銅及銅合金(上課用)

1、金屬銅是唯一的能大量天金屬銅是唯一的能大量天然產出的金屬，也存在于各然產出的金屬，也存在于各種礦石種礦石(例如黃銅礦、輝銅例如黃銅礦、輝銅礦、斑銅礦、赤銅礦和孔雀礦、斑銅礦、赤銅礦和孔雀石石CuSO4 2H2O)中中 。孔雀石孔雀石黃銅礦黃銅礦CuFeSCuFeS2 2 輝銅礦輝銅礦CuCu2 2S S 藍銅礦藍銅礦CuCu3 3(CO(CO3 3) )2 2(OH)(OH)2 2 赤銅礦赤銅礦CuCu2 2O O 每生產每生產100萬發(fā)子彈，需用銅萬發(fā)子彈，需用銅13-14噸噸 （炮銅）（炮銅）電力輸送中需要大量消耗高導電性的銅電力輸送中需要大量消耗高導電性的銅 1996年建成的香港天壇大佛

2、，使用錫、鋅、鉛年建成的香港天壇大佛，使用錫、鋅、鉛青銅青銅鑄造拼接而成，鑄造拼接而成，高高26米，重米，重206噸。噸。1997年建成的浙江普陀山南海觀音大佛，高年建成的浙江普陀山南海觀音大佛，高20米，重米，重 70噸噸在銅幣的應用中，除了變化尺寸以外，在銅幣的應用中，除了變化尺寸以外， 可以很方便地采用不同合金成分、改可以很方便地采用不同合金成分、改 變合金色彩來制造和區(qū)分不同面值的變合金色彩來制造和區(qū)分不同面值的 貨幣。常用的有含貨幣。常用的有含25鎳的鎳的“銀幣銀幣”， 含含 20鋅和鋅和1錫的黃銅幣以及含少錫的黃銅幣以及含少 量錫（量錫（3%）和鋅（）和鋅（l.5%）的）的“銅銅”

3、幣幣元素符號元素符號Cu，原子量原子量63.5銅具有良好的導電、導熱性，僅次銅具有良好的導電、導熱性，僅次于銀而居第二于銀而居第二焰色反應呈綠色。焰色反應呈綠色。密度密度8.92g/cm3熔點熔點1083銅和它的一些合金有較好的銅和它的一些合金有較好的耐腐蝕耐腐蝕能力，室能力，室外常溫下銅在大氣中的氧化速度很慢，表面外常溫下銅在大氣中的氧化速度很慢，表面生成一層黑色氧化性保護膜。溫度高于生成一層黑色氧化性保護膜。溫度高于130后，銅的氧化速度才開始增加。高溫下銅的后，銅的氧化速度才開始增加。高溫下銅的表面生成一層致密的表面生成一層致密的紅色氧化亞銅紅色氧化亞銅（Cu2O）膜。銅在潮濕空氣中久置

4、后，銅表面會生成膜。銅在潮濕空氣中久置后，銅表面會生成一層一層銅綠銅綠，Cu (OH)2 Cu CO3 或或CuSO4 Cu(OH)2 。 純銅的純銅的抗拉強度抗拉強度低，退火狀態(tài)下的純銅低，退火狀態(tài)下的純銅抗拉強度約抗拉強度約為為220MPa，伸長率伸長率約為約為45%50%，硬度硬度HB約為約為4050HBS 具有高的塑性，可具有高的塑性，可冷、熱壓力加工冷、熱壓力加工，可制成管、，可制成管、棒、線、條、帶、板、箔等銅材棒、線、條、帶、板、箔等銅材 。 經冷加工變形后強度增至經冷加工變形后強度增至392MPa490MPa，塑性顯著，塑性顯著降低，伸長率可降至降低，伸長率可降至2%納米銅的室

5、溫超塑性 合金：合金：由兩種或兩種以上的金屬或非金屬所組成的由兩種或兩種以上的金屬或非金屬所組成的具有金屬特性的物質。具有金屬特性的物質。 目前已能制備目前已能制備1600多種銅合金，主要的系列有：多種銅合金，主要的系列有：銅鋅合金銅鋅合金銅錫合金銅錫合金銅鎳合金銅鎳合金錳銅合金錳銅合金鈹（青）銅合金鈹（青）銅合金（一）黃銅（一）黃銅（Cu-Zn合金）合金） 黃銅具有良好的工藝性能、機械性能、較高的黃銅具有良好的工藝性能、機械性能、較高的導電和導熱性，黃銅還具有價格便宜優(yōu)點。導電和導熱性，黃銅還具有價格便宜優(yōu)點。，是有色金屬中應用最廣，是有色金屬中應用最廣的合金材料之一。的合金材料之一。黃銅的

6、分類黃銅的分類 根據黃銅中所含合金元素種類的不同，黃銅分根據黃銅中所含合金元素種類的不同，黃銅分為為普通黃銅普通黃銅和和特殊（復雜）黃銅特殊（復雜）黃銅兩種。兩種。 普通黃銅是銅鋅二元合金。如果是由二種以上普通黃銅是銅鋅二元合金。如果是由二種以上的元素組成的多種合金就稱為的元素組成的多種合金就稱為特殊黃銅特殊黃銅。如由。如由鉛、錫、錳、鎳、鉛、鐵、硅組成的銅合金。鉛、錫、錳、鎳、鉛、鐵、硅組成的銅合金。 在眼鏡行業(yè)中，通常采用在眼鏡行業(yè)中，通常采用HPb59-1鉛黃銅鉛黃銅來制來制造中低檔眼鏡鉸鏈和配件。造中低檔眼鏡鉸鏈和配件。 HPb59-1：銅：銅：59%，鉛，鉛1%。 1.普通黃銅：如：

7、普通黃銅：如：H96，H80，H70，H68，H59等。等。 根據根據CuZn二元狀態(tài)圖，黃銅的室溫組織有三種：二元狀態(tài)圖，黃銅的室溫組織有三種： 含鋅量在含鋅量在35%以下的黃銅，室溫下的顯微組織由單相的以下的黃銅，室溫下的顯微組織由單相的固固溶體組成，稱為溶體組成，稱為黃銅，退火處理后的黃銅，退火處理后的黃銅能承受黃銅能承受極大的塑極大的塑性變形性變形 ； 含鋅量在含鋅量在36%46%范圍內的黃銅，室溫下的顯微組織由范圍內的黃銅，室溫下的顯微組織由（+）兩相組成，稱為（）兩相組成，稱為（+）黃銅（兩相黃銅）；）黃銅（兩相黃銅）； 含鋅量超過含鋅量超過46%50%的黃銅，室溫下的顯微組織僅由

8、的黃銅，室溫下的顯微組織僅由相相組成，稱為組成，稱為黃銅，其組織如圖黃銅，其組織如圖 。鑄態(tài)黃銅的力學性能與含鋅量及組織的關系鑄態(tài)黃銅的力學性能與含鋅量及組織的關系 H90 （ H80）有優(yōu)良的耐蝕性、導熱性和冷變形能力，并呈金黃色，有金色黃銅之稱。常用于鍍層、藝術裝飾品、獎章、散熱器等。 H70（H68）俗稱三七黃銅，有優(yōu)良的冷熱塑性變形能力，適宜用冷沖壓制造形狀復雜而要求耐蝕的管、套類零件，如彈殼、波紋管等，故又有彈殼黃銅之稱。 H62、H59 俗稱四六黃銅。當 wZn=3945%時，室溫下的組織為+ 。在實際生產條件下，當wZn32%時，即出現+ 組織。強度較高，有一定的耐蝕性，廣泛用來

9、制作電器上要求導電、耐蝕及適當強度的結構件，如螺栓、螺母、墊圈、彈簧及機器中的軸套等，有商業(yè)黃銅之稱 為了提高黃銅的耐蝕性、強度、硬度和切削性等，在為了提高黃銅的耐蝕性、強度、硬度和切削性等，在銅銅-鋅合金中加入少量（一般為鋅合金中加入少量（一般為1%2%，少數達，少數達3%4%，極個別的達，極個別的達5%6%）錫錫、鋁、鋁、錳錳、鐵、鐵、硅、硅、鎳鎳等元素，構成三元、四元、甚至五元合金，即等元素，構成三元、四元、甚至五元合金，即為復雜黃銅，亦稱為復雜黃銅，亦稱復雜黃銅。復雜黃銅。 實例：實例：鎳黃銅鎳黃銅：鎳與銅能形成連續(xù)固溶體，：鎳與銅能形成連續(xù)固溶體，65Cu-30Zn-5Ni是典型的鎳

10、黃鎳黃銅銅，鎳能提高合金的強度和韌性，并能增強合金的抗脫鋅及抗應力鎳能提高合金的強度和韌性，并能增強合金的抗脫鋅及抗應力腐蝕的能力。腐蝕的能力。眼鏡上的螺釘及架子一般用眼鏡上的螺釘及架子一般用H62:它的強度較高，并有一定的耐蝕性，它的強度較高，并有一定的耐蝕性，缺點是在汗水的腐蝕下會生銅銹。缺點是在汗水的腐蝕下會生銅銹。黃銅精密異型材黃銅精密異型材 眼鏡鉸鏈眼鏡鉸鏈 青銅原指青銅原指Cu-Sn合金，是人類應用最早的一種合金，合金，是人類應用最早的一種合金，現包括：現包括：錫青銅錫青銅，鋁青銅鋁青銅，鈹青銅鈹青銅，硅青銅硅青銅等。等。 牌號：牌號： “Q”+第一個主加元素符號及其名義質量第一個

11、主加元素符號及其名義質量分數分數+數字（其他合金元素的名義質量分數）；如數字（其他合金元素的名義質量分數）；如QSn4-3 鑄造青銅：鑄造青銅：ZCuSn10P1錫青銅錫青銅它的機械性能與它的機械性能與含錫量含錫量有關。有關。當當Sn5%6%時，時，Sn溶于溶于Cu中，形成面心立方晶格的中，形成面心立方晶格的固固溶體，隨著含錫量的增加，合金的強度和塑性都增加。溶體，隨著含錫量的增加，合金的強度和塑性都增加。含含Sn量量56%，錫青銅的室溫組織為，錫青銅的室溫組織為+共析體共析體(+)。相是以電子化合物相是以電子化合物Cu31Sn8為基的固溶體，是一個硬脆相，為基的固溶體，是一個硬脆相，雖然強度

12、繼續(xù)升高，但塑性卻會下降。雖然強度繼續(xù)升高，但塑性卻會下降。 1. 當當Sn20%時，由于出現過多的時，由于出現過多的相，使合金變得很脆，強相，使合金變得很脆，強度也顯著下降。因此，工業(yè)上用的錫青銅的含錫量一般為度也顯著下降。因此，工業(yè)上用的錫青銅的含錫量一般為3%14%。 除除Sn外，錫青銅中一般含有少量外，錫青銅中一般含有少量Zn、Pb、P、Ni等元素：等元素： Zn提高低錫青銅的機械性能和流動性。提高低錫青銅的機械性能和流動性。 Pb能改善青銅的耐磨性能和切削加工性能，卻要降低機械能改善青銅的耐磨性能和切削加工性能，卻要降低機械性能。性能。 Ni能細化青銅的晶粒，提高機械性能和耐蝕性。能

13、細化青銅的晶粒，提高機械性能和耐蝕性。1. P能提高青銅的韌性、硬度、耐磨性和流動性。能提高青銅的韌性、硬度、耐磨性和流動性。 鋁青銅以鋁為主加元素的銅合金，具有比錫青銅更好的耐蝕性、更好的力學性能。應用：高強度、高耐磨性、耐蝕的零件，如彈簧、齒輪、摩擦輪，傳動機構等。牌號：QAl11-6-6，QAl10-5-5.鈹青銅鈹青銅 熱處理強化后的抗拉強度可高達熱處理強化后的抗拉強度可高達12501500MPa，HB可達可達350400，遠遠超過任何銅合金，可與高強度合金鋼媲美。，遠遠超過任何銅合金，可與高強度合金鋼媲美。鈹青銅的鈹青銅的含鈹量在含鈹量在1.7%2.5%之間之間，鈹溶于銅中形成，鈹溶

14、于銅中形成固溶體。固溶體。鈹青銅鈹青銅具有很高的彈性極限具有很高的彈性極限（彈性之王）、疲勞強度、耐磨性（彈性之王）、疲勞強度、耐磨性和抗蝕性，導電、導熱性極好，并且耐熱、無磁性，受沖擊時和抗蝕性，導電、導熱性極好，并且耐熱、無磁性，受沖擊時不發(fā)生火花。不發(fā)生火花。牌號牌號成分成分狀態(tài)狀態(tài)抗拉強度抗拉強度伸長率伸長率彈性模量彈性模量硬度硬度QBe2Be軟態(tài)軟態(tài)450-50040117900維氏維氏加工態(tài)加工態(tài)95031212500維氏維氏鈹青銅的力學性能鈹青銅的力學性能注意注意：青銅切屑性能較差，在后續(xù)工序中應注意其開裂現象：青銅切屑性能較差，在后續(xù)工序中應注意其開裂現象在鏡架中的應用在鏡架中的應用 在銅合金中青銅的耐磨性、彈性以及耐腐蝕性在銅合金中青銅的耐磨性、彈性以及耐腐蝕性能是最好的，但它的脆性比較大。能是最好的，但它的脆性比較大。 在鏡架制造上，主要用來制造在鏡架制造上，主要用來制造。水晶老眼鏡水晶老眼鏡 以鎳為主要合金元素的銅基合金，因多數呈銀白色而以鎳為主要合金元素的銅基合金，因多數呈銀白色而得名，銅和鎳能