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铜和铜合金讲述
一、铜及铜合金的主要特点
二、铜及铜合金分类
三、铜的合金化原理
四、艺术铜合金和形状记忆合金简介
铜及铜合金
一、铜及铜合金的主要特点
人类最早认识和使用的金属:新石器时代知道金和铜。青铜器。
产量在有色金属中占第二位,密度8.9g/cm3,属重金属。
纯铜具有优良导电、导热性,fcc主体;
较好的抗蚀性:耐海水和大气腐蚀
合金化:高强、高抗蚀性、高耐磨
分类特殊:紫、黄、青、白
1. 优良的导电、导热性能
在所有金属中, Cu的导电性仅次于Ag, 为100%IACS,高纯铜甚至可到103%IACS.
铜的导热性是所有金属中最好的,为430W/m.K。
合金化会显著提高强度,但会降低导电、导热性能
高强、高导铜的发展,如弥散强化铜
导电、导热是铜及其合金的最重要应用领域。W-Cu
2.铜是抗磁性金属
铜的抗磁性磁化率极低:铜及其合金在抗外磁环境得到广泛应用,如仪表、罗盘、航空、航天、雷达。但含Fe、Mn、高Ni的铜合金除外。
3. 铜的摩擦系数很小。
铜基合金耐磨性能优良,尤其是含Sn的多元铜合金,广泛用于机械设备上的重要耐磨零件,如轴套、轴瓦、涡轮等。
4. 铜的耐蚀性很好
铜的电极电位很高,高于氢。在许多介质中都是稳定的,大部分铜基合金在大气和海水中具有很高的耐腐蚀性,在稀的非氧化氢氟酸、盐酸、磷酸及醋酸溶液中也有很高的化学稳定性。
5. 铜的塑性很高
铜是fcc结构,无同素异构转变,非常易于加工成形。经过强化后,特别是固溶强化效果好,可形成高强度、高韧性材料,制造高强度、高韧性、高导电、高导热、高耐蚀零件
6. 铜有杀菌作用。
铜在水等介质中,能释放铜离子,抑制细菌和某些微生物的生长,广泛应用于人类饮用水输水管道、洗衣机内筒、船舶的重要部件,如螺旋桨等。
7. 铜及铜合金有各种色彩
纯铜呈紫色,合金化后呈金黄色或银白色,色调古朴典雅,可用于钱币和各类工艺美术品。
二、铜及铜合金分类
最普通的分类法:六大类
紫铜、高铜合金、黄铜、青铜、白铜、锌白铜
紫铜
工业纯铜,软而韧,杂质含量0.7%
高铜合金
含有少量Be、Zr、Cr、Fe,每一种合金元素含量不超过8mol%,这些元素改善Cu的一种或多种性质。
黄铜
Zn
五种基本元素
青铜
Si、Sn、Al
白铜、锌白铜
Ni
铜合金五种基本元素
类别
合金元素
固溶度(摩尔分数,20℃),%
黄铜
Zn
37
锡青铜
Sn
9
铝青铜
Al
19
硅青铜
Si
8
白铜、锌白铜
Ni
100
Cu含量不少于99.3 wt. %
Cu2O呈紫色,新鲜表面呈玫瑰红
牌号:GB5231-85
纯铜:T1-T3 (99.95,99.90, 99.70) 用于导电、导热
无氧铜:Tu1(99.97), Tu2(99.95) 用于电真空器件
磷脱氧铜:Tp1(99.90), Tp2(99.85) 残留脱氧剂,只能做结构材料
特种铜: 砷铜、银铜、碲铜和弥散铜等,用于导电结构件
性质:导电、导热性(仅次于银)
化学稳定性好(碱式化合物)
力学性能
(σb=170-500MPa,铸态延伸率17%、退火50%、硬态6%)
1. 紫铜
2. 黄铜
黄铜是以锌为主要添加元素的铜合金,含有或不含有少量的其他元素。
只含锌的铜-锌二元合金称为普通黄铜或简单黄铜,除锌以外还含有其他添加元素的铜合金称为复杂黄铜或特殊黄铜。
黄铜的铜质量分数一般为55%~96%,以字母H表示
黄铜具有良好的力学性能、耐蚀性、导电性、导热性和加工工艺性,价格低,色泽美,是应用最广、最经济的结构用铜合金。
高锌黄铜在冷作硬化状态下有应力腐蚀倾向(季裂),应注意消除应力退火。
脱锌腐蚀是高锌黄铜的另一个突出问题,可选用低锌黄铜或在黄铜中加入微量As、Sn、P、sb等元素抑制合金脱锌。
在含微量氧的氮气中退火,生成氧化物薄膜,也可抑制脱锌,获得较好的表面质量。
3. 青铜
青铜是以除锌和镍以外的其他元素为主要添加元素的铜合金,通常以铜以外的第一主元素名称命名青铜的类别。
青铜品种繁多,其中以锡青铜、铝青铜、铍青铜应用较广;还有硅青铜、锰青铜、钛青铜、铬青铜及锆青铜等。
青铜以字母Q表示。
具有比黄铜高的力学性能,良好的耐蚀性、耐磨性、耐热性,高的弹性,且加工成形性能好,铸件体积收缩率小。主要用于承力的耐蚀、耐磨零件、弹性元件等。
4. 白铜
白铜是以镍为主要添加元素的铜合金,含有或不含有一定量的其他元素。
只含Ni的铜一镍二元合金称为普通白铜,除Nj以外还含有其他添加元素的铜合金成为复杂白铜。通常分为结构白铜和电工白铜(锰白铜),以字母B表示。
对于铜.镍系合金,当Nj在10%以下时呈赤
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