铜及铜合金
《铜及铜合金》课件
火法冶金
• 火法冶金是指将矿石或精矿在高温下进行熔炼，以提取有价金 属的冶金过程。火法冶金包括烧结、熔炼、吹炼、精炼等工序 ，铜的火法冶金通常采用反射炉、鼓风炉、电炉等设备。
湿法冶金
• 湿法冶金是指利用溶液中不同金属离子化学性质的差异，通过化学反应将有价金属从溶液中提取出来的方法。湿法冶金包 括浸出、净化、萃取、电解等工序，铜的湿法冶金通常采用硫酸浸出、氨浸出等方法。
铜及铜合金在某些环境中具有 良好的耐腐蚀性，如海洋环境
、大气环境等。
抗氧化性
铜及铜合金在高温环境下容易 氧化，生成氧化铜或碱式碳酸 铜。
化学反应活性
铜及铜合金在某些化学反应中 具有较高的反应活性，如氧化 还原反应等。
与酸、碱的反应
铜及铜合金与酸、碱等物质反 应，生成相应的盐类物质。
力学性能
强度与硬度
中国铜及铜合金市场现状
中国铜及铜合金消费量
01
中国是全球最大的铜及铜合金消费国，消费量占全球总消费量
的比例逐年上升。
中国铜及铜合金生产量
02
中国是全球最大的铜及铜合金生产国，生产量占全球总生产量
的比例逐年上升。
中国铜及铜合金进出口情况
03
中国铜及铜合金的进出口量较大，进出口市场受国内外经济形
势、汇率波动等多种因素影响。
05
铜及铜合金的腐蚀与防护
腐蚀类型和机理
电化学腐蚀
应力腐蚀
铜合金中的不同金属元素具有不同的电位 ，在电解质溶液中形成原电池，导致电化 学腐蚀。
在应力和特定环境因素的共同作用下，如 腐蚀介质和拉伸应力，铜合金容易发生应 力腐蚀开裂。
摩擦腐蚀
接触腐蚀
在摩擦过程中，由于机械作用和接触表面 间的相对运动，导致金属表面损伤和腐蚀 。
第八章 铜及铜合金
第八章 铜及铜合金
第8章 铜及铜合金
铜和铜合金有优良的导电导热性能，耐磨 抗蚀性能，较高的强度塑性，是电力、化 工、造船和机械制造业不可缺少的金属材 料。
分类：根据成分不同，铜合金分为纯铜、 黄铜、青铜、白铜四种。纯铜：紫铜；黄 铜：主加合金元素为锌的铜合金；白铜： 主加合金元素为镍的铜合金；青铜：主加 合金元素不是锌或镍的铜合金。
扩散气孔：
见图8-8，H的溶解度，液态高，固态低，凝
固时突降，析出气泡；铜的导热快，凝固快，形
成的气泡来不及浮出，成为气孔。
图 8-8 氢在铜中的溶解度和温度的关系
反应气孔：
铜氧化生成Cu2O，Cu2O与铜液中H反应：
Cu2O+2H=2Cu+H2O↑ ， 水 蒸 气 不 溶 于 铜 液 ， 成
为气泡；铜导热速度快，凝固快，气泡来不及逸
出形成气孔。
4. 焊接接头的力学性能和导电性能
焊接接头的抗拉强度与母材相近，但塑性低。
热影响区粗大晶粒，降低焊缝强度；为了防止焊
缝出现气孔，焊接材料中加入Mn、Si等脱氧元素，
固溶强化提高了焊缝的强度，但降低了塑性。
加入了Mn、Si等脱氧元素，焊缝处的电阻增
（1）普通黄铜： 见 图 8-13 ， 在 300～700℃出现低 塑 性 区 ， 在 200℃ 以 下 700℃ 以 上 均 有较高塑性，也有 中温脆性的问题。 图8-12，温度超过 850℃ ， 由 于 晶 粒 粗化，塑性开始迅 速下降。
图 8-13 普通黄铜的塑性图
（2）特殊黄铜：
塑性比普通黄铜低，
（1）锻造温度范围。见表8-10。铜合金的 锻造温度范围通常小于150℃，比碳钢窄。
铜及铜合金
（2）氧化矿，如赤铜矿(Cu2O)、孔雀石[CuCO3Cu(OH)2]、蓝铜矿[2CuCO3Cu(OH)2]、硅孔雀石(CuSiO32H2O)等。 （3）自然铜。铜矿石中铜的含量1％左右（0.5％～3％）便有开采价值，因为采用浮选法可以把矿石中一部分脉石等杂质除去，而得到含铜量较高（8％～35％）的精矿砂。
加工黄铜和铸造黄铜
4.4 铜合金的应用
铜管
单相黄铜塑性好：H80、H70、H 68 。适于制造冷变形零件，如弹壳、冷凝器管等。两相黄铜热塑性好, 强度高：H59、H62。适于制造受力件，如垫圈、弹簧、导管、散热器等。
4.4 铜合金的应用
HPb63-3、 HAl60-1-1、 HSn62-1、 HFe59-1-1i4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。
☆ Al黄铜 ：HAl 77-2 HAl60-1-1
耐蚀性好，强度和硬度高——船舶零件，机械及电机零件。
☆ Si 黄铜 HSi80-3
耐蚀性好，机械性能好，切削性好，耐磨性好
——船舶零件，机械及化工零件
其它还有锰黄铜，铁黄铜，镍黄铜。主要用于船舶零件
消除加工黄铜的加工硬化现象。
铜及铜合金
1 概述2 纯铜3 铜合金4 铜合金的应用
do
something
4.1 概述
铜是人类最早使用的金属。早在史前时代,人们就开始采掘露天铜矿,并用获取的铜制造武器、工具和其他器皿，铜的使用对早期人类文明的进步影响深远。 铜存在于地壳和海洋中。铜在地壳中的含量约为0.01％，在个别铜矿床中，铜的含量可以达到3－5％。 自然界中的铜，多数以化合物即铜矿物存在。铜矿物与其他矿物聚合成铜矿石，开采出来的铜矿石，经过选矿而成为含铜品位较高的铜精矿。 铜矿石分为三类：
金属材料_铜及铜合金
金属材料_铜及铜合金铜及铜合金是一类重要的金属材料，广泛应用于各个领域。
本文将为读者介绍铜及铜合金的特性、应用以及相关的加工工艺。
铜是一种良好的导电和导热金属，具有优异的机械性能和耐腐蚀性能。
它具有良好的可塑性和延展性，可以轻松地加工成各种形状和尺寸的制品。
铜的导电性能使其成为电气工程中常见的材料，用于制造电线、电缆、电子元器件等。
铜也是一种优良的导热材料，常用于制作散热器、换热器等热传导设备。
此外，铜具有抗菌性能，可以用于生物医学领域制造抗菌材料。
与纯铜相比，铜合金在一些领域具有更好的性能。
铜与不同元素的合金化可以改善其强度、硬度和耐磨性。
最常见的铜合金包括黄铜、青铜和铝青铜等。
黄铜是铜和锌的合金，具有良好的加工性能和机械性能，广泛用于制造机械零件、管道、接线端子等。
青铜是铜和锡的合金，具有较高的强度和耐磨性，常用于制作工具、零件和艺术品。
铝青铜是铜、铝和锌的合金，具有优异的耐腐蚀性能和高强度，常用于船舶和海洋工程等领域。
铜及铜合金的加工主要包括铸造、锻造、冷加工和热处理等工艺。
铸造是将熔化的铜或铜合金注入模具中冷却凝固的过程，可制造复杂形状的零件。
锻造是利用力量将加热的铜或铜合金加工成所需形状的工艺，具有提高材料的强度和硬度的效果。
冷加工包括压延、拉伸和冲压等工艺，用于制作薄板、线材、型材等。
热处理是通过控制材料的加热和冷却过程，改变材料的性能和组织结构，提高其力学性能和耐腐蚀性能。
铜及铜合金在许多领域具有广泛的应用。
在建筑行业，铜常用于制作屋顶、墙壁和装饰材料，如铜板、铜管和铜雕等。
在交通运输领域，铜及铜合金用于制造汽车发动机、制动系统和电器线束等零件。
在能源领域，铜制的发电机线圈和输电线路能够高效地传输电能。
在化工工业中，铜合金耐腐蚀性能好，可用于制造化工设备和管道。
在航空航天领域，铜合金可以提供轻量化和高强度的零件，常用于制作发动机零件和航天器结构。
总之，铜及铜合金是一类重要的金属材料，具有良好的机械性能、导电性能和耐腐蚀性能。
工程材料铜及铜合金
BFe30-1-1）
小结
纯铜（T）的性能特点、牌号及用途 铜合金分类 黄铜（H）的分类：普通黄铜、特殊黄铜，其 成分、性能特点、牌号及用途 青铜（Q）的分类：锡青铜、铝青铜、铍青铜， 其成分、性能特点、牌号及用途 白铜（B）成分、性能特点、牌号及用途 铜合金的选用及在舰船上的应用
作业：P219 8、13
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3、常用牌号有 QSn4-3、QSn6.50.4、ZCuSn10Pb1等。
船用青铜软 管快速接头 阀(锡青铜阀 体、阀盖)
锡青铜管
4、主要用于耐蚀承载件, 如弹簧、轴承、齿轮 轴、蜗轮、垫圈等。
（二）铝青铜
1、Cu-Al相图
2、成分－组织－性能
<5% Al → σb太低不用 5~7%Al →α→ δ好 7~12%Al →[α+γ]
工程材料铜及铜合金
一、铜及铜合金性能特点
（一）纯铜
1、物理性能: 纯铜呈紫红色，又称紫铜,具有面心立方晶格,无 同素异构转变，无磁性。纯铜具有优良的导电性和导热性，
2、机械性能：强度偏低(230~250MPa),塑性高,易于加工成型 3、化学性能: 在大气、淡水和冷凝水中有良好的耐蚀性。 4、牌号：工业纯铜(99.95~99.5%)---T1 → T4
无氧铜---TU1、TU2 5、应用：导体及导电元器件 6、提高强度方法：冷加工硬化
合金化---Zn、Sn、Ni等
（二）、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。
铜及铜合金的分类
铜及铜合金的分类第二章铜及铜合金的分类铜是人类最早使用的金属，自然界有自然铜存在，与其他金属不同，铜在自然界中既以矿石的形式存在，也同时以纯金属的形式存在，其应用以纯铜为主，同时其合合金也在工业等多个领域中广泛应用，工业上常将铜和铜合金分为四类，分别是：纯铜、黄铜、青铜和白铜。
1.铜与铜合金的分类1.1按生产应用的方式（可分为二大类）形变铜与铜合金、铸造铜与铜合金对于压力加工专业来说，主要是和形变铜与铜合金打交道，因此，重点学习形变铜与铜合金。
1.2铜与铜合金的名称：根据历史上形成的习惯，起的是某一种颜色的名称，它们是：紫铜——纯铜Cu黄铜——Cu-Zn合金青铜——锡青铜：Cu-Sn合金铝青铜：Cu-Al合金铍青铜：Cu-Be合金钛青铜：Cu-Ti合金白铜——Cu-Ni合金(有的铜合金叫做青铜，但合金的颜色并不真就是青色的。
)2.纯铜纯铜的新鲜表面是玫瑰红色的，当表面氧化形成氧化亚铜Cu2O膜后就呈紫色，所以纯铜就常被称为紫铜。
紫铜具有好的导电、导热、耐蚀和可焊等性能，并可冷、热压力加工成各种半成品，工业上广泛用于制作导电、导热和耐蚀等器材。
2.1纯铜的成份、组织与性能2.2.1．其结构、组织：在金属学中学过，纯Cu的晶体[结构]是面心立方晶格（f、c、c），滑移系多，易塑性变形，塑性好。
其组织由单一的铜晶粒组成。
的最高纯度可达99.999%（三个9）工业纯Cu的纯度约为99.90～99.96%杂质的存在相当于使纯铜的成份改变，这自然会引起一些性能的变化。
虽纯Cu有一些性能几乎不受杂质的影响但导电率、机械性能却受杂质或晶4体缺陷的影响较大现在先综合看看工业纯Cu的性能——2.2工业纯铜的性能2.2.1纯铜的性能优点：从纯铜的各种性能中我们可以总结出几条性能优点，从而可以明白为什么铜会以纯金属的形式得到这么广泛的应用。
①优良的导电、导热性；∴Cu广泛用于：导电器（如：电线、电缆、电器开关）导热器（如：冷凝管、散热管、热交换器）②良好的耐蚀性；Cu具有极好的耐蚀性，且反应后表面有保护膜（铜绿）在普通的温度下，铜不太会与干燥空气中的氧气O2反应，但Cu 能与CO2、SO2、醋发生作用，生成铜绿――碱式碳酸铜、碱式硫酸铜CuSO4·3(OH)2（深绿色）、碱式醋酸铜，这样铜的表面上就慢慢生成了一层保护膜。
铜及铜合金
2 铜合金
1）铜合金分类
（1）按化学成分分类 按化学成分的不同，铜合金可分为黄铜、青铜及白铜（铜镍合金）三大类。机器制造 业中，应用较广的是黄铜和青铜。 黄铜是以锌为主要合金元素的铜合金。其中，不含其他合金元素的黄铜称为普通黄铜 （或简单黄铜），含有其他合金元素的黄铜称为特殊黄铜（或复杂黄铜）。 青铜是以除锌和镍以外的其他元素作为主要合金元素的铜合金。按其所含主要合金元 素种类的不同，青铜可分为锡青铜、铝青铜、铍青铜、铅青铜、硅青铜等。
图8-9 锌对铜力学性能的影响（退火）
普通黄铜的耐蚀性良好，并与纯铜相近。但当 Zn 7%（尤其是大于 20%）并经冷压力加工后的黄铜，在潮湿的大气中，特别是在含氨的气氛 中，易产生应力腐蚀破裂现象（自裂）。防止应力破裂的方法是在250～ 300℃进行去应力退火。
2）特殊黄铜
在普通黄铜基础上，再加入其他合金元素所组成的多元合金称为特殊黄铜，常加入的元素有 锡、铅、铝、硅、锰、铁等。特殊黄铜也可依据加入的第二合金元素命名，如锡黄铜、铅黄铜、 铝黄铜等。
（2）铍青铜 铍青铜是以铍为主加元素的铜合金，铍含量为1.6%～2.5%，是时效强化 效果极大的铜合金。经淬火（780℃水冷后， Rm为500～550 MPa，硬度为 120 HBW，A为25%～35%）再经冷压成形、时效（300～350℃，2 h）之后， 铍青铜具有很高的强度、硬度与弹性极限（ Rm =1250～1400 MPa，硬度为 330～400 HBW）。可贵的是，铍青铜的导热性、导电性、耐寒性也非常好， 同时还有抗磁、受冲击时不产生火花等特殊性能。 铍青铜主要用来制作精密仪器、仪表中各种重要用途的弹性元件和耐蚀、 耐磨零件（如仪表中齿轮）和航海罗盘仪零件及防爆工具。一般铍青铜是以 压力加工后淬火为供应状态，工厂制成零件后，只需进行时效即可。但铍青 铜价格昂贵，工艺复杂，因此限制了它的应用。
铜及铜合金的分类
铜及铜合金的分类第二章铜及铜合金的分类铜是人类最早使用的金属，自然界有自然铜存在，与其他金属不同，铜在自然界中既以矿石的形式存在，也同时以纯金属的形式存在，其应用以纯铜为主，同时其合合金也在工业等多个领域中广泛应用，工业上常将铜和铜合金分为四类，分别是：纯铜、黄铜、青铜和白铜。
1.铜与铜合金的分类1.1按生产应用的方式（可分为二大类）形变铜与铜合金、铸造铜与铜合金对于压力加工专业来说，主要是和形变铜与铜合金打交道，因此，重点学习形变铜与铜合金。
1.2铜与铜合金的名称：根据历史上形成的习惯，起的是某一种颜色的名称，它们是：紫铜——纯铜Cu黄铜——Cu-Zn合金青铜——锡青铜：Cu-Sn合金铝青铜：Cu-Al合金铍青铜：Cu-Be合金钛青铜：Cu-Ti合金白铜——Cu-Ni合金(有的铜合金叫做青铜，但合金的颜色并不真就是青色的。
)2.纯铜纯铜的新鲜表面是玫瑰红色的，当表面氧化形成氧化亚铜Cu2O膜后就呈紫色，所以纯铜就常被称为紫铜。
紫铜具有好的导电、导热、耐蚀和可焊等性能，并可冷、热压力加工成各种半成品，工业上广泛用于制作导电、导热和耐蚀．其结构、组织：2.2.1纯铜的成份、组织与性能2.1等器材。
．在金属学中学过，纯Cu的晶体[结构]是面心立方晶格（f、c、c），滑移系多，易塑性变形，塑性好。
其组织由单一的铜晶粒组成。
的最高纯度可达99.999%（三个9）工业纯Cu的纯度约为99.90～99.96%杂质的存在相当于使纯铜的成份改变，这自然会引起一些性能的变化。
虽纯Cu有一些性能几乎不受杂质的影响但导电率、机械性能却受杂质或晶4体缺陷的影响较大现在先综合看看工业纯Cu的性能——2.2工业纯铜的性能2.2.1纯铜的性能优点：从纯铜的各种性能中我们可以总结出几条性能优点，从而可以明白为什么铜会以纯金属的形式得到这么广泛的应用。
①优良的导电、导热性；∴Cu广泛用于：导电器（如：电线、电缆、电器开关）导热器（如：冷凝管、散热管、热交换器）②良好的耐蚀性；Cu具有极好的耐蚀性，且反应后表面有保护膜（铜绿）在普通的温度下，铜不太会与干燥空气中的氧气O2反应，但Cu能与CO2、SO2、醋发生作用，生成铜绿――碱式碳酸铜、碱式硫酸铜CuSO4·3(OH)2（深绿色）、碱式醋酸铜，这样铜的表面上就慢慢生成了一层保护膜。
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表3铜及铜合金数字代号编号范围
S----砂型铸造; J----金属型铸造; R----熔模铸造; K----壳型铸造;
Y----压力铸造; L1----离心铸造; La----连续铸造; B----变质处理;
F---铸态; T1----人工时效; T2----退火;
T4---淬火+自然时效; T5----淬火和不完全时效;
T6----淬火和完全时效; T7----淬火和稳定回火; T8----淬火和软化回火;
4. 铸造铜合金的主要化学成分及机械性能(表4, 表5 ,表6),
5.4. 炉料计算程序;(铝合金和铜合金);
5.4.1.明确熔炼任务.
5.4.1.1根据所需合金要求选定配料成分.
5.4.1.2所需合金液的重量,(每坩锅熔炼合金重量)
5.4.1.3所用炉料的成分和回炉料用量,(包括中间合金)
5.4.2明确元素的烧损E,即各元素的烧损量%.
5.4.3计算(包括烧损)100公斤炉料各元素的需要量Q,
Q=a/(1-E) (公斤)
α-合金中计算元素成分的百分含量(%),
E—元素的烧损量(%)
5.4.4根据熔制合金的实际重量W, 计算各元素的需要量A,
A=Q×W/100 (公斤)
5.4.5计算在回炉料中各元素的含量B(公斤),
B=G×a (公斤)
G—回炉料加入量(公斤), a—回炉料中各元素的含量(%)
5.4.6计算应补加的新元素重量C;
C=A-B (公斤)
5.4.7计算中间合金的需要量D;
D=C/F (公斤), F—中问合金中元素的百分含量.
5.4.8中间合金中所带入的主要元素计算, (铜合金中的铜,铝合金中的铝)
Cu(Al)=D-C
5.4.9计算补加的主要元素Cu(Al)κ
Cu(Al)κ＝配料成分所需主要元素量－回炉料带入主要元素量－各类中间合金带入的主要元素量总和
5.4.10. 计算实际的炉料总量.W;
W=Cu(Al)κ＋各中间合金的量D＋回炉料加入量G,
5.4.11 复合杂质的含量U0(%);
炉料中某杂质总量=各种炉料加入量×某杂质的百分含主量.
1.铜合金熔炼工艺.(见表10)表10
注;1.铝青铜和铅青铜的脱氧用磷铜,可分两次加入,即铜熔
化后先加入1/2,其余1/2在浇注前加入这部分主要起清
洁合金作用.
2.硅黄铜的一次熔化虽不符合Si,Sn,Al偏后加入的原则,但实践证明一
次熔化能获得良好的效果.
6.2铜合金熔炼工艺过程(表11)
备注;
1 .本工艺中未列出的合金的熔炼工艺,可参照相似成分合金的熔炼工艺. 2. 在对工作合金取样化验后,对配料成分作出适当调整,以保证成分符合标准. 6.3 铜(铝)合金的炉前试验; 6-3
-1 含气量试验
用预热过的取样勺,自坩埚底部盛取合金液,注入经预热的金属试模中(试模为内腔50×Ø50/Ø40杯)撇去表面氧化膜及渣子,在试样凝固后,观察其表面收缩情况来判断合金的含气程度, (见表-12)。