铜及铜合金概述
《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 。
铜及铜合金概述范文
铜及铜合金概述范文铜及铜合金是一种广泛应用于工业领域的金属材料。
铜具有良好的导电、导热和耐腐蚀性能，因此被广泛应用于电器、通信、建筑、交通以及化工等领域。
铜合金则是将铜与其他元素进行合金化，以改善铜的性能，扩大其应用范围。
铜的历史可以追溯到公元前3000年左右，是人类最早开始使用的金属之一、铜以其优良的电导率和导热率在电器领域得到广泛应用。
电器设备中的导线、电缆、电路板等都离不开铜材料。
此外，铜还具有良好的可加工性和耐腐蚀性，在建筑和交通领域中也有着广泛应用。
如铜质建筑装饰品、铜质管道、船舶、汽车零部件等。
铜合金是将铜与其他元素进行合金化得到的材料。
通过合金化可以改善铜的性能，如增强其强度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性等。
不同的合金化元素可以赋予铜合金不同的特性，扩大其应用范围。
以下是一些常见的铜合金及其应用：1.镍铜合金：镍铜合金具有良好的强度、耐腐蚀性和耐磨性，常用于海水中的腐蚀环境下，如制作螺旋桨、船舶零部件等。
2.硬铜合金：硬铜合金是将铜与其他元素（如铜锌合金、铜锡合金等）进行合金化，以提高硬度和强度。
硬铜合金应用广泛，如钟表工业、刀具制造等。
3.铝青铜合金：铝青铜合金具有良好的耐磨性、耐腐蚀性和刚性，常用于制造轴承、齿轮等需要承受高温和高压力的零部件。
4.硅青铜合金：硅青铜合金具有良好的耐磨性和耐蚀性，适用于制造摩擦零件、航空发动机零件等。
5.铝铜合金：铝铜合金具有良好的导电性和导热性，常用于电子元件、散热器等。
6.锡青铜合金：锡青铜合金具有良好的耐磨性和耐蚀性，广泛应用于轧辊、轴承、气门等。
7.磷铜合金：磷铜合金具有良好的可焊接性和耐磨性，常用于制作焊接电子元件等。
此外，铜合金还有许多其他类型，如锌铜合金、锆铜合金、铁铜合金等。
每种合金都具有不同的特性，因此选择适合的铜合金材料十分重要。
总之，铜及铜合金是一种重要的金属材料，具有诸多优点，被广泛应用于各个工业领域。
随着科技的发展和人们对材料性能要求的提高，铜合金的研究和应用也将不断发展。
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
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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
携手共进，齐创精品工程
Thank You
世界触手可及
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
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
4.2 纯铜
耐蚀性：铜的标准电极电位为+0.345V，比氢高，在水溶液中 不能臵换氢，因此，铜在许多介质中化学稳定性好。 铜在大气中耐蚀性良好，暴露在大气中的铜能在表面生成难溶 于水、并与基底紧密结合的碱性硫酸铜(即铜绿，CuS04· 3Cu(OH)2) 或碱性碳酸铜(CuCO3· Cu(OH)2)薄膜，对铜有保护作用，可防止铜 继续腐蚀。铜在淡水及蒸汽中抗蚀性能也很好。所以野外架设的大 量导线、水管、冷凝管等，均可不另加保护。 铜在海水中的腐蚀速度不大，约为0.05mm／a；加入0.15～0.3 ％As能显著提高铜对海水的抗蚀性。 铜在非氧化性的酸(如盐酸)、碱、多种有机酸(如醋酸、柠檬酸、 脂肪酸、乳酸、草酸)中有良好的耐蚀性。但是，铜在氧化剂和氧化 性的酸(如硝酸)中不耐蚀。氨、氯化铵，氰化物，汞盐的水溶液和 湿润的卤素族元素等，均引起铜强烈的腐蚀。 铜在常温干燥空气中几乎不氧化，但当温度超过100℃时开始氧化， 并在其表面生成黑色的CuO薄膜。在高温下，铜的氧化速度大为增 加，并在表面上生成红色的Cu20薄膜。
4.2 纯铜
铋： 熔点为271℃，不溶于Cu中，在270℃与Cu生成低熔点共晶 (Cu+Bi) 。Bi在低熔点共晶中呈薄膜状分布在铜的晶界上，热加 工时，薄膜熔化而造成“热脆”。Bi本身也是脆性相，使铜在冷 态下也会变脆，所以Bi不但造成“热脆”，也造成“冷脆”，对 铜危害严重。铋的极限含量不大于0.002％。 氧：不固溶于铜，与铜形成高熔点脆性化合物Cu2O，含氧铜冷凝 时，氧呈共晶体(Cu+Cu2O)析出，分布在晶界上。共晶温度很高 (1066℃)，对热变形性能不产生影响，但Cu2O硬而脆，使冷变形 产生困难，致使金属发生“冷脆"。含氧铜在氢或还原性气氛中 退火时，会出现“氢病”。 “氢病”的本质是由于退火时，氢 或还原性气氛易于渗入铜中与CuO的氧化合而形成水蒸气或CO2。 100g含氧0.01％的铜在氢气中退火，会形成140cm3的蒸汽。 生成的水蒸汽无法扩散，在铜中形成很高的压力，使铜遭到破坏。 含氧量达0.005％的铜，即出现“氢病”。 根据氧含量和生产方法，纯铜可分无氧铜、脱氧铜和纯铜三 类，其中只有无氧铜才能在高温还原性气氛中加工使用。
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铜及铜合金概述
铜是人类最早发现和使用的金属材料，铜的熔点低，易合金化，是人类使用的最古老的金属之一，早在公元前7000年人类就认识了自然铜，大约在公元前3000年左右在世界各地出现了具有较高水平的铜冶炼业。
3500年前人们开始用铜合金制作生活器皿，曾经开创了辉煌灿烂的古代青铜文明。
现代工业文明制品，大多数使用金属材料，尤其是重要部件，显示了其的可靠性，但使用单一金属的情况很少，大多使用合金材料，合金品种多，制造工艺各有特色。
铜及铜合金的特点不单纯是强度，主要是导、电导热性能优良，必须充分发挥其的导电性能好的优势，才能最大限度地为社会做贡献。
近现代，特别是十七世纪的产业革命，及法拉第电磁感应定律发现以来，由于铜及铜合金具有优良的导电、导热、耐蚀性能，易于加工，外表美观而大规模应用于现代工程技术领域，广泛应用于机械、电子、电气、化工、交通、能源、建筑、信息通讯等领域，例如：一部拖拉机平均用铜31㎏，一部解放汽车平均用铜21㎏，各种家用电器产品、工业装置等都离不开铜及铜合金产品，是国民经济中不可替代的重要工程材料。
据国外统计，发达国家铜及铜合金与钢的消费比例大约在1.3：100左右，铜及铜合金的品种及消费量已成为衡量一个国家工业技术水平的标志之一。
铜及铜合金在工程技术领域广泛应用的根本特点是：其是目前经济的导电材料。
纯铜具有仅次于银的高导电、导热性能、适宜的强度、优良的耐蚀性能，易于钎焊和形变加工，大量用于制造各种电气导线和导体，其在电气（器）、电子行业应用的比例占总产量的一半以上，例如：制造1万千瓦发电设备，包括输变电器材在内需用铜材近800吨。
近年来随着能源日益紧迫，各行业节能降耗工作日益突出，电动机是广泛应用的耗电大户，各国都十分重视高效节能电动机的开发推广，其中降低电阻消耗的重要途径就是加大电动机绕组的截面积。
同时随着人民生活水平的提高，民用负载不断加大，各种输电电缆的截面积也呈增加的趋势，随着铜代铝按、国际标准配置居民电线线径等建筑规范的出台都为铜在电气领域提供了广阔的发展前景。
铜及铜合金的另一个特点是：其具有优良的合金化特性，能和目前绝大多数金属或非金属元素形成各具特色的合金，目前已形成250余个合金牌号，近万种规格的产品系列，满足各行各业的需要，而且绝大多数铜合金具有较强的耐蚀性能，例如：白铜具有优良的机械性能、加工性能和耐蚀性能，适用于高温高压下的耐蚀环境，广泛应用于医疗、仪表、造船、
化工等领域；锡青铜具有优良的弹性和较高的机械性能，广泛用于各种仪器、仪表中弹性元件及一些轴承摩擦套的制造；铝青铜具有可与钢相比的高强度，同时耐蚀性能优良，广泛用于制造各种重载耐磨零件······。
随着现代科技的发展，特别随着信息技术的高速发展，其用于高新科技领域的新型合金品种不断涌现，代表了当代工程材料发展的方向，具有广阔的发展前景。
同时铜及铜合金还是当前最佳的环保材料，用于各种器件上的铜合金可以做到完全回收，循环使用。
再生铜可以保持其原来的各种优越性能，这点是其他再生材料所不可比拟的。
在我国铜资源相对短缺的情况下，充分利用再生铜资源已成为一种新兴的产业。
目前随着电子产品、汽车产量的增加，具有优良导电、导热性能的铜加工产品需求不断增加，产品趋向薄壁化、大批量化，尤其是对引线框架、端子及连接器用带材的精度、平直度、表面粗糙度、光泽度、防变色的要求越来越高。
一、有色金属的分类及特点
目前世界大约有80余种有色金属品种，具体分类如下：
二、铜及铜合金的分类及特点
三、功能材料
能源、信息、材料是现代工业的三大支柱，其中材料具有科学技术的先导作用，没有材料创新就没有技术上的新成就。
例如：没有单晶硅就不可能有繁荣的电子时代；没有碳化纤维石墨强化复合材料就没有航天飞机。
新材料具有支撑尖端科技，推动技术创新的作用。
新材料包括：
功能材料的性能特点和功能
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