铜及铜合金(上课用)

3. 当Sn＞20%时，由于出现过多的δ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3 %～14%。
• 除Sn外，锡青铜中一般含有少量Zn、Pb、P、Ni等元素： 1. Zn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 性能。 3. Ni能细化青铜的晶粒，提高机械性能和耐蚀性。
特殊黄铜
• 为了提高黄铜的耐蚀性、强度、硬度和切削性等，在 铜-锌合金中加入少量（一般为1%～2%，少数达3 %～4%，极个别的达5%～6%）锡、铝、锰、铁、 硅、镍等元素，构成三元、四元、甚至五元合金，即 为复杂黄铜，亦称复杂黄铜。
实例：
• 镍黄铜：镍与铜能形成连续固溶体，65Cu-30Zn-5Ni是典型的α镍黄 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 腐蚀的能力。
4. P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
• 热处理强化后的抗拉强度可高达1250～1500MPa，HB可达35
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镍铜
• 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，使用锡、锌、铅青铜铸造拼接而成，
高26米，重206吨。1997年建成的浙江普陀山南海观音大佛，高20
米，重 70吨 • 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
变合金色彩来制造和区分不同面值的 货币。常用的有含25％镍的“银币”，
纯铜力学性质
• 纯铜的抗拉强度低，退火状态下的纯铜抗拉强度约为
220MPa，伸长率约为45%~50%，硬度HB约为40~50
HBS
纯铜加工性能
• 具有高的塑性，可冷、热压力加工，可制成管、 棒、线、条、带、板、箔等铜材 。
• 经冷加工变形后强度增至392MPa~490MPa，塑性显著
降低，伸长率可降至2%
含 20％锌和1％锡的黄铜币以及含少
量锡（3%）和锌（l.5%）的“铜”币
纯铜的物理性质
•元素符号Cu，原子量63.5 •铜具有良好的导电、导热性，仅次 于银而居第二 •焰色反应呈绿色。 •密度8.92g/cm3 •熔点1083℃
纯铜的化学性能
• 铜和它的一些合金有较好的耐腐蚀能力，室 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130℃ 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红色氧化亚铜（Cu2O） 膜。铜在潮湿空气中久置后，铜表面会生成 一层铜绿，[Cu (OH)2 ·Cu CO3] 或[CuSO4·C u(OH)2] 。
普通黄铜
• 1.普通黄铜：如：H96，H80，H70，H68，H59等。 • 根据Cu－Zn二元状态图，黄铜的室温组织有三种： 含锌量在35%以下的黄铜，室温下的显微组织由单相的α固 溶体组成，称为α黄铜，退火处理后的α黄铜能承受极大的塑 性变形 ；
含锌量在36%～46%范围内的黄铜，室温下的显微组织由 （α+β）两相组成，称为（α+β）黄铜（两相黄铜）；
含锌量超过46%～50%的黄铜，室温下的显微组织仅由β相 组成，称为β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
• 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=39～45% 时，室温下的组织为α + β ’。在实际生产条件下， 当wZn＞32%时，即出现α + β ’组织。强度较高， 有一定的耐蚀性，广泛用来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
锡青铜
• 它的机械性能与含锡量有关。 1. 当Sn≤5%～6%时，Sn溶于Cu中，形成面心立方晶格的α固 溶体，随着含锡量的增加，合金的强度和塑性都增加。 2. 含Sn量＞5～6%，锡青铜的室温组织为α+共析体(α+δ)。δ 相是以电子化合物Cu31Sn8为基的固溶体，是一个硬脆相， 虽然强度继续升高，但塑性却会下降。
•
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， 缺点是在汗水的腐蚀下会生铜锈。
•
黄铜精密异型材 ——眼镜铰链
（二）青铜（ Cu-Sn合金）
•青铜原指Cu-Sn合金，是人类应用最早的一种合金， 现包括：锡青铜，铝青铜，铍青铜，硅青铜等。
• 牌号： “Q”+第一个主加元素符号及其名义质量 分数+数字（其他合金元素的名义质量分数）；如 QSn4-3 铸造青铜：ZCuSn10P1
纳米铜的室温超塑性
2 铜合金
• 合金：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。
• 目前已能制备1600多种铜合金，主要的系列有：
• 铜锌合金 • 铜锡合金 • 铜镍合金

• 锰铜合金
• 铍（青）铜合金
（一）黄铜（Cu-Zn合金）
• 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。 • 黄铜随着含锌量的增加，其色泽由金红向黄、
金黄、白色逐渐变化，是有色金属中应用最广
的合金材料之一。
黄铜的分类
• 根据黄铜中所含合金元素种类的不同，黄铜分
为普通黄铜和特殊（复杂）黄铜两种。
• 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特殊黄铜。如由
铅、锡、锰、镍、铅、铁、硅组成的铜合金。 • 在眼镜行业中，通常采用HPb59-1铅黄铜来制 造中低档眼镜铰链和配件。 • HPb59-1：铜：59%，铅1%。
水晶老眼镜
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（三）白铜（Cu－Ni）
• 以镍为主要合金元素的铜基合金，因多数呈银白色而 得名，铜和镍能无限互溶形成连续固溶体，即不论彼 此的比例多少，而恒为α单相合金 ，含量超过16％以 上时，产生的合金色泽就变得洁白如银，镍含量越高， 颜色越白 。 • 在铜合金中，白铜延展性好、硬度高、色泽美观、耐 腐蚀、富有深冲性能，易于塑性加工和焊接。
第二节 铜及铜合金
1、铜元素
•金属铜是唯一的能大量天 然产出的金属，也存在于各 种矿石(例如黄铜矿、辉铜 矿、斑铜矿、赤铜矿和孔雀 石CuSO4 · 2H2O)中 。
孔雀石
黄铜矿CuFeS2
蓝铜矿Cu3(CO3)2(OH)2
赤铜矿Cu2O
辉铜矿Cu2S
铜的用途
• 每生产100万发子弹，需用铜13--14吨 （炮铜）
抗拉强度 伸长率 弹性模量 硬度
450-500 950 40 3 117 121 900维氏 2500维氏
注意：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。 • 在镜架制造上，主要用来制造镜褪的芯子、饰 配件。
0～400，远远超过任何铜合金，可与高强度合金钢媲美。
• 铍青铜的含铍量在1.7%～2.5%之间，铍溶于铜中形成α固溶体。 • 铍青铜具有很高的弹性极限（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
不发生火花。
铍青铜的力学性能
牌号
QBe2
成分
Be
状态
软态 加工态