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。

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。

铜及其合金的分类和性能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。

铜及铜合金可按其化学成分和颜色的不同分为紫铜、黄铜、青铜和白铜。

根据制造方法不同，铜及其合金可分为变形铜及其合金和铸造铜及其合金。

紫铜紫铜是工业钝铜，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。

紫铜广泛用于制造电缆、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，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.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他合金元素（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，广泛用于制造各种结构零件，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.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。

第二节铜及铜合金铜及铜合金具有以下性能特点。

1．有优异的物理化学性能。

纯铜导电性、导热性极佳，许多铜合金的导电、导热性也很好；铜及铜合金对大气和水的抗腐蚀能力也很高；铜是抗磁性物质。

2．有良好的加工性能。

铜及某些铜合金塑性很好，容易冷、热成型；铸造铜合金有很好的铸造性能。

3．有某些特殊的机械性能。

例如优良的减摩性和耐磨性（如青铜及部分黄铜）；高的弹性极限及疲劳极限（铍青铜等）。

4．色泽美观。

由于有以上优良性能，铜及铜合金在电气工业、仪表工业、造船工业及机械制造工业部门中获得了广泛的应用。

但铜的储藏量较小，价格较贵，属于应节约使用的材料之一，只有在特殊需要的情况下，例如要求有特殊的磁性、耐蚀性、加工性能、机械性能以及特殊的外观等条件下，才考虑使用。

一、纯铜（紫铜）纯铜是玫瑰红色金属，表面形成氧化铜膜后，外观呈紫红色，故常称为紫铜。

纯铜主要用于制作电工导体以及配制各种铜合金。

工业纯铜中含有锡、铋、氧、硫、磷等杂质，它们都使铜的导电能力下降。

铅和铋能与铜形成熔点很低的共晶体（Cu＋Pb）和（Cu＋Bi），共晶温度分别为326℃和270℃，分布在铜的晶界上。

进行热加工时（温度为820℃～860℃），因共晶体熔化，破坏晶界的结合，使铜发生脆性断裂（热裂）。

硫、氧与铜也形成共晶体（Cu＋Cu2S）和（Cu＋Cu2O），共晶温度分别为1067℃和1065℃，因共晶温度高，它们不引起热脆性。

但由于Cu2S、Cu2O都是脆性化合物，在冷加工时易促进破裂（冷脆）。

根据杂质的含量，工业纯铜可分为四种：T1、T2、T3、T4。

“T”为铜的汉语拼音字头，编号越大，纯度越低。

工业纯铜的牌号、成分及用途见表9-5。

表9-5 紫铜加工产品的牌号、成分及用途纯铜除工业纯铜外，还有一类叫无氧铜，其含氧量极低，不大于0.003%。

牌号有TU1、TU2，主要用来制作电真空器件及高导电性铜线。

这种导线能抵抗氢的作用，不发生氢脆现象。

纯铜的强度低，不宜直接用作结构材料。

铜跟铜合金铜是一种常见的金属元素，具有优良的导电性和导热性。

它在工业、建筑、电子、航空航天等领域都有广泛的应用。

而铜合金是由铜与其他金属或非金属元素混合而成的材料，通过调整合金成分可以改变其性能和用途。

本文将从铜的特性、铜合金的应用以及一些常见的铜合金种类等方面进行介绍。

铜具有良好的导电性，是常见的电子元器件和电线电缆的重要材料。

相比于其他金属，铜的电阻率较低，因此能够有效地减少电流的损耗。

铜的导热性也很好，因此在制造散热器、锅具等方面有着广泛的应用。

此外，铜还具有良好的加工性和可塑性，可以通过冷加工、热加工、锻造等工艺进行成型，制作出各种复杂的零件和结构。

铜合金是由铜与其他金属或非金属元素按一定比例混合而成的材料，通过改变合金中的元素含量和比例，可以调节合金的性能和用途。

例如，将铝与铜混合可以得到铝青铜，这种合金具有高强度、耐腐蚀性和良好的耐磨性，常用于制造轴承和齿轮等零部件。

将锌与铜混合可以得到黄铜，这种合金具有良好的可塑性和耐腐蚀性，广泛应用于建筑、制造业和装饰等领域。

此外，还有锡青铜、镍银合金等各种铜合金，它们在机械制造、航空航天、汽车制造等领域都有着重要的应用。

铜合金不仅具有铜的优良特性，还通过合金化的方式增加了一些其他元素的特性。

例如，铝青铜中的铝元素可以提高合金的强度和耐磨性，使其适用于高强度和耐磨损的工作环境。

锡青铜中的锡元素可以提高合金的耐腐蚀性，使其适用于海水和化学环境中。

镍银合金中的镍元素可以提高合金的耐腐蚀性和抗氧化性，使其适用于高温和腐蚀环境中。

除了上述提到的铜合金，还有很多其他类型的铜合金，如铬铜合金、锰铜合金、钛铜合金等。

它们都具有各自特定的性能和用途。

铬铜合金具有良好的强度和耐腐蚀性，常用于制造模具和机械零件。

锰铜合金具有高强度和良好的耐磨性，适用于制造高速运动部件。

钛铜合金具有良好的耐腐蚀性和高温性能，常用于制造海水中工作的零部件和航空发动机。

铜及其合金是一类重要的金属材料，具有优良的导电性、导热性和加工性能。

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。

全铜和铜合金铜是一种非常常见的金属，具有优异的导电和导热性能，因此在许多领域都有广泛的应用。

随着科技的发展，人们对材料的要求越来越高，单一的铜材料已经不能满足需求，因此发展出了许多铜合金。

铜合金是指由铜为基体，添加一定数量的其他元素形成的合金。

铜合金具有铜的优良性能的同时，还融合了其他元素的优势，具有更广泛的应用领域。

下面将从几个方面介绍全铜和铜合金的相关内容。

1. 性能比较：全铜具有优异的导电和导热性能，是电气工程中常用的导线材料。

同时铜的延展性和可塑性也很好，容易加工成各种形状。

但是，全铜的强度相对较低，不足以满足一些特殊应用的要求。

铜合金通过添加其他元素，可以调整其性能，如提高硬度，增加耐腐蚀性等。

例如，铜铝合金具有很高的强度，常用于制造船舶和航空器的螺旋桨；铜锌合金（黄铜）具有良好的耐蚀性，常用于制造水龙头、锁头等。

2. 应用领域：全铜主要用于电气工程领域，如制造电线电缆、变压器等。

此外，全铜还常用于制造传导材料，如杯子、锅具等。

铜具有抗菌性，在食品接触材料中也经常被使用。

铜合金具有更广泛的应用领域。

铜铝合金由于具有出色的耐热性和强度，可以用于制造汽车发动机部件；锡青铜合金由于具有良好的耐磨性和自润滑性，常见于轴承等摩擦件；铜镍合金由于具有良好的耐腐蚀性和磁特性，用于制造海洋设备和电磁设备。

3. 制造工艺：全铜的制造工艺相对简单，一般通过熔炼和轧制完成。

因为铜具有良好的可塑性，可以通过拉伸、挤压、锻造等方法进行加工。

铜合金的制造过程相对复杂，需要掌握不同元素的配比和相应的熔炼工艺。

铜合金的制造通常需要进行合金化处理，通过调整合金中元素的含量和熔炼温度，使得合金中的不同组织相达到最佳状态。

总之，全铜和铜合金都是非常重要的材料，在不同领域有着广泛的应用。

全铜具有良好的导电导热性能和可塑性，常用于电气工程和食品接触材料中。

铜合金通过对铜添加其他元素，可以调整其性能，满足不同应用的需求，因此在汽车、航空航天、轴承等领域得到了广泛应用。

铜和铜合金的化学成分:紫铜,黄铜,白铜,青铜,无氧铜一、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1和表2。

表1 冶炼铜的牌号、成分及用途表2 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。

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。

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3。

表3 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。

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.。