導 語

銅及其合金是人類早使用、至今也是應用廣泛的金屬材料之一,其特點是導電導熱性好,耐蝕并具有較高的強度和優良的塑性、可焊接和冷熱壓力加工成形性,是電力、化工、航空、交通和礦山等領域不可缺少的貴重材料, 工業中廣泛應用的銅和銅合金有工業純銅、黃銅、青銅和白銅。

紫銅：工業純銅

黃銅(tong)：Cu-Zn-M

青銅(tong)：除(chu)Zn、Ni外，Cu-M

錫青銅：Cu-Sn-M

特殊青銅：Cu-Al、Cu-Be······

白銅：Cu-Ni

01

純銅

純銅呈紫紅色，故又稱紫銅，具有面心立方晶格，無同素異(yi)構轉變，無磁性。

純銅具有優良的導電性和導熱性，在大氣、淡水和冷凝水中有良好的耐蝕性，塑性好。

雜質元素：

鉍或鉛：容(rong)易與銅形成低熔點共(gong)晶，造成銅的熱(re)脆；

鉍(bi)或(huo)銻等：與銅的原子(zi)尺寸(cun)相差大，容易(yi)引起鉍(bi)或(huo)銻在銅

晶(jing)界處偏聚，產生強烈的(de)晶(jing)界脆化傾(qing)向。

氧(yang)元(yuan)素：含氧(yang)銅(tong)在氫氣還(huan)原(yuan)時，易裂紋。

工業純銅的牌(pai)號及應用

根據O%和生(sheng)產(chan)方法的(de)不同，可分為(wei)三類:

韌銅：

0.02%-0.10%O；T1，T2，T3，T4；   

T1、T2：導電及高純(chun)度銅合金用(yong)；     

T3、T4：一般用銅(tong)(tong)材及(ji)銅(tong)(tong)合(he)金.

無氧銅：

<0.003%；   

TU1，TU2: 主要用于電子真空儀器(qi)儀表(biao)中(zhong)導體(ti)

脫氧銅：

<0.01%；TUP，TUMn；

TUP：主(zhu)要用(yong)于焊接(jie)用(yong)銅(tong)材，制作熱交換(huan)器、排水管(guan)、 冷凝管(guan)等(deng)；       

TUMn：用于電子(zi)管用銅材。

02

銅合金

銅合金常加元素為Zn、Sn、Al、Mn、Ni、Fe、Be、Ti、Zr、Cr等，既提高了(le)強度，又保持了(le)純銅特性。

銅(tong)合金分為黃(huang)銅(tong)、青銅(tong)、白銅(tong)三(san)大類。

合金元素的溶解度：

無限互溶元素：Ni、Au、γ-Mn等；

有限溶解元(yuan)素：除(chu)無限互溶元(yuan)素外(wai)的大(da)多數合金元(yuan)素。注(zhu)：當合金元(yuan)素與銅原(yuan)子(zi)尺寸差別(bie)很大(da)時，溶解度(du)一般(ban)較小，如Sn、As等。

1.黃銅

以鋅為主要合金(jin)(jin)元素的銅合金(jin)(jin)稱為黃銅。

黃(huang)銅(tong)按成分分為普通黃(huang)銅(tong)和特殊黃(huang)銅(tong)；按工(gong)藝可分為加工(gong)黃(huang)銅(tong)和鑄造(zao)黃(huang)銅(tong)。

黃銅的牌號及表示方法：

鑄造黃銅：

Z+Cu+主加元素及(ji)含量，例如(ru)：ZCuZn38

普通黃銅：

H+銅含(han)量，例如：H62

復雜黃銅：

H+主加(jia)(jia)元素+銅含(han)量+主加(jia)(jia)合金元素含(han)量，例(li)如：HMn58-2

普通黃銅的相組成：

α固溶(rong)體(ti)：Cu3Zn 有兩(liang)個變(bian)體(ti)α1和α2, α固溶(rong)體(ti)有良好(hao)的(de)力學性(xing)能和冷熱加工性(xing),是常用(yong)的(de)合金成分(fen)范圍。

β相電子化(hua)合(he)物(wu)：以CuZn為基礎(chu)的(de)固溶體,具有體心立方(fang)結構(gou)。

高溫無序的(de)β相(xiang)的(de)塑性好(hao)，而有序的(de)β′相(xiang)難(nan)以冷變形。故含&beta;′相(xiang)的(de)黃銅只能(neng)采用熱加工成型。

γ相電子化(hua)合物：Cu5Zn8為基的(de)固溶(rong)體，硬且脆(cui)，難(nan)以(yi)塑(su)性加工(gong)，故含γ相的(de)合金(jin)無實用價值(zhi)。

w(Zn)<36%：α黃銅

鑄態組織(zhi)為(wei)單(dan)相樹(shu)枝狀(zhuang)晶(jing);

形變(bian)及(ji)再(zai)結晶退(tui)火后：等軸α 相晶粒,具(ju)有退(tui)火孿晶。

w(Zn)=36~46%的(de)合金(jin)為(α+β)黃銅。

普通黃銅的性能

單相的α黃銅具有塑(su)(su)性(xing)，能承(cheng)受冷熱塑(su)(su)性(xing)變形；在200~700℃間存在低塑(su)(su)性(xing)區(qu)。

因素(su)：一種(zhong)是存在Cu9Zn和Cu3Zn有(you)序固溶體,在中溫時(shi)發(fa)生原子有(you)序化,使合金塑性(xing)下降;另一種(zhong)是含有(you)微量低熔(rong)點(dian)的鉍、銻、鉛(qian)等雜質元素(su)引(yin)起的晶界脆性(xing)。

(α+β)黃銅(tong)在加(jia)熱到高于(yu)500 ℃時,低溫有序的β′相轉變成無(wu)序的β相, β相極軟,但晶體結構為體心(xin)立(li)方(fang),原子擴散快(kuai)晶粒(li)易長(chang)大。一般鍛造溫度略(lve)低于(yu)(α+β)/ β相線,以保留少量α 相,阻礙相晶粒(li)長(chang)大。

黃銅(tong)有良好的鑄造性能(neng),在(zai)大氣(qi)、淡水中耐(nai)蝕(shi),在(zai)海(hai)水中耐(nai)蝕(shi)性尚可。黃銅(tong)的腐(fu)蝕(shi)表現在(zai)脫(tuo)鋅和(he)應力腐(fu)蝕(shi)。

黃銅的腐蝕與防止

黃銅的腐(fu)蝕(shi)分(fen)為電化學腐(fu)蝕(shi)（脫鋅）和應力腐(fu)蝕(shi)。

1）脫鋅：是指鋅在中(zhong)性(xing)鹽溶液中(zhong)發生選(xuan)擇(ze)性(xing)水解。可加入(ru)微量(liang)的(de)砷W（As）＝0.02～0.06％加以防止。

2）應力腐蝕：冷變形(xing)后(hou)的(de)黃(huang)銅在(zai)張應力、腐蝕介(jie)質NH3、SO2和濕空(kong)氣的(de)聯合(he)作用，發生腐蝕。

應力腐蝕的防止：

1）去應力退火；

2）表(biao)面(mian)鍍鋅或(huo)鎘； 

3）在黃銅中(zhong)加入(ru)少量(liang)的Si和微量(liang)的砷可減小自裂(lie)傾向。

幾種加工黃銅

低鋅黃(huang)銅(tong)H96、H90、H85有良好(hao)的(de)導(dao)電性、導(dao)熱(re)性和(he)(he)耐蝕性,有適宜的(de)強度(du)和(he)(he)良好(hao)的(de)塑性,大(da)量(liang)用(yong)于(yu)冷凝器(qi)和(he)(he)散熱(re)器(qi)。 

三(san)七黃銅H70、H68強度高,塑性好,用于深沖或深拉(la)制(zhi)造形(xing)狀復雜的零件,如散熱器外(wai)殼(ke)(ke)、導(dao)管、波紋管殼(ke)(ke)體。 

四(si)六黃(huang)銅(tong)H62、H59為(wei)(α+β)黃(huang)銅(tong)，可經(jing)受高(gao)溫熱(re)加工(gong)，H62黃(huang)銅(tong)強(qiang)度高(gao)，塑性較好，用于(yu)制造銷釘、螺(luo)帽、導(dao)管及散熱(re)零件等(deng)。

特殊黃銅

加入(ru)其他合金(jin)元(yuan)素如錫(xi)、鋁、硅、鉛、鐵(tie)、鎳等后(hou)， α/(α+β)相(xiang)界發(fa)生(sheng)移動,有(you)的(de)(de)縮小(xiao)α相(xiang)區,有(you)的(de)(de)擴(kuo)大(da)α相(xiang)區。每w=1%的(de)(de)合金(jin)元(yuan)素在組織上替代鋅(xin)的(de)(de)量稱(cheng)&ldquo;鋅(xin)當量&rdquo;（K)。鋅(xin)當量小(xiao)于(yu)1的(de)(de)是擴(kuo)大(da)α相(xiang)區的(de)(de)元(yuan)素。

由(you)“虛擬鋅含(han)量”x   ;來判斷(duan)相區移動

2.

青銅

青銅是(shi)Cu和(he)Sn、Al、Be、Si、Mn、Cr、Cd、Zr和(he)Co等元素組成的(de)合金的(de)統稱。

青(qing)銅(tong)(tong)根據成分(fen)可分(fen)為錫(xi)青(qing)銅(tong)(tong)（Cu-Sn）和(he)特殊青(qing)銅(tong)(tong)。在特殊青(qing)銅(tong)(tong)中，根據主加元(yuan)素又分(fen)別(bie)命名為鋁(lv)青(qing)銅(tong)(tong)（Cu-Al）、鈹青(qing)銅(tong)(tong)（Cu-Be）等。

二(er)元青銅：Cu-Sn， Cu-Al， Cu-Be，…；

多元青銅(tong)：Cu-Sn-M， Cu-Al-M， Cu-Be-M，…

青銅的牌號及(ji)表示方法

加工青銅：Q+主加元素及含(han)量(liang)+其他元素含(han)量(liang)

例如：QSn4-3

鑄造(zao)青(qing)銅：Z+Cu+主(zhu)加元素及(ji)含量

例如(ru)：ZCuPb30

1）錫青銅

錫(xi)青銅是歷(li)史上應(ying)用早的合金。

錫青銅的相組成：

α相：含錫的銅基固(gu)溶(rong)體(ti),

β相：Cu5Sn體(ti)心(xin)立方結構, 降溫時(shi)分解。

γ相：不穩(wen)的高溫相,

δ相：Cu31Sn8,復雜立方結構(gou),硬而且脆在(zai)。

ε相：Cu3Sn,具(ju)有密排(pai)六方結構。

錫青銅的組織：

w(Sn)<6%鑄態組織:由樹枝狀α固溶體組成。 

w(Sn)>6%時:α固溶體和(α +ε)共析體所組成。

錫青銅的性能：

鑄造性能：

優點：鑄(zhu)件收縮率小,適(shi)于鑄(zhu)造形狀復雜(za),壁厚(hou)變化(hua)大(da)的(de)器件。

缺點：錫(xi)青銅存(cun)在枝晶間的(de)分散(san)縮孔(kong),致密性差,在高(gao)壓下(xia)容易滲漏,不適(shi)于制造密封性高(gao)的(de)鑄件(jian)。

同時鑄件凝固時含錫高的低熔點液相易從中部向表面(mian)滲出(chu),出(chu)現反(fan)偏析,嚴重時會在表面(mian)出(chu)現灰白色斑點的“錫汗(han)”，它(ta)主要由δ相所(suo)組(zu)成(cheng)。

力學性能：

有較高的強度(du)、硬度(du)和耐磨性(xing)。

工業錫青銅(tong)中錫含量(liang)不超14%，其(qi)中w(Sn) 低于(yu)7~8%為變形錫青銅(tong)，有高塑性和適宜的強度;

高于10% 的(de)錫青銅為鑄造合金，用于鑄件。

化學性能：

錫青(qing)銅在大氣、海(hai)(hai)水和堿性溶液中(zhong)有(you)良好的耐蝕性,用于(yu)鑄造海(hai)(hai)上(shang)船舶和礦(kuang)山機械零件(jian)。

2）多元錫青銅

二元錫(xi)青銅(tong)(tong)的工藝性能和力(li)學性能需要(yao)進一步改(gai)進，一般工業用(yong)錫(xi)青銅(tong)(tong)部(bu)分別加入合金(jin)元素Zn、P、Pb、Ni等(deng)，得到多元錫(xi)青銅(tong)(tong)。

+P：能顯著提(ti)高(gao)合(he)金的(de)彈(dan)性(xing)極限和疲(pi)勞(lao)極限，并能承受壓(ya) 力加工，廣泛用于制造各種彈(dan)性(xing)元(yuan)件(jian)。如QSn6.5-0.1：可(ke)制造導電性(xing)好的(de)彈(dan)簧、接觸片、精密儀(yi)器中的(de)齒輪等耐磨(mo)(mo)和抗磁元(yuan)件(jian)。ZQSn10-1：Cu3P與δ相(xiang)可(ke)作為青銅軸(zhou)承材料的(de)耐磨(mo)(mo)相(xiang)，可(ke)做耐磨(mo)(mo)軸(zhou)承合(he)金。

&nbsp;+Zn: 可提高力學性(xing)能(neng)和耐蝕(shi)性(xing)。QSn4-3 , 常用(yong)作制造彈(dan)簧、等彈(dan)性(xing)零(ling)件和抗(kang)磁零(ling)件。

3）鋁青銅

鋁青銅(tong)(tong)有良好(hao)的力學性能、耐蝕性和耐磨(mo)性,是青銅(tong)(tong)中(zhong)應用廣的一種。

鋁青銅的相組成

α固(gu)溶體：鋁在銅基α固(gu)溶體，鋁青銅有高的強度和塑性。

β相：Cu3Al電子化合(he)物為(wei)基(ji)的(de)固溶體，具(ju)有體心(xin)立方(fang)相為(wei)點陣。

 γ 1、 γ2相(xiang)：以(yi)Cu9Al4電子化(hua)合物為基的固溶體,γ2相(xiang)硬而(er)且脆,能提高合金的耐(nai)磨性。

鋁青銅的性能

鑄造性能：

二元鋁(lv)青銅的結晶(jing)間隔小(xiao),液相有(you)極高的流動性,縮(suo)孔(kong)集中,可獲(huo)得高密度鑄(zhu)件;但體積收縮(suo)大,要求有(you)大的冒(mao)口。

力學性能：

w(Al)=5~8%的合(he)金為單相α 合(he)金,有高的塑性,一般做變(bian)形合(he)金;

 w(Al)高于8%的(de)合(he)金,在高溫下為α+β雙(shuang)相合(he)金,可經受熱加(jia)工,一般(ban)用熱擠壓法(fa)成型。

化(hua)學性能(neng)： 

鋁青銅(tong)可在(zai)表面生成含鋁和(he)銅(tong)的(de)致密復(fu)合氧化膜,有良好(hao)的(de)耐蝕(shi)性,在(zai)大氣、海(hai)水、碳酸和(he)有機(ji)酸中,耐蝕(shi)性優于黃銅(tong)和(he)錫青銅(tong)。

工(gong)業中二元鋁青銅(tong)有QAl5、QAl7和QAl10

4）多元鋁青銅

添加鐵、鎳、錳(meng)等元(yuan)素，獲得多元(yuan)鋁青銅。QAl10-4-4 （Al-Fe-Ni）: Fe 細化;  Ni顯著提高、熱(re)穩定性和耐蝕性。

加入少量鐵(tie)后，在液相中形成細小的FeAl3質點，使合金在凝(ning)固時作(zuo)為非自(zi)發(fa)形核核心，細化(hua)鑄造組織，消除鑄錠的粗(cu)大(da)柱(zhu)狀晶，改善熱塑性。鐵(tie)阻礙(ai)鋁青銅(tong)的再結晶,細化(hua)晶粒。鐵(tie)還減慢β  相共析分解。

鎳能顯著(zhu)提高(gao)鋁(lv)青銅的強度、熱(re)穩定性(xing)和(he)耐(nai)蝕性(xing)。Cu-14Al-4Ni合金是形狀記(ji)憶(yi)合金。鎳和(he)鐵同時(shi)(shi)加(jia)入時(shi)(shi)，會(hui)形成k相。當(dang)鎳和(he)鐵加(jia)入量相當(dang)時(shi)(shi)得到細小而分散的k相分布,具有很好的力(li)學性(xing)能,并在高(gao)溫下有良好的熱(re)強度。

5）鈹青銅

鈹(pi)青(qing)銅一般(ban)w(Be)=1.5~2.5%。

鈹青銅相組成：

α固溶(rong)體：Be在銅基α固溶(rong)體。

γ1相：CuBe電(dian)子化合物為(wei)基(ji)的無序固溶體，體心(xin)立(li)方(fang)。高溫有(you)好的塑(su)性。

γ2相(xiang)：CuBe電子化合物為(wei)基的固溶體,體心立方有序結構，γ2相(xiang)硬而脆。

鈹青銅的性能與用途

鈹青銅(tong)有(you)強的(de)沉淀強化效應，經固溶淬火和(he)時效，得到(dao)高的(de)強度和(he)彈性(xing)極限； 

具有良好的導電和導熱性能；耐蝕和耐磨(mo)；

無磁，沖擊時(shi)無火(huo)花(hua) ； 

可制造高級彈性元件和特殊耐磨元件，還用于(yu)電氣轉向開關(guan)、電接觸器(qi)等(deng)；鈹為強(qiang)毒(du)性金屬，生產時需嚴格操(cao)作(zuo)；  

QBe2, QBe1.9，強度(du)可達(da)成1200-1400 MPa 。

6）多元鈹青銅

少量(liang)鎳抑(yi)制淬火時α過飽和固溶體(ti)分解(jie),使熱處理效果(guo)好(hao),降(jiang)低鈹在(zai)晶界的偏聚量(liang),抑(yi)晶界不連續(xu)沉淀(dian)。

微量鈦(tai)w(Ti)=0.1~0.25%可抑制過飽和固(gu)溶體脫溶,細化鑄(zhu)造和再結晶晶粒(li),減少晶界不連(lian)續沉淀，改善鈹青(qing)銅的力學性能。

7）其他青銅

硅青銅

彈性好(hao)，耐蝕性極高，有良好(hao)的(de)(de)耐磨性，并且抗磁、耐寒(han)，撞擊(ji)無火花，工藝性能好(hao)。加入(ru)Mn（QSi3-1）, Ni(QSi1-3)可提高硅青銅(tong)的(de)(de)性能。 

耐(nai)熱、高導(dao)電合金(jin)  

鉻和鋯：提(ti)高(gao)蠕變強度，提(ti)高(gao)再結晶溫度，并且導電(dian)率降低小。鉻和鋯同時加入可形(xing)成(cheng)Cr2Zr是良好(hao)的(de)沉淀強化相，可得到耐熱(re)性高(gao)導電(dian)合金（高(gao)架線(xian)）。

3.

白銅

白(bai)銅按成分分為二元(yuan)(yuan)白(bai)銅（Cu-Ni）和多元(yuan)(yuan)白(bai)銅（Cu-Ni-(M)）。  

按(an)用途分(fen)為(wei)結構白銅和電工白銅。 

銅與(yu)鎳由于在電(dian)負性、尺寸因(yin)素和點陣類型上均(jun)滿足(zu)無限固溶(rong)條件，因(yin)而可(ke)形成(cheng)無限固溶(rong)體。

其硬度(du)、強度(du)、電阻(zu)(zu)率隨溶(rong)質濃度(du)升(sheng)高(gao)而增加(jia)，塑性、電阻(zu)(zu)溫度(du)系數(shu)隨之降低。

結構白銅

常用的牌(pai)號有B10、B20、B30； 

在大氣、海水、過(guo)熱蒸氣和高(gao)溫下有優(you)良的耐蝕(shi)性(xing)，而且冷熱加工性(xing)能都很好，可制(zhi)造高(gao)溫高(gao)壓下的冷凝(ning)器、熱交換器，廣(guang)泛用于船舶、電站、石油化(hua)工、醫療器械等部(bu)門(men). B20也是常用的鎳幣材(cai)料，可制(zhi)造高(gao)面額的硬幣。

加入Fe, Zn, Al, 可提高其(qi)性能(neng)（多元白(bai)銅）。

電工白銅

1）康銅    

含Ni40％、Mn1.5％的錳白銅；     

具(ju)有高(gao)電阻、低電阻溫(wen)度系(xi)數(shu)，與銅(tong)、鐵(tie)、銀配成(cheng)熱(re)(re)電偶對時，能產生(sheng)高(gao)的熱(re)(re)電勢，組成(cheng)銅(tong)-康(kang)銅(tong)、鐵(tie)—康(kang)銅(tong)和銀—康(kang)銅(tong)熱(re)(re)電偶，測(ce)溫(wen)，工作溫(wen)度范圍為-200℃--600℃。

2）考銅(tong)      

Ni43％、Mn0.5％的錳白銅；

有高的(de)電(dian)阻(zu), 與銅、鎳鉻(ge)合金、鐵分別配成熱(re)電(dian)偶時，能產(chan)生(sheng)高的(de)熱(re)電(dian)勢，考(kao)銅—鎳鉻(ge)熱(re)電(dian)偶的(de)測溫(wen)范圍從(cong)-253℃(液氫沸點(dian))到室溫(wen) 。

3）B0.6      

B0.6在l00℃以(yi)下與(yu)銅(tong)線(xian)配成對, 其熱電(dian)勢與(yu)鉑銠-鉑熱電(dian)偶的(de)熱電(dian)勢相同，可(ke)做鉑銠—鉑熱電(dian)偶的(de)補償導線(xian)。