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1、第二节 铜及铜合金,1、铜元素,金属铜是唯一的能大量天然产出的金属，也存在于各种矿石(例如黄铜矿、辉铜矿、斑铜矿、赤铜矿和孔雀石CuSO4 2H2O)中 。,孔雀石,黄铜矿CuFeS2,辉铜矿Cu2S,蓝铜矿Cu3(CO3)2(OH)2,赤铜矿Cu2O,铜的用途,每生产100万发子弹，需用铜13-14吨 （炮铜）电力输送中需要大量消耗高导电性的铜 1996年建成的香港天坛大佛，使用锡、锌、铅青铜铸造拼接而成，高26米，重206吨。1997年建成的浙江普陀山南海观音大佛，高20米，重 70吨在铜币的应用中，除了变化尺寸以外， 可以很方便地采用不同合金成分、改 变合金色彩来制造和区分不同面值的 货
2、币。常用的有含25镍的“银币”， 含 20锌和1锡的黄铜币以及含少 量锡（3%）和锌（l.5%）的“铜”币,纯铜的物理性质,元素符号Cu，原子量63.5铜具有良好的导电、导热性，仅次于银而居第二焰色反应呈绿色。密度8.92g/cm3熔点1083,纯铜的化学性能,铜和它的一些合金有较好的耐腐蚀能力，室外常温下铜在大气中的氧化速度很慢，表面生成一层黑色氧化性保护膜。温度高于130后，铜的氧化速度才开始增加。高温下铜的表面生成一层致密的红色氧化亚铜（Cu2O）膜。铜在潮湿空气中久置后，铜表面会生成一层铜绿，Cu (OH)2 Cu CO3 或CuSO4 Cu(OH)2 。,纯铜力学性质,纯铜的抗拉强度
3、低，退火状态下的纯铜抗拉强度约为220MPa，伸长率约为45%50%，硬度HB约为4050HBS,纯铜加工性能,具有高的塑性，可冷、热压力加工，可制成管、棒、线、条、带、板、箔等铜材 。经冷加工变形后强度增至392MPa490MPa，塑性显著降低，伸长率可降至2%,纳米铜的室温超塑性,2 铜合金,合金：由两种或两种以上的金属或非金属所组成的具有金属特性的物质。 目前已能制备1600多种铜合金，主要的系列有：铜锌合金铜锡合金铜镍合金锰铜合金铍（青）铜合金,（一）黄铜（Cu-Zn合金）,黄铜具有良好的工艺性能、机械性能、较高的导电和导热性，黄铜还具有价格便宜优点。黄铜随着含锌量的增加，其色泽由金红
4、向黄、金黄、白色逐渐变化，是有色金属中应用最广的合金材料之一。,黄铜的分类,根据黄铜中所含合金元素种类的不同，黄铜分为普通黄铜和特殊（复杂）黄铜两种。普通黄铜是铜锌二元合金。如果是由二种以上的元素组成的多种合金就称为特殊黄铜。如由铅、锡、锰、镍、铅、铁、硅组成的铜合金。 在眼镜行业中，通常采用HPb59-1铅黄铜来制造中低档眼镜铰链和配件。HPb59-1：铜：59%，铅1%。,普通黄铜,1.普通黄铜：如：H96，H80，H70，H68，H59等。 根据CuZn二元状态图，黄铜的室温组织有三种：含锌量在35%以下的黄铜，室温下的显微组织由单相的固溶体组成，称为黄铜，退火处理后的黄铜能承受极大的塑
5、性变形 ；含锌量在36%46%范围内的黄铜，室温下的显微组织由（+）两相组成，称为（+）黄铜（两相黄铜）；含锌量超过46%50%的黄铜，室温下的显微组织仅由相组成，称为黄铜，其组织如图 。,铸态黄铜的力学性能与含锌量及组织的关系,H90 （ H80）有优良的耐蚀性、导热性和冷变形能力，并呈金黄色，有金色黄铜之称。常用于镀层、艺术装饰品、奖章、散热器等。H70（H68）俗称三七黄铜，有优良的冷热塑性变形能力，适宜用冷冲压制造形状复杂而要求耐蚀的管、套类零件，如弹壳、波纹管等，故又有弹壳黄铜之称。H62、H59 俗称四六黄铜。当 wZn=3945%时，室温下的组织为+ 。在实际生产条件下，当wZn
6、32%时，即出现+ 组织。强度较高，有一定的耐蚀性，广泛用来制作电器上要求导电、耐蚀及适当强度的结构件，如螺栓、螺母、垫圈、弹簧及机器中的轴套等，有商业黄铜之称,特殊黄铜,为了提高黄铜的耐蚀性、强度、硬度和切削性等，在铜-锌合金中加入少量（一般为1%2%，少数达3%4%，极个别的达5%6%）锡、铝、锰、铁、硅、镍等元素，构成三元、四元、甚至五元合金，即为复杂黄铜，亦称复杂黄铜。,实例：,镍黄铜：镍与铜能形成连续固溶体，65Cu-30Zn-5Ni是典型的镍黄铜，镍能提高合金的强度和韧性，并能增强合金的抗脱锌及抗应力腐蚀的能力。眼镜上的螺钉及架子一般用H62:它的强度较高，并有一定的耐蚀性，缺点是
7、在汗水的腐蚀下会生铜锈。黄铜精密异型材 眼镜铰链,（二）青铜（ Cu-Sn合金）,青铜原指Cu-Sn合金，是人类应用最早的一种合金，现包括：锡青铜，铝青铜，铍青铜，硅青铜等。牌号： “Q”+第一个主加元素符号及其名义质量分数+数字（其他合金元素的名义质量分数）；如QSn4-3 铸造青铜：ZCuSn10P1,锡青铜,它的机械性能与含锡量有关。当Sn5%6%时，Sn溶于Cu中，形成面心立方晶格的固溶体，随着含锡量的增加，合金的强度和塑性都增加。含Sn量56%，锡青铜的室温组织为+共析体(+)。相是以电子化合物Cu31Sn8为基的固溶体，是一个硬脆相，虽然强度继续升高，但塑性却会下降。 当Sn20%
8、时，由于出现过多的相，使合金变得很脆，强度也显著下降。因此，工业上用的锡青铜的含锡量一般为3%14%。,除Sn外，锡青铜中一般含有少量Zn、Pb、P、Ni等元素：Zn提高低锡青铜的机械性能和流动性。Pb能改善青铜的耐磨性能和切削加工性能，却要降低机械性能。Ni能细化青铜的晶粒，提高机械性能和耐蚀性。P能提高青铜的韧性、硬度、耐磨性和流动性。,铝青铜,以铝为主加元素的铜合金，具有比锡青铜更好的耐蚀性、更好的力学性能。应用：高强度、高耐磨性、耐蚀的零件，如弹簧、齿轮、摩擦轮，传动机构等。牌号：QAl11-6-6，QAl10-5-5.,铍青铜,热处理强化后的抗拉强度可高达12501500MPa，HB
9、可达350400，远远超过任何铜合金，可与高强度合金钢媲美。铍青铜的含铍量在1.7%2.5%之间，铍溶于铜中形成固溶体。铍青铜具有很高的弹性极限（弹性之王）、疲劳强度、耐磨性和抗蚀性，导电、导热性极好，并且耐热、无磁性，受冲击时不发生火花。,铍青铜的力学性能,注意：青铜切屑性能较差，在后续工序中应注意其开裂现象,在镜架中的应用,在铜合金中青铜的耐磨性、弹性以及耐腐蚀性能是最好的，但它的脆性比较大。在镜架制造上，主要用来制造镜褪的芯子、饰配件。,水晶老眼镜,浙江工贸职业技术学院,（三）白铜（CuNi）,以镍为主要合金元素的铜基合金，因多数呈银白色而得名，铜和镍能无限互溶形成连续固溶体，即不论彼此的比例多少，而恒为单相合金 ，含量超过16以上时，产生的合金色泽就变得洁白如银，镍含量越高，颜色越白 。在铜合金中，白铜延展性好、硬度高、色泽美观、耐腐蚀、富有深冲性能，易于塑性加工和焊接。,浙江工贸职业技术学院,镍铜,
