蚀性能和高强度，常用于船舶和海洋工程等领域。

铜及铜合金的加工主要包括铸造、锻造、冷加工和热处理等工艺。

铸造是将熔化的铜或铜合金注入模具中冷却凝固的过程，可制造复杂形状的零件。

锻造是利用力量将加热的铜或铜合金加工成所需形状的工艺，具有提高材料的强度和硬度的效果。

冷加工包括压延、拉伸和冲压等工艺，用于制作薄板、线材、型材等。

热处理是通过控制材料的加热和冷却过程，改变材料的性能和组织结构，提高其力学性能和耐腐蚀性能。

铜及铜合金在许多领域具有广泛的应用。

在建筑行业，铜常用于制作屋顶、墙壁和装饰材料，如铜板、铜管和铜雕等。

在交通运输领域，铜及铜合金用于制造汽车发动机、制动系统和电器线束等零件。

在能源领域，铜制的发电机线圈和输电线路能够高效地传输电能。

在化工工业中，铜合金耐腐蚀性能好，可用于制造化工设备和管道。

在航空航天领域，铜合金可以提供轻量化和高强度的零件，常用于制作发动机零件和航天器结构。

总之，铜及铜合金是一类重要的金属材料，具有良好的机械性能、导电性能和耐腐蚀性能。

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。

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。

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、铜及铜合金的特性：（1）优异的物理化学性能：导电性、导热性好；抗蚀能力高；铜（紫铜）抗磁性；（2）良好的加工性能：塑性好，铸造性能好；（3）特殊机械性能：减摩性耐磨性好，高的弹性极限和疲劳极限；（4）色泽美观。

二、铜及其合金的分类与牌号：(一)紫铜（纯铜）：Fcc无磁性，无同素异构转变，熔点1083℃。

据铜中的含氧量可将铜分为三类：a.工业纯铜：O%=0.02-0.10%. 牌号为T1, T2, T3, 由1—3，含Cu 为99.95---99.70%b.磷脱氧铜：O%<0.01%. 牌号为TP1(99.90%)， TP2(99.85%)c.无氧铜：O%<0.003%. 牌号为TU1(99.97%)， TU2(99.95%)(二)黄铜（以Zn为主要合金元素的铜合金）黄铜分普通黄铜和复杂黄铜两种。

1.普通黄铜：如：H96, H80, H70, H68, H59等。

H70称：“三七黄铜”，b=300MPa,=55%,形变强化后b≥660MPa，=3%。

大量用于作弹壳、套管和复杂深冲零件。

2.复杂黄铜：在Cu-Zn二元合金基础上加入其它合金元素形成的。

如Pb黄铜，Sn黄铜，Al黄铜，Si 黄铜等。

（三）青铜（含有Sn. Al. Si. Pb. Be, Mn等的铜基合金）包括：锡青铜，铝青铜，铍青铜等等。

分类：压力加工青铜（以压力加工产品的形式供应）和铸造青铜。

编号方法：① Q+主加元素符号+主加元素含量+其它元素含量；如：QSn4-3, 表示含4%Sn 、3%Zn，其余为Cu的锡青铜。

②铸造青铜在编号前加“Z”字，如：ZQSn10-5。

（四）白铜（以Ni为主要合金元素的铜合金）编号为：B+镍的平均含量，“B”意指“白铜”，如：B19表示含19%Ni的普通白铜三、铜合金选用原则：（1）充分考虑其导电导热性能特点，可制：导体及散热器片、线材、管材、薄板材、电缆等。

（2）考虑其机械性能及耐磨，耐蚀性能等，对于一些耐蚀件、散热器件、减摩零件及弹性元件等，可选用铜合金。

铜及铜合金材料手册铜及铜合金材料手册一、基本性能1. 铜元素具有非常优异的导电性和热导率，热交换用铜可提高动力机械的效率。

2. 铜铸件具有质量轻、延展性好、表面光泽及不锈的优点。

3. 铜及铜合金是金属中最适合组装的材料，可以用来制作高性能的机械零件。

4. 铜及铜合金具有优异的导热性，可以用来制作电子、精密机械和汽车零件。

5. 铜及铜合金具有很高的抗腐蚀性，可用于制作节能设备及化学装置。

二、铜及铜合金基本分类1. 普通电解铜：以Cu (紫铜)为主要成分，是电子、汽车及航空航天工程中常见的廉价铜材料。

2. 磁性铜：Cu-Ni（青铜）和Cu-Fe（棕铜）合金是振动制动的关键材料，也可以用于电子、机械及精密机械设备的制作。

3. 高纯铜：例如钻石铜用于制造薄膜器件，及一些用在光学、激光、和半导体的应用中。

4. 高硬度铜：Cu-Be和Ag-Cu-Zn合金。

这些材料主要用于负载要求更高的机械零件，如轴承、减震器及变速箱零件等。

5. 阻燃铜：钕、Cr、Ni、Mo、W等元素添加可以提高铜材料的耐热性，常用于制作电梯、火车、汽车灯具及家电等。

三、市场主要铜及铜合金品种1. C1100、C1220、OFC-B、C2600、C2680、C2720等电解铜及熔融铜。

2. CN-Ce、CNA-Ce、CuNi2等磁性铜及青铜。

3. C17200、C17300、C17500、C74200、C74400等高硬度铜。

4. OFHC、OFE-C、OFC、OF、C172等高纯铜。

5. CW071K、CW099K等抗火蚀铜及阻燃铜。

四、应用铜及铜合金在电子、机械、精密机械、汽车、节能设施及化学装置等行业中广泛应用。

铜及铜的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。

铜合金具有较好的导电性、导热性和耐腐蚀性，同时具有较高强度和耐磨性。

根据成分不同，铜合金分为黄铜和青铜等。

1．黄铜是以锌为主要合金元素的铜合金。

按照化学成分，黄铜分为普通铜和特殊黄铜两种。

（1）普通黄铜普通黄铜是铜锌二元合金。

由于塑性好，适于制造板材、棒材、线材、管材及深冲零件，如冷凝管、散热管及机械、电器零件等。

铜的平均含量为62%和59%的黄铜也可进行铸造，称为铸造黄铜。

（2）特殊黄铜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、硅、锰、铅、锡等元素，就形成了特殊黄铜。

如铅黄铜、锡黄铜、铝黄铜、硅黄铜、锰黄铜等。

铅黄铜的切削性能优良，耐磨性好，广泛用于制造钟表零件，经铸造制作轴瓦和衬套。

锡黄铜的耐腐蚀性能好，广泛用于制造海船零件。

铝黄铜中的铝能提高黄铜的强度和硬度，提高在大气中的抗蚀性，铝黄铜用于制造耐蚀零件。

硅黄铜中的硅能提高铜的力学性能、耐磨性的耐蚀性，硅黄铜主要用于制造海船零件及化工机械零件。

2．青铜青铜原指铜锡合金，但工业上都习惯称含铝、硅、铅、铍、锰等的铜合金也为青铜，所以青铜实际上包括锡青铜、铝青铜、铝青铜、铍青铜、硅青铜、铅青铜等。

青铜也分为压力加工青铜和铸造青铜两类。

（1）锡青铜以锡为主要合金元素的铜基合金称锡青铜。

工业中使用的锡青铜，锡含量大多在3%～14%之间。

锡含量小于5%锡青铜适于冷加工使用；锡含量为5%～7%的锡青铜适于热加工；锡含量大于10%的锡青铜适于铸造。

锡青铜在造船、化工、机械、仪表等工业中广泛应用，主要用以制造轴承、轴套等耐磨零件和弹簧等弹性元件以及抗蚀、抗磁零件等。

（2）铝青铜以铝为主要合金元素的铜基合金称铝青铜。

铝青铜的力学性能比黄铜和锡青铜高。

实际应用的铝青铜的铝含量在5%～12%之间，含铝为5%～7%的铝青铜塑性最好，适于冷加工使用。

铝含量大于7%～8%后，强度增加，但塑性急剧下降，因此多在铸态或经热加工后使用。

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.。