§2-4其他工程材料及应用
土木工程材料的性能及其在建筑领域中的应用
土木工程材料的性能及其在建筑领域中的应用摘要：本文主要探讨土木工程材料的性能，并讨论其在建筑领域中的应用。
首先，我们将介绍常见的土木工程材料，包括水泥、混凝土、钢筋等，并简要介绍它们的特点和用途。
接着，我们将重点讨论这些材料的性能特点，包括耐久性、强度、可塑性等，以及它们在建筑领域中的应用案例。
最后，我们将总结土木工程材料的关键性能和应用，探讨相关研究的前景。
关键词：建筑材料；土木工程；施工应用引言：土木工程材料是建筑领域中不可或缺的关键要素。
它们在保障结构安全和可持续发展中起着重要作用。
随着科学技术的进步，土木工程材料的性能也得到了不断提升，为工程建设提供更高质量和更安全的选择。
本文将就土木工程材料的性能及其在建筑领域中的应用进行深入探讨，旨在为工程师和研究人员提供指导和借鉴。
1常见的土木工程材料水泥水泥是一种常用的建筑材料，其具有优秀的粘结性和耐久性。
水泥主要由石灰和硅酸盐等矿物质经过煅烧而成。
它在混凝土中作为主要胶凝材料，能够使混凝土的强度和耐久性得到增强。
此外，水泥还可用于制作砌筑砖块、砂浆等。
1.2混凝土混凝土是土木工程中最常见的构造材料之一。
它由水泥、砂、骨料和水按一定比例掺合而成。
混凝土具有较高的强度、抗压、耐久性和耐久性，能够承受巨大的荷载。
它广泛用于建筑物的地基、柱、梁、板、墙等构件的制作。
1.3 钢筋钢筋是一种高强度的钢材，广泛用于土木工程的钢筋混凝土结构中。
钢筋能够有效增强混凝土的抗拉强度和抗震性能。
在钢筋混凝土结构中，钢筋起到承载荷载的作用，使结构具有较高的耐力和韧性。
2土木工程材料的性能特点2.1耐久性土木工程材料的耐久性是指材料在长期使用条件下能够保持其原有性能和稳定性的能力。
耐久性是土木工程材料的重要指标之一，它直接影响着工程结构的使用寿命和安全性。
在建筑领域中，耐久性优良的材料能够有效地防止结构的老化、腐蚀和损坏，延长结构的使用寿命，减少维修和更换的成本。
2.2 强度土木工程材料的强度是指材料抵抗外力作用下变形和破坏的能力。
第二章 建筑工程材料
第二章建筑工程材料1、水泥属于无机非金属材料。
水玻璃、树脂属于有机胶凝材料。
2、材料的吸湿性的大小用含水率表示。
3、材料的耐水性用软化系数表示。
4、F n表示材料的抗冻等级，n为最大冻融次数。
5、当部分块状石灰的表层被烧毁成十分致密的釉状物，这类石灰称为过火石灰。
6、水玻璃的应用：制作快凝防水剂，耐热砂浆，耐酸砂浆。
性质有：粘结强度高，耐热性好，耐酸性强。
7、P·I是指不掺加石灰石或粒化高炉矿渣混合材料。
P·Ⅱ为掺加石灰石或矿渣混合材料的硅酸盐水泥。
主要指标有：细度，凝结时间，安定性，强度（42.5,42.5R，52.5，52.5R，62.5,62.5R）。
体积安定性不良的水泥为废品水泥，严禁使用。
8、硅酸盐水泥的初凝时间不得早于45min。
普通硅酸盐的强度等级：42.5、42.5R，52.5,52.5R。
9、复合硅酸盐水泥的代号P·C。
10、混凝土的强度等级是按混凝土的立方体抗压强度确定的。
水泥等级强度、水灰比是影响混凝土强度的最主要因素。
11、HPB300级钢筋中，H表示热轧。
12、烧结空心砖是以黏土、页岩或煤矸石为主要原料烧制而成，孔洞率大于35%。
13、小型砌块的高度是115—380mm。
14、一般以水泥强度等级为混凝土强度的1.5—2.0倍为宜。
15、混凝土用砂应优先选用级配良好的粗砂。
这种砂的空隙率与总表面积均较少。
16、砂浆的保水性用分层度表示。
17、常用的普通抹面砂浆有水泥砂浆。
18、大理石不宜用于室外装饰。
19、旋切微薄木，具有花纹自然真实，富有立体感的特点，主要用于高级建筑的室内墙、门橱柜等饰面。
20、PE属于热塑性塑料。
21、热稳定性好不是普通玻璃的性质。
22、聚乙烯给水管也称PE给水管。
23、塑料管排水只适用于输送温度不超过45℃的排水系统中。
24、小便槽冲洗用的多孔管，与墙成45°安装。
25、硬聚氯乙烯给水管也称UPVC给水管。
26、钢管主要有焊接钢管和无缝钢管。
第2章 建筑材料2.4-2.6
表2-6 通用硅酸盐水泥各品种的组分和代号表 品 种
硅酸盐水泥
普通硅酸盐水泥 矿渣硅酸盐水泥
P· S· B 代号
组
熟料+石膏
粒化高炉 矿渣
分
火山灰质 混合材料
粉煤灰
石灰 石
P· I P· Ⅱ
100 ≥95
≥95
≥80且<95 ≥50且<80 ≥30且<50 ≥60且<80 ≥60且<80
2013年10月7号
（1）混凝土的抗压强度
•混凝土的抗压强度有立方体抗压强度和轴心抗压强 度两种情况，这里仅对前者进行简单介绍。
•我国国家标准《普通混凝土力学性能试验方法标准》 (GB/T50081-2002)规定以边长为150㎜的立方体为标 准试件，标准立方体试件在（20±2）℃的温度和相 对湿度95%以上的潮湿空气中养护28天，试件的承压 面不涂润滑剂，按照标准试验方法测得的抗压强度 作为混凝土的立方体抗压强度,单位为N/mm² (MPa)。
2013年10月7号
加载速度对立方体强度也有影响，加载速度越快，测得的强度
越高。与成型后的龄期有关，试件的尺寸效应
表1-4 混凝土试件尺寸及强度的尺寸换算系数 骨料最大粒径（mm） 试件尺寸（mm×mm×mm） 强度尺 寸 ≤31.5 100×100×100 0.95 ≤40 ≤63
2013年10月7号
2013年10月7号
普通水泥
普通水泥
硅酸盐水泥
• 2.4.4其他特性水泥 • （1）白水泥与彩色硅酸盐水泥 • 白色和彩色硅酸盐水泥在装饰工程中常用来配制彩 色水泥浆，配制装饰混凝土，配制各种彩色砂浆用 于装饰抹灰，以及制造各种色彩的水刷石、人造大 理石及水磨石等制品。 • （2）快硬高强水泥 • 主要用于配制早强混凝土，适用于紧急抢修工程和 低温施工工程。 • （3）膨胀水泥
工程材料的基本知识
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(2) 橡胶
•以生胶为基础加入适量的填加剂组成的高分子弹性体
回 章 首
•分类
•天然橡胶：从天然植物中采集到的一种聚乙戊二烯 为主要成分的高聚物，用来制造轮胎，也可用作胶带、
胶管及各种橡胶制品，如刹车皮碗
合成橡胶 ：基本性能和用途与天然橡胶相似，可用于
（1）工程材料的力学性能
回 章 首
1）强度 2）塑性 3）硬度 4）冲击韧性 5）疲劳强度 6）耐磨性
（2）工程材料的物理、化学及工艺性能
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回 章 首
1）强度： 强度是指在外力作用下材料抵抗变形与断裂的能力
F A0
i）弹性极限 e 和弹性模量E
E
ii) 屈服极限
s
iii） 抗拉强度 b
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模 锻 模 具
回 章 首
退出
回 章 首
冲裁
退出
回 章 首
弯曲
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拉伸
回 章 首
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3. 焊接
通过加热或加压，依靠金属原子的结合与扩散作用，使分离金属材 料牢固地连接起来 按焊接过程主要分为： 熔化焊：利用热源，将被焊金属结合处局部加热到熔化状态，并与熔化 的焊条金属混合，冷却时凝固结晶，使之焊合在一起 压力焊：利用加压力（或同时加热），使金属产生塑性变形，实现原子
2. 塑性加工
•利用金属的塑性，使其在外力作用下成形的一种加工方法。 •主要有：自由锻、模锻、板料冲压、轧制、挤压、拉拔 自由锻 ：利用自由锻设备的上下砧块或一些简单的通用工具，直接 使坯料变形而获得所需的几何形状及内部质量的锻件
模锻 ：利用模具使坯料变形而获得比自由锻质量更高的锻件的锻造 板料冲压 ：利用安装在压力机上的冲模对板料加压，使其产生分 离或变形，以获得零件的一种工艺方法。主要有冲裁、弯曲、拉伸
工程材料及其应用课后答案(西交)
第一章材料的性能1- 1 什么是金属材料的力学性能？金属材料的力学性能包含哪些方面?所谓力学性能，是指材料抵抗外力作用所显示的性能。
力学性能包括强度刚度硬度塑性韧性和疲劳强度等1- 2什么是强度？在拉伸试验中衡量金属强度的主要指标有哪些？他们在工程应用上有什么意义？强度是指材料在外力作用下，抵抗变形或断裂的能力。
在拉伸试验中衡量金属强度的主要指标有屈服强度和抗拉强度。
屈服强度的意义在于：在一般机械零件在发生少量塑性变形后，零件精度降低或其它零件的相对配合受到影响而造成失效，所以屈服强度就成为零件设计时的主要依据之一。
抗拉强度的意义在于：抗拉强度是表示材料抵抗大量均匀塑性变形的能力。
脆性材料在拉伸过程中，一般不产生颈缩现象，因此，抗拉强度就是材料的断裂强度，它表示材料抵抗断裂的能力。
抗拉强度是零件设计时的重要依据之一。
1- 3 什么是塑性？在拉伸试验中衡量塑性的指标有哪些？塑性是指材料在载荷作用下发生永久变形而又不破坏其完整性的能力。
拉伸试验中衡量塑性的指标有延伸率和断面收缩率。
1-4 什么是硬度？指出测定金属硬度的常用方法和各自的优缺点。
硬度是指材料局部抵抗硬物压入其表面的能力。
生产中测定硬度最常用的方法有是压入法，应用较多的布氏硬度洛氏硬度和维氏硬度等试验方法。
布氏硬度试验法的优点：因压痕面积较大，能反映出较大范围内被测试材料的平均硬度，故实验结果较精确，特别适用于测定灰铸铁轴承合金等具有粗大经理或组成相得金属材料的硬度；压痕较大的另一个优点是试验数据稳定，重复性强。
其缺点是对不同材料需要换不同直径的压头和改变试验力，压痕直径的测量也比较麻烦；因压痕大，不以测试成品和薄片金属的硬度。
洛氏硬度试验法的优点是：操作循序简便，硬度值可直接读出；压痕和较小，可在工件上进行试验；采用不同标尺可测定各种软硬不同的金属厚薄不一的式样的硬度，因而广泛用于热处理质量检验。
其缺点是：因压痕较小，对组织比较粗大且不均匀的材料，测得的结果不够准确；此外，用不同标尺测得的硬度值彼此没有联系，不能直接进行比较。
2.环保设备及应用—常用工程材料2
§2～2 常用金属材料
（四）铸造碳钢 铸造碳钢的牌号是
用“铸钢”两字的 汉语拼音字首ZG 与两组数字组成， 第一组数字代表屈 服强度最低值，第 二组数字代表抗拉 强度最低值。如 ZG230-450表示屈 服强度大于230MPa， 抗拉强度大于 450MPa的铸造碳钢。
《环保设备及应用》
——常用工程材料
§2～1 材料力学性能
力学性能是指材料在外力作用下所表现出 来的特性。常用的有强度、塑性、刚度、 硬度、韧性、疲劳极限和耐磨性等指标。
一、强度
强度是指材料在外力作用下抵抗塑性变形 和断裂的能力。若将断裂看成变形的极限， 则可将强度称为变形的抵抗能力。
§2～1 材料力学性能
Q235BZ
符号含义：Q是 “屈”字的汉语拼音首位字母；
§2～2 常用金属材料
质量等级分A、B、C、D四个等级，表示钢材质量依次提 高（S、P含量依次降低）；
脱氧方法用F、b、Z、TZ表示沸腾钢、半镇静钢、镇静钢、 特殊镇静钢，牌号中“Z”可以省略。
例如：Q235A
表示其屈服强度大于235MPa，
低合金工具钢最高工作温度一般不超过300℃，主 要用于低速切削刀具。常用的牌号有9Mn2V、 9SiCr、Cr06、CrWMn等主要用于冲模、冷压模、 丝锥、板牙、绞刀、拉刀、钻头、冷轧辊、量规 及量具等；CrWMn、Cr2及4Cr13、9Cr18等，主要 用于制造高精度量规、高精度块规、形状复杂的 样板及耐腐蚀的量具等。
§2～2 常用金属材料
2．低合金结构钢 低合金结构钢是在普通碳素结构钢的基础上加入少量合金
元素而得到的，合金元素总量不超过5%，常加入的合金 元素有Mn、Si、Nb、Mo、Ti、Cu等。少量的合金元素的 加入提高了钢的强度，同时也保持了较好的塑性、韧性、 焊接性和冷、塑性加工性能。其牌号与碳素结构钢相同， 质量等级用符号A、B、C、D、E表示，共五个级别。 Q345、Q390、Q420、Q460、Q500、Q550、Q620和Q690 八个强度等级等。 如Q420A表示其屈服强度为420MPa；质量等级为A级的低 合金结构钢。低合金结构钢主要用于制造桥梁、船舶、车 辆、锅炉、高压容器、输油输气管道、大型结构等。
爆炸焊
由于爆炸焊是一个具有高温、高压、高速的复杂物理
化学过程，对一些关键性问题，如爆炸载荷作用下复
板的确切运动情况、射流在爆炸焊中的作用、焊接界
面的成波机理等目前尚未有清楚的认识，生产中还要
靠试验来确定最优参数。
材料科学与工程学院
压力焊
25
25
特种焊 通常成功的爆炸焊接界面都是呈规则的波状界面， 这些波也称为界面波，如图所示。良好的爆炸焊 接结合在很大程度上与射流的形成有关，而射流 取决于板件的碰撞角、碰撞点移动速度、复板打 击速度以及基复板材的物理、化学性能等。
压力焊
23
23
特种焊
1.两种基体金属间不能形成合金； 2.焊接过程中金相组织发生变化或产生新的组织使接头
性能变差； 3.熔合区和热影响区的机械能、塑性降低； 4.基体金属热膨胀系数不同而引起无法消除的热应力； 5.因塑性变差和应力增加往往容易引起裂纹。
材料科学与工程学院
压力焊
24
24
特种焊
爆炸焊是利用炸药的爆轰能量使被焊材料的焊接面高 速斜碰撞基体金属，碰撞产生的压力足以使被焊金属 界面产生剧烈的局部塑性变形。
爆炸时瞬时释放的化学能产生 700MPa 以上的高压、局
部达3000℃的高温和（500～1000m/s）高速冲击波，作用在
焊件上并发生猛烈撞击，在接触面的撞击点上产生射流。射
流冲刷作用清除了表面氧化膜和吸附层，使洁净的金属表面
相互接触并在高压下紧密结合形成金属键。随炸药的连续爆
炸，界面向前推移，形成连续的爆炸结合面。
（二）按装配方式分
a)平行法
b)角度法
复合板爆炸焊装配示意图
1-雷管 2-炸药 3-缓冲层 4-覆板 5-基板 α-安装角 h-间隙
材料导论--第二章--材料科学与工程的四个基本要素
□ 多学科交叉 □ 密切结合实际应用 □ 发展中的学科
5
§2.1 材料科学与工程的形成与内涵
2.1.2 材料科学与工程的形成
材料科学的核心内容，在于研究材料的成分、组织结构与 性能的关系，具有科学的性质，其目的是解决“为什么”。
材料工程的核心内容，在于研究材料在制备、成形、处理 和加工过程中的工艺技术问题，其目的是解决“怎样做”。
面上会发生突变，但有界面分开的不一定都是两相，例 如，如果材料是由成分、结构均相同的同种晶粒构成的， 尽管各晶粒之间有晶界隔开，但它们仍属于同一种相。
21
§2.2 材料的结构与性能
●组织：材料内部的微观形貌称为材料的组织。 在光学显微镜或电子显微镜下可观察到，能反映各
组成相形态、尺寸及分布的图像。
●材料的使用依赖于材料的性 能，而其性能都是由其化学组 成和结构决定的。 ●只有从微观上了解材料的组 成、结构与性能的关系，才能 有效地选择制备和使用材料。
17
§2.2 材料的结构与性能
材料的结构
键合结构 晶体结构
组织结构
定义: 组成材料的原子或分子之间的空间分布。 材料的结构决定材料的性能。
内涵：包含化学成分、晶体结构和缺陷、相组成、形貌等。
在“材料科学”概念出现以前，金属、陶瓷和高分子都 已自成体系，但它们之间存在颇多相似之处，不同材料之间 可以相互借鉴，促使了该学科的发展。
3
§2.1 材料科学与工程的形成与内涵
3）不同材料测试技术及工艺技术的交叉融合也促进了材料 科学的形成
虽然不同类型的材料各有其专用的生产设备和测试手段， 但它们在许多方面是相同或相近的。
11
§2.1 材料科学与工程的形成与内涵 材料的结构层次
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§2-4 其他工程材料及应用
工程材料的分类
铸铁
黑色金属 碳钢
金属材料
合金钢
铝合金 有色金属 铜合金
其它有色金属
塑料 高分子材料 橡胶
非金属材料 陶瓷材料 合成纤维
复合材料
§2-4 其他工程材料及应用 一、有色金属及硬质合金
1、有色金属 ——指黑色金属（钢铁）以外的所有 金属及其合金，也称为非铁金属。
常用牌号有QBe2、QBe1.7、 QBe1.9等 。
铍青铜制品
用于重要的弹性件、耐磨 件，如精密弹簧、膜片，
高速、高压轴承及防爆工
具、航海罗盘等重要机件。
3)白铜 ——以镍为主要合金元素的铜合金。
白铜可分普通白铜和特殊白铜。
①普通白铜: 具有较高的耐蚀 性和抗腐蚀疲劳性能及优良 的冷热加工性能。
铝合金制品
(1) 变形铝合金
① 防锈铝合金
——主要是Al-Mn和Al-Mg系合金。
Mn和Mg主要 作用是提高抗蚀能 力和塑性，并起固 溶强化作用。
卫星天线 （LF2）
❖ 常用的Al-Mn系合金有 LF21（ 3A21 ），其抗蚀性 和强度高于纯铝，用于制造油罐、油箱、管道、铆 钉等需要弯曲、冲压加工的零件。
白铜件
牌号：B 数字
白铜
镍的平均百分含量
B5：表示平均含镍量为5%的白铜。
常用牌号有B5、B19等 。用于在蒸汽和海水
环境下工作的精密机械,仪表零件及冷凝器,蒸馏器,
热交换器等.
②特殊白铜:
❖
——在普通白铜基础上添加Zn、Mn、Al等元素
形成的，分别称锌白铜、锰白铜、铝白铜等。
❖ 其耐蚀性、强度和塑性高，成本低。
“青”字汉
语拼音首字
例：Q
Sn4
母
-3
平均含锌量为3%
平均含锡量为4%
余量为铜
青铜
常用青铜有锡青铜、铝青铜、铍青铜、硅 青铜、铅青铜等。
❖ ① 锡青铜 ❖ 是以锡为主加元素的铜合金，
锡含量一般为3~14%。 ❖ 锡青铜铸造流动性差，铸件密
度低，易渗漏，但体积收缩率 在有色金属中最小 。 ❖ 锡青铜耐蚀性良好，在大气、 海水及无机盐溶液中的耐蚀性 比纯铜和黄铜好，但在硫酸、 盐酸和氨水中的耐蚀性较差。
常用的铜合金可分为：黄铜、青铜和白铜。
1)黄铜 ——以锌为主加元素的铜合金。
普通黄铜 黄铜
特殊黄铜
①普通黄铜
牌号：H
平均含铜量的百分数
“黄”字汉语拼音首字母
H62：表示平均含铜量为62%的普通黄铜。
常用牌号
H80、H70、H68：适于制造冷变形零件，如弹
壳、冷凝器管等；
H59、H62： 适于制造受力件，如垫圈、弹簧、
Mg、Zn等，此外还有Cr、Ni、Ti、Zr 等辅加元素。
铝合金可分为变形铝合金和铸造铝合金两类。
铝合金制造的机翼
铝合金的分类及旧牌号
❖ • 防锈铝合金：LF+序号 ❖ • 硬铝合金： LY +序号 ❖ • 超硬铝合金：LC +序号 ❖ • 锻铝合金： LD +序号
铝是可以回收利用的金属
铝合金波纹管
❖ 常用的Al-Mg系合金有 LF5（ 5A05 ），其密度比纯
铝小，强度比Al-Mn
汽化
合金高，在航空工业
器(热 交换
中得到广泛应用，如
管为 LF21)
制造管道、容器、铆
钉及承受中等载荷的
零件。
② 硬铝合金
——主要是Al-Cu-Mg系合金，并含少量Mn。
❖ 强度、硬度高，加工性能好，耐蚀性低于防锈铝。
常用的有色金属有铜及铜合金、铝及 铝合金、钛及钛合金、轴承合金等。
（1）铜及铜合金
①纯铜 纯铜呈紫红色，又称为紫铜。 纯铜具有优良的导电性和导热性，在大气、
淡水和冷凝水中有良好的耐蚀性。塑性好。
②铜合金 铜合金常加元素为Zn、Sn、Al、Mn、Ni、
Fe、Be、Ti、Zr、Cr等，既提高了强度，又保 持了纯铜特性。
常用硬铝合金如 飞机翼梁(腹板为
硬铝合金)
LY11 (2A11)、 LY12
(2A12)等，用于制造
冲压件、模锻件和铆
接件，如螺旋桨、梁、
铆钉等。
③ 超硬铝合金
——属Al-Zn-Mg-Cu系 合金，并含有少量Cr和Mn。
❖ 热态塑性好，但耐蚀性差。
常用合金有 LC4 (7A04 )、LC9 (7A09 ) 等，主要用于工作温度 较低、受力较大的结构 件，如飞机大梁、起落 架等。
❖ 常用牌号有QSn4-3、 QSn6.5-0.4、 ZCuSn10Pb1等。
船用青铜软 管快速接头 阀(锡青铜阀 体、阀盖)
锡青铜管
主要用于耐蚀承载件, 如弹簧、轴承、齿轮 轴、蜗轮、垫圈等。
❖ ② 铝青铜 ❖ 以铝为主加元素
的铜合金，铝含 量为5~11%。 ❖ 强度、硬度、耐
大型水力发电设备中的抗磨环
❖ 常用牌号如BMn40-1.5(康铜)、BMn43-0.5(考铜)。
❖ 用于制造精密机械、仪表零件及
医疗器械等。
康铜热偶
具有银白色金属光泽，密度小，熔点低,
导电、导热性能优良；耐大气腐蚀，易于加工成 形；无磁性。
②铝合金 铝合金既具有高强度又保持纯铝的优良特性。 铝合金常加入的元素主要有Cu、Mn、Si、
磨性、耐热性及耐蚀性高于黄铜和锡青铜，铸造性 能好，但焊接性能差。
常用牌号有QAl5、QAl7、ZCuAl8Mn13Fe3Ni2等。
主要用于制造船舶、飞机及仪器中的高强、耐磨、 耐蚀件，如齿轮、轴承、蜗轮、轴套、螺旋桨等。
❖ ③ 铍青铜
❖ 以铍为主加元素的铜合金，铍含量为1.7~2.5%。
❖ 具有高的强度、弹性极限、耐磨性、耐蚀性，良好的 导电性、导热性、冷热加工及铸造性能，但价格较贵。
导管、散热器等
②特殊黄铜
——在普通黄铜中加入其他合金元素所组成 的合金。
特殊黄铜强度、耐蚀性比普通黄铜好，铸造 性能改善。
加入的合金元素有锡、硅、锰、铅和铝等， 分别称为锡黄铜、硅黄铜、锰黄铜、铅黄铜、
铝黄铜等。
特殊黄铜的牌号 H 元素符号数字-数字
主加元素符 号（除锌外）
铜的百 分数
主加元素含 量的百分数
HPb59-1：表示平均含铜量为59%、含铅量为1%的特殊黄铜。
常用牌号有HPb63-3、HAl60-1-1、HSn62-1、 HFe59-1-1、ZCuZn38Mn2Pb2、ZCuZn16Si4等，主要 用于船舶及化工零件，如冷凝管、齿轮、螺旋桨、 轴承、衬套及阀体等。
2)青铜 ——除黄铜和白铜外的其他铜合金。 牌号：Q 元素符号数字-数字