銅及銅合金的熔煉技術(shù)模板

1、資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請聯(lián)系改正或者刪除。銅及銅合金的熔煉技術(shù)東北大學(xué)成型0902 王玙 17211: 概述銅是人類最早使用的金屬。早在史前時代,人們就開始采掘露天銅礦 ,并用獲取的銅制造武器、 工具和其它器皿 , 銅的使用對早期人類文明的進步影響深遠。銅存在于地殼和海洋中。銅在地殼中的含量約為 0.01, 在個別銅礦床中 , 銅的含量能夠達到 3 5。自然界中的銅 , 多數(shù)以化合物即銅礦物存在。銅礦物與其它礦物聚合成銅礦石 , 開采出來的銅礦石 , 經(jīng)過選礦而成為含銅品位較高的銅精礦。銅礦石分為三類 :( 1) 硫化礦 , 如黃銅礦 (CuFeS2)、斑銅礦 (Cu5Fe

2、S4)和輝銅礦 (Cu2S)等。( 2) 氧化礦 , 如赤銅礦 (Cu2O)、 孔雀石 CuCO 3Cu(OH) 2 、 藍銅礦2CuCO 3Cu(OH) 2、 硅孔雀石 (CuSiO 32H 2O)等。( 3) 自然銅。銅礦石中銅的含量1左右 ( 0.5 3 ) 便有開采價值 , 因為采用浮選法能夠把礦石中一部分脈石等雜質(zhì)除去, 而得到含銅量較高 ( 8 35) 的精礦砂。純銅 : 面心立方晶格 , 原子量 63.54, 密度 8.9, 熔點 1083電阻率 0.01673 歐姆 mm2/m, 線性膨脹數(shù) 17.6 10-6/ , 導(dǎo)熱率 0-100 399W/mk 。軟態(tài) 280MPA,

3、延伸率 40%資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請聯(lián)系改正或者刪除。從銅礦中開采出來的銅礦石, 經(jīng)過選礦成為含銅品位較高的銅精礦或者說是銅礦砂, 銅精礦需要經(jīng)過冶煉提成,才能成為精銅及銅制品 .當(dāng)前 , 世界上銅的冶煉方式主要有兩種: 火法冶煉與濕法冶煉 )1火法 :經(jīng)過熔融冶煉和電解精火煉生產(chǎn)出陰極銅, 也即電解銅 , 一般適于高品位的硫化銅礦。除了銅精礦之外,廢銅做為精煉銅的主要原料之一 , 包括舊廢銅和新廢銅 , 舊廢銅來自舊設(shè)備和舊機器 , 廢棄的樓房和地下管道 ; 新廢銅來自加工廠棄掉的銅屑 (銅材的產(chǎn)出比為50左右 ),一般廢銅供應(yīng)較穩(wěn)定, 廢銅能夠分為 : 裸雜銅 :品位

4、在90以上 ; 黃雜銅 ( 電線 ) :含銅物料 ( 舊馬達、電路板 ) ; 由廢銅和其它類似材料生產(chǎn)出的銅, 也稱為再生銅。2濕法 :一船適于低品位的氧化銅 , 生產(chǎn)出的精銅稱為電積銅。2: 純銅工業(yè)純銅的牌號及應(yīng)用純銅含銅 99.90-99.99%,加工銅國家標(biāo)準有9 個牌號 : 3 個純銅牌號、3資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請聯(lián)系改正或者刪除。個無氧銅牌號、2 個磷脫氧銅牌號、1 個銀銅牌號 ; 高純銅純度可達 99.99% 99.9999%, 又稱為 4N 、 5N、 6N 銅。工業(yè)純銅的牌號用字母 T 加上序號表示 , 如 T1, T2, T3 等, 數(shù)字增加表示純度降

5、低。無氧銅用 ”T ”和 ”U”加上序號表示 , 如 TUl 、 TU2 。用磷和錳脫氧的無氧銅 , 在 TU 后面加脫氧劑化學(xué)元素符號表示,如 TUP、 TUMn 。純銅的性能導(dǎo)電導(dǎo)熱性 : 高的導(dǎo)電、 導(dǎo)熱性 , 僅次于銀而居第二位。工業(yè)純金屬的導(dǎo)電、 導(dǎo)熱性由高到低的順序為 : 銀、銅、鋁、鎂、鋅、 鎘、 鈷、 鐵、 鉑 , 錫、 鉛、 銻。20時銅的電阻率為 1.613 ? cm, 熱導(dǎo)率為 402W mK; 銀為 1.590 ? cm, 銀為 419W mK 。用途 : 各種導(dǎo)線、 電纜、 導(dǎo)電牌、 電器開關(guān)等導(dǎo)電器材和各種冷凝管、 散熱管、 熱交換器、 真空電弧爐的結(jié)晶器等。導(dǎo)電器

6、材用量占銅材總量一半以上。所有雜質(zhì)和加入元素 , 不同程度降低銅的導(dǎo)電、 導(dǎo)熱性能。 固溶于銅的元素 (除 Ag 、 Cd 外 )對銅的導(dǎo)電、 導(dǎo)熱性降低較多 , 而呈第二相析出的元素則對銅的導(dǎo)電、 導(dǎo)熱性降低較少。Ti 、 P、 Si、 Fe、 Co、 As, Be、冷變形對銅的導(dǎo)電性能影響不大 ,Mn 、 Al 強烈降低 Cu 導(dǎo)電性。與其它強化方法 (如固溶強化 )相比冷加工后導(dǎo)電性的降低要小得多Cu20 薄膜。資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請聯(lián)系改正或者刪除。A1 203 彌散強化可提高銅的強度而又不使其導(dǎo)電率明顯下降。耐蝕性: 銅的標(biāo)準電極電位為 +0.345V, 比氫高

7、 , 在水溶液中不能置換氫 , 因此 , 銅在許多介質(zhì)中化學(xué)穩(wěn)定性好。銅在大氣中耐蝕性良好, 暴露在大氣中的銅能在表面生成難溶于水、 并與基底緊密結(jié)合的堿性硫酸銅 (即銅綠 , CuS043Cu(OH) 2)或堿性碳酸銅 (CuCO3Cu(OH) 2)薄膜 , 對銅有保護作用 , 可防止銅繼續(xù)腐蝕。銅在淡水及蒸汽中抗蝕性能也很好。 因此野外架設(shè)的大量導(dǎo)線、 水管、 冷凝管等 , 均可不另加保護。銅在海水中的腐蝕速度不大 , 約為 0.05mm a; 加入 0.150.3 As 能顯著提高銅對海水的抗蝕性。銅在非氧化性的酸 (如鹽酸 )、 堿、 多種有機酸 (如醋酸、 檸檬酸、脂肪酸、 乳酸、

8、草酸 )中有良好的耐蝕性?？墒?, 銅在氧化劑和氧化性的酸 (如硝酸 )中不耐蝕。氨、 氯化銨 , 氰化物 , 汞鹽的水溶液和濕潤的鹵素族元素等 , 均引起銅強烈的腐蝕。銅在常溫干燥空氣中幾乎不氧化 , 但當(dāng)溫度超過 100時開始氧化 , 并在其表面生成黑色的 CuO 薄膜。在高溫下 , 銅的氧化速度大為增加 , 并在表面上生成紅色的磁性 : 為逆磁性物質(zhì) , 磁化率為 -0.085 10-6, 常見來制造不受磁場干擾的磁學(xué)儀器 , 如羅盤、 航空儀器。鐵磁性雜質(zhì) (Fe、 Co、 Ni) 在銅中呈不溶狀態(tài)時 , 即顯鐵磁性。 用 T1 或 T2 銅來作磁性儀表的結(jié)構(gòu)材料。 Fe 是危害最大的

9、雜質(zhì), 應(yīng)嚴格限制在0.01以下。銅的機械性能資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請聯(lián)系改正或者刪除。軟態(tài)銅 : =200240MPa, 35 45HB, 50, 達 75。硬態(tài)銅 :bb 350 400MPa, 110 130HB,延伸率 =6。銅為面心立方晶格 , 滑移系多 , 變形易 , 退火態(tài)銅不經(jīng)中間退火可壓縮 85 95而不產(chǎn)生裂紋。 純銅在 500 600呈現(xiàn)”中溫脆性”,熱加工需在高于脆性區(qū)溫度下進行。中溫脆性是低熔點金屬Pb、 Bi 與 Cu 生成低熔點共晶、分布在晶界上造成 , 因在中溫區(qū)它以液體狀態(tài)存在于晶界, 造成熱脆 , 而在較高溫度時 , 由于 Pb、 Bi

10、在 Cu 中的固溶度增大, 微量 Pb、 Bi 又固溶于銅的晶粒內(nèi), 不造成危害 , 從而使塑性又升高。雜質(zhì)及微量元素對銅壓力加工性能的影響純銅中的雜質(zhì)分為三類:固溶于銅的雜質(zhì)及微量元素;很少固溶于銅, 并與銅形成易熔共晶的雜質(zhì)及微量元素;幾乎不固溶于銅, 并與銅形成熔點較高的脆性化合物的雜質(zhì)及微量元素。雜質(zhì)元素對銅塑性的影響, 取決于銅與元素的相互作用。當(dāng)雜質(zhì)元素固溶于銅時, 影響不大 ; 若雜質(zhì)元素與銅形成低熔點共晶時, 則會產(chǎn)生 ”熱脆 ”。若雜質(zhì)元素與銅形成脆性化合物分布于晶界時, 則產(chǎn)生 ”冷脆 ”。磷 : 固溶于銅的雜質(zhì)磷熔點44 , 700時磷在銅中的溶解度為1.75, 而 20

11、0時則只溶解0.4 , 溫度下降磷在銅中的溶解度也下降。磷顯著降低銅的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性,但對銅的機械性能特別是對資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請聯(lián)系改正或者刪除。焊接性能有益。磷常作為銅的脫氧劑使用 , 并提高銅液的流動性。過量的磷會生成 Cu3P 脆性化合物 , 造成”冷脆” , 因此過量的磷有害。砷: 熔點 613 , 在固態(tài)銅中可溶解 7.5。少量 As 對機械性能沒明顯影響 , 但顯著降低銅的導(dǎo)電、 導(dǎo)熱性。砷可提高銅的再結(jié)晶溫度 , 提高銅的耐熱性 ; 另外 , 砷顯著提高銅的耐蝕性 , 作冷凝管用的銅管中均加入少量的砷 ; 還可改進含氧銅的加工性能。銻 : 熔點 630 ,

12、 共晶溫度 ( 645 ) 下銻在銅中的固溶度 11。隨溫度降低 , 銻在銅中的溶解度急劇降低 , 并形成脆性 Cu3Sb, 分布在晶界上而造成”冷脆” 。銻同時造成銅的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性的嚴重降低, 導(dǎo)電用銅的含銻量不允許超過 0.002。鉛: 熔點 327, 基本上不溶解于銅 , 微量的鉛與銅形成低熔點共晶組織 (Cu Pb), 共晶溫度為 326 , 共晶體最后結(jié)晶并集中在晶界上, 鉛呈黑色顆粒狀分布在晶界上 , 熱加工時 , 鉛先熔化 , 使金屬晶粒之間的結(jié)合力受到破壞 , 造成”熱脆”。鉛限制在 0.005 0.05。鉍: 熔點為 271, 不溶于 Cu 中 , 在 270與 Cu 生成

13、低熔點共晶(Cu+Bi) 。Bi 在低熔點共晶中呈薄膜狀分布在銅的晶界上, 熱加工時 ,薄膜熔化而造成”熱脆” 。 Bi 本身也是脆性相, 使銅在冷態(tài)下也會變脆 , 因此 Bi 不但造成” 熱脆” , 也造成” 冷脆” , 對銅危害嚴重。鉍的極限含量不大于0.002。氧: 不固溶于銅 , 與銅形成高熔點脆性化合物 Cu2O, 含氧銅冷凝時 , 氧呈共晶體 (Cu+Cu 2O)析出 , 分布在晶界上。 共晶溫度很高 (1066),資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請聯(lián)系改正或者刪除。對熱變形性能不產(chǎn)生影響, 但 Cu2O 硬而脆 , 使冷變形產(chǎn)生困難, 致使金屬發(fā)生”冷脆 。含氧銅在氫或

14、還原性氣氛中退火時, 會出現(xiàn)”氫病”?！睔洳　钡谋举|(zhì)是由于退火時, 氫或還原性氣氛易于滲入銅中與CuO的氧化合而形成水蒸氣或CO2。100g含氧0.01的銅在氫氣中退火, 會形成140cm3 的蒸汽。生成的水蒸汽無法擴散, 在銅中形成很高的壓力, 使銅遭到破壞。含氧量達0.005的銅,即出現(xiàn)”氫病” 。根據(jù)氧含量和生產(chǎn)方法, 純銅可分無氧銅、脫氧銅和純銅三類, 其中只有無氧銅才能在高溫還原性氣氛中加工使用。硫: 形成共晶系相圖, 共晶溫度較高 , 對銅熱變形影響不明顯, 共晶體 (+Cu2S)集中在晶界上 , Cu 2S 硬而脆 , 致使金屬發(fā)生 ”冷脆 ”。硫的最大允許含量為 0.005 0.01。硒, 碲: 在固態(tài)銅中的溶解度極小 , 生成 Cu2Se、Cu2Te 脆性化合物 , 凝固時沿晶界析出 , 造成 ”冷脆 ”。銅