铜合金

固溶的溶质元素对铜的导电性有很大影响，P、Si、Fe、Co、
Be、Al、Mn、As及Sb均强烈降低铜的导电性，而Ag、Cd、 Cr、Mg对导电性的降低幅度较小。 固溶元素对铜的导热率有较大的降低。
铜合金中的强化相
• 电子化合物γ2-Cu-Be相：在Cu-Be二元合金中，Be在
Cu中溶解度从高温（866℃）时的2.7%降到0.16%。
• Cr2Zr：铬和锆共同加入铜合金中产生的强化相，提
高合金强度和耐热性，且有高的导电率。
• Ni2Si：镍与硅在铜合金中形成的沉淀强化相。 • NiAl或NiAl2：镍与铝在铜合金中形成沉淀强化相。 • Cu3Ti：钛在铜中形成的沉淀强化相。
工业纯铜
工业纯铜又称紫铜，呈玫瑰红色。它分为两
大类，一类为含氧铜，另一类为无氧铜。
白铜
以Ni为主要合金元素的铜合金。 镍添加量通常为10%～30%。铜和镍无限互溶形成连续固溶体。
加镍显著提高耐蚀性、强度、硬度、电阻，降低电阻率温度系数。
为改善合金的组织和性能，常添加适量的锌或铁和锰、铝。
• 铁：细化晶粒，增加强度和耐蚀性； • 锌：固溶强化，提高耐大气腐蚀能力； • 锰：脱氧，脱硫，增加强度； • 铝：产生沉淀强化效应。
γ相是电子化合物Cu5Zn8为基的固溶体，硬 而脆，难以塑性加工，故无实用价值。
二元黄铜的组织
ω(Zn)<36%的合金为α 黄铜,铸态组织为单
相树枝晶,形变及再结晶退火后得到等轴α 相
晶粒,具有退火孪晶。
ω(Zn)=36%-46%的合金为（ α + β ）黄铜。
二元黄铜的性能
铸态，黄铜性能与锌含量有关（如图
铝青铜的组织及性能特点
二元铝青铜的结晶间隔小，有很高的流动性，缩孔集中，可 获得高密度铸件；但体积收缩大，要求有大的冒口。 铝在铜基α固溶体中有强的固溶强化作用，有高的强度和塑 性。 W(Al）＝5～8％的合金为单相α合金，塑性高，一般用作变 形合金； W(Al）高于8％的合金，在高温下为 α＋β双相合 金，一般用热挤压法成型。 铝青铜可在表面生成含铝和铜的致密复合氧化膜，有良好的 耐蚀性。
低于0.003％。
工业纯铜的应用
工业纯铜中含氧量低于0.01％的称为无氧铜，以TU1和
TU2表示，用做电真空器件。
•
TUP为磷脱氧铜，用做焊接铜材，制作热交换器、排水管、冷 凝管等。
•
TUMn为锰脱氧铜，用于电真空器件。
T1~T4为纯铜，含一定氧。T1和T2的含氧量较低，用于
导电合金；T3和T4含氧较高， W(O)＜0.1％，一般用做 铜材。
多元黄铜
加入其它合金元素，使α / （ α + β ）相界 发生移动，缩小α 相区或扩大α 相区。见下
表，锌当量小于1的都是扩大α 相区的元素。
元素的锌当量
合金元素 当量系数
Si
10
Al
6
Sn
2
Pb
1
Fe
0.9
Mn
0.5
Ni
-1.4
锌当量
每1％的合金元素在组织上代替锌的量(K)。
“虚拟锌含量”的计算：
由于有良好的的导电性、导热性和塑性，并
兼有耐蚀性和焊接性，它是化工、船舶和机
械工业中的重要材料。
性 能 特 点
工业纯铜的导电性和导热性在64种金属中仅次于银。
• 冷变形后，纯铜的导电率变化小，故可在冷加工状态用作导电材料。
砷、锑等影响最强烈；形成非金属夹杂物的硫化物、氧化物、硅酸盐等
• 杂质元素会降低其导电性和导热性，尤以磷、硅、铁、钛、铍、铝、锰、
单相α 黄铜
单相α 黄铜具有极好的塑性，能承受冷热塑性变形， 但在200-700℃间存在低塑性区。
影响因素：一是中温时发生原子有序化，使合金塑 性下降；二是含有微量低熔点的Bi、Sb、Pb等杂质 元素引起的晶界脆性。
加入稀土元素可以改善黄铜在这个温度范围的塑性 （？）。
（ α+ β）黄铜
x A B CK A CK 100%
式中：A、B分别为多元黄铜中锌和铜的实际含量；
CK 为除锌外的合金元素的实际含量（C）和该元素的
锌当量（K）的乘积总和。
铝黄铜
黄铜中加入少量铝可提高合金对腐蚀介质特 别是高速海水的耐蚀性？
形成致密并和基体结合牢固的氧化膜
HA185-0.5铝黄铜色泽金黄，耐蚀性极高，可 作金的代用品。
加热到高于500℃时，低温有序的β’相转变成
无序的β相， β相极软，为体心立一般锻造温度低于（ α+ β）/ β相线，以保留
少量α相，阻碍β相晶粒长大。
二元黄铜性能缺点
在大气、淡水中耐蚀，在海水中尚可。腐蚀表现在
应力腐蚀和脱锌？ 。
黄铜经冷变形后放置，可发生自动破裂（季裂）。 加硅与微量砷可减小黄铜自裂倾向；表面镀锌或镉 也能防止自裂。 低锌黄铜H96、H90、H85；三七黄铜H70、H68； 四六黄铜H62、H59。
可制造高级弹性元件和特殊耐磨元 件，还用于电气转向开关，电接触 器等；
铍强毒，生产时应严格操作。
微量元素对铍青铜的影响

一般w（Be）=1.5 ~2.5 %。热处理时，760~790℃固溶处理，快速淬火 310~330 ℃时效，其σb强度可达1250~1500 MPa，ζe为700~780 MPa。 Ni的影响
青铜
青铜是铜和锡、铝、铍、硅、锰、铬、镉、
锆和钛等元素组成的合金的统称。
青铜根据成分可分为：锡青铜和特殊青铜。
在特殊青铜中，根据主加元素又命名为铝青
铜、铍青铜等。
青铜器
锡青铜
α相，锡的铜基固溶体
β相，Cu5Sn，体心六方，电子浓度21/14
γ相，不稳定的高温相 δ相，Cu31Sn8复杂立方，电子浓度21/13 ε相，Cu3Sn密排六方，电子浓度21/12
在大气、海水、过热蒸汽和高温下 有优良的耐蚀性，且冷热加工性好， 可制作高温高压下的冷凝器、热交 换器等。 B20是常用的镍币材料，制造硬币。
电工白铜
康铜
Ni40% ，Mn1.5%。高电阻、低电阻温 度系数，T:-200/600℃ 。
考铜
Ni43%， Mn0.5%。T:-253℃(液H沸点) 到室温。
黄铜
铜锌合金称为黄铜，再加入其他合金元素后
形成多元黄铜。
Cu-Zn二元相图
在包晶温度903℃，锌在铜中的固溶度为 ω(Zn)=32.5%；在456℃，ω(Zn)最大为 39%。 α固溶体有两个有序固溶体，Cu9Zn 和Cu3Zn，α固溶体有良好的力学性能和冷 加工性。
β相是以CuZn为基的固溶体，体心立方结 构，456-468℃以下为β’有序相，高温无序β 相的塑性好，而有序β’相难以冷变形。
多元铝青铜
为进一步改善二元铝青铜的工艺性能和使
用性能，可添加铁，镍，锰等元素，获得
多元铝青铜。
P149~150，自学
铍青铜
有强的沉淀强化效应，经固溶淬火 和时效，得到高的强度和弹性极限， 且稳定性好，弹性滞后小；
有良好的导电和导热性能； 耐蚀和耐磨； 无磁，冲击时无火花；
白铜的分类
结构白铜
力学性能和耐腐蚀性能好， 色泽美观，用于制造精密机
电工白铜
有良好的导热性和导电性， 主要有锰铜、康铜和考铜等，
械、化工机械和船舶构件。
用于制造精密电工仪器、变
阻器、精密电阻、热电偶等。
结构白铜
Cu-Ni二元合金为普通白铜，单相固 溶体，常用牌号B10、B20、B30。
第十章 铜合金
分 类
工业纯铜---又称紫铜，可分两大类，即含氧 铜和无氧铜； 黄铜---铜锌合金，以Zn为主加元素； 白铜---铜镍合金，以Ni为主加元素； 青铜---铜锡合金等（除了锌、镍外，加入其 他元素的合金均称青铜）
铜中的合金元素
在铜中无限固溶的合金元素有：Ni、Au、Mn； 大多数合金元素为有限溶解；当溶质元素与铜原子尺寸差别 很大时，溶解度明显减小。 铜中固溶的合金元素将起固溶强化作用；
铝青铜
有良好的力性、耐蚀性和耐磨性。 耐蚀性优于黄铜和锡青铜。
α相为固溶体； β相为Cu3Al电子化合物为基的固溶 体，具有体心立方，560℃发生共析 分解，β→α+γ2。 若从β相淬火，可发生马氏体转变。 γ1, γ2相是以Cu9Al4电子化合物为 基的固溶体，γ2相硬而脆，能提高合 金的耐磨性。
B0.6白铜
Ni0.6%。100℃下 铂铑-铂热点偶的补 偿线。
w（Sn）>10%为铸造合金，收缩率小，适于铸造形状复杂、壁
厚变化大的器件。
缺点：铸件致密性差，在高压下容易渗漏，不适于制造密封
性高的铸件。同时铸件凝固时会产生严重的晶内(枝晶)偏折， 并出现反偏析，严重时会在表面出现灰的色的斑点的“锡汗”，
（主要由δ所组成）。
应用
在大气、海水、和碱性溶液中有良好的耐蚀性，可用于做造 海上船舶和矿山机械零件。
影响小，不溶的铅、铋等金属的夹杂物影响也不大。
铜的电极电位较正，在许多介质中都耐蚀，可在大气、淡气、 水蒸气及低速海水等介质中工作。
无磁性，常用来制造不受磁场干扰的磁学仪器。
铜有极高的塑性，能承受很大的变形量而不发生破裂。
杂质对铜塑性的影响
Bi或Pb与铜形成富铋或铅的低熔点共晶，在晶界形成液膜， 造成热脆。 Bi与Sb等元素与铜的原子尺寸差别大，含微量的Bi或Sb的稀 固溶体中即引起点阵畸变大，驱使Bi和Sb在铜晶界产生强烈 的偏聚，使铜的晶界能降低，晶界弱化，造成晶界脆化。 含氧铜在还原性气氛中退火，氢渗入与氧作用生成水蒸气， 这会造成很高的内压力，引起微裂纹。故对无氧铜要求W(O)