第4章铜及铜合金 4.1概述 4.2纯铜 4.3铜合金 4.4铜合金的应用
第4章 铜及铜合金 4.1 概述 4.2 纯铜 4.3 铜合金 4.4 铜合金的应用
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 铜存在于地壳和海滢中。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 1)硫化矿,如黄铜矿( CuEs2)、斑铜矿(cu5FeS4)和辉 铜矿(Cu2S)等。 2)氧化矿,如赤铜矿(Cu2O)、孔雀石[CuCo3Cu(OH)2 蓝铜矿[2 CuCO3 Cu(OH)2】l、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
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： （1）硫化矿，如黄铜矿(CuFeS2)、斑铜矿(Cu5FeS4)和辉 铜矿(Cu2S)等。 （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
4.1概述 纯铜:面心立方晶格,原子量6354,密度89,熔点 1083°C 电阻率0.01673欧姆mm2/m,线性膨胀数17.6×10-6/°C, 导热率0-100C399Wmk。软态280MPA,延伸率≥40%
纯铜：面心立方晶格，原子量 63.54，密度8.9，熔点 1083℃ 电阻率0.01673 欧姆 mm2/m ，线性膨胀数17.6×10-6/℃， 导热率0-100℃ 399W/mk。软态 280MPA，延伸率≥40% 4.1 概述
4.1概述 ■从铜矿中开采出来的铜矿石,经过选矿成为含铜品位较高的铜精 矿或者说是铜矿砂,铜精矿需要经过冾炼提成才能成为精铜及铜 制品. ■目前,世界上铜的冶炼方式主要有两种:火法冾炼与湿法冶炼) 1.火法: 通过熔融冶炼和电解精火炼生产岀阴极铜,也即电解铜,一般 适于高品位的硫化铜矿。除了铜精矿之外废铜做为精炼铜的主要 原料之一,包括旧废铜和新废铜,旧日废铜来自旧设备和旧机器 废弃的楼房和地下管道;新废铜来自加工厂弃掉的铜屑(铞铜材的 产出比为50%左右),一般废铜供应较稳定,废铜可以分为:裸杂 铜:品位在90%以上;黄杂铜(电线):含铜物料(旧马达、电路 板);由废铜和其他类似材料生产出的铜,也称为再生铜。 2.湿法 一船适于低品位的氧化铜,生产出的精铜称为电积铜
从铜矿中开采出来的铜矿石，经过选矿成为含铜品位较高的铜精 矿或者说是铜矿砂，铜精矿需要经过冶炼提成,才能成为精铜及铜 制品. 目前，世界上铜的冶炼方式主要有两种：火法冶炼与湿法冶炼） 1．火法: 通过熔融冶炼和电解精火炼生产出阴极铜，也即电解铜，一般 适于高品位的硫化铜矿。除了铜精矿之外,废铜做为精炼铜的主要 原料之一，包括旧废铜和新废铜，旧废铜来自旧设备和旧机器， 废弃的楼房和地下管道；新废铜来自加工厂弃掉的铜屑(铜材的 产出比为50％左右),一般废铜供应较稳定，废铜可以分为：裸杂 铜:品位在90％以上；黄杂铜（电线）:含铜物料（旧马达、电路 板）；由废铜和其他类似材料生产出的铜，也称为再生铜。 2．湿法: 一船适于低品位的氧化铜，生产出的精铜称为电积铜。 4.1 概述
4.1概述 铜精矿熔剂燃料 焙烧 嘧炼 冰铜 炉渣 烟气欧姐,闼场) 制取硫酸回 收稀散金属 粗铜 炉渣查 火法精炼 精铜锭阳极板炉查 电解精炼 电铜 阳极泥 (回收贵金属稀散金属等
4.1 概述
42纯铜 工业纯铜的牌号及应用 纯铜含铜9990-9999%,加工铜国家标准有9个牌号:3个 纯铜牌号、3个无氧铜牌号、2个磷脱氧铜牌号、1个银铜牌号 高纯铜纯度可达9999%999999%,又称为4N、5N、6N 铜 工业纯铜的牌号用字母T加上序号表示,如T1,T2,T3等, 数字增加表示纯度降低。 无氧铜用“T和“U”加上序号表示,如TUl、TU2 用磷和锰脱氧的无氧铜,在TU后面加脱氧剂化学元素符号表 示,如TUP、TUMn
工业纯铜的牌号及应用 纯铜含铜 99.90-99.99%，加工铜国家标准有9个牌号：3个 纯铜牌号、3个无氧铜牌号、2个磷脱氧铜牌号、1个银铜牌号； 高纯铜纯度可达 99.99%—99.9999% ，又称为4N、5N、6N 铜。 工业纯铜的牌号用字母T加上序号表示，如T1，T2，T3等， 数字增加表示纯度降低。 无氧铜用 “T”和“U”加上序号表示，如TUl、TU2。 用磷和锰脱氧的无氧铜，在TU后面加脱氧剂化学元素符号表 示，如TUP、TUMn。 4.2 纯铜
42纯铜 纯铜的性能 导电导热性:高的导电、导热性,仅次于银而居第二位。 工业纯金属的导电、导热性由高到低的顺序为:银、铜、铝、 镁、锌、镉、钴、铁、铂,锡、铅、锑。 20°C时铜的电阻率为1613μ92m,热导率为402W/mK 银为1590μ2m,银为419W/mK 用途:各种导线、电缆、导电牌、电器开关等导电器材和各种 冷凝管、散热管、热交换器、真空电弧炉的结晶器等。导电器材 用量占铜材总量一半以上 所有杂质和加入元素,不同程度降低铜的导电、导热性能。固 汙铜的元素(除Ag、Cd外)对铜的导电、导热性降低较多,而呈 第二相析出的元素则对铜的导电、导热性降低较少。 Ti、P、Si、Fe、Co、As,Be、Mn、A强烈降低Cu导电性。 冷变形对铜的导电性能影响不大,与其它强化方法(如固溶强化) 相比冷加工后导电性的降低要小得多 A1203弥散强化可提高铜的强度而又不使其导电率明显下降
纯铜的性能 导电导热性：高的导电、导热性，仅次于银而居第二位。 工业纯金属的导电、导热性由高到低的顺序为：银、铜、铝、 镁、锌、镉、钴、铁、铂，锡、铅、锑。 20℃时铜的电阻率为1.613µΩ•cm，热导率为402W／m·K； 银为1.590µΩ•cm， 银为419W／m·K。 用途：各种导线、电缆、导电牌、电器开关等导电器材和各种 冷凝管、散热管、热交换器、真空电弧炉的结晶器等。导电器材 用量占铜材总量一半以上。 所有杂质和加入元素，不同程度降低铜的导电、导热性能。固 溶于铜的元素(除Ag、Cd外)对铜的导电、导热性降低较多，而呈 第二相析出的元素则对铜的导电、导热性降低较少。 Ti、P、Si、Fe、Co、As，Be、Mn、Al强烈降低Cu导电性。 冷变形对铜的导电性能影响不大，与其它强化方法(如固溶强化) 相比冷加工后导电性的降低要小得多 A1203弥散强化可提高铜的强度而又不使其导电率明显下降。 4.2 纯铜
42纯铜 耐蚀性:铜的标准电极电位为+0.345V,比氢高,在水溶液中 不能置换氢,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,CuSQ4·3Cu(OH)2) 或碱性碳酸铜(ucO3CuOH)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005mm/a;加入0.15~0.3 %As能显著提髙铜对海水的抗蚀性 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,均引起铜強烈的腐蚀。 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Cu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Cu薄膜
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 不能置换氢，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
42纯铜 磁性:为逆磁性物质,磁化率为-0.085×106,常用来制造不受磁 场干扰的磁学仪器,如罗盘、航空仪器。铁磁性杂质(Fe、Co、Ni 在铜中呈不溶状态时,即显铁磁性。用Ⅳ或Ⅳ铜来作磁性仪表的 结构材料。Fe是危害最大的杂质,应严格限制在0.01%以下。 铜的机械性能 软态铜:σ=200~240MPa,35~45HB,δ≈50%,V达75%。硬 态铜:σ3≥350~400MPa,110~130HB,延伸率δ6% 铜为面心立方晶格,滑移系多,变形易,退火态铜不经中间 退火可压缩85~95%而不产生裂纹。纯铜在500~600℃呈现“中 温脆性″,热加工需在高于脆性区温度下进行。 中温脆性是低熔点金属Pb、B与cu生成低熔点共晶、分布在 晶界上造成,因在中温区它以液体状态存在于晶界,造成热脆, 而在较高温度时,由于Pb、Bi在αu中的固溶度増大,微量Pb、Bi 又固溶于铜的晶粒内,不造成危害,从而使塑性又升高
4.2 纯铜 磁性：为逆磁性物质，磁化率为-0.085×10-6，常用来制造不受磁 场干扰的磁学仪器，如罗盘、航空仪器。铁磁性杂质(Fe、Co、Ni) 在铜中呈不溶状态时，即显铁磁性。用T1或T2铜来作磁性仪表的 结构材料。Fe是危害最大的杂质，应严格限制在0.01％以下。 铜的机械性能 软态铜：σb=200～240MPa， 35～ 45HB，δ≈50％，ψ达75％。硬 态铜：σb≥350～400MPa， 110 ～ 130 HB，延伸率δ=6 ％。 铜为面心立方晶格，滑移系多，变形易，退火态铜不经中间 退火可压缩85～95％而不产生裂纹。纯铜在500～600℃呈现“中 温脆性” ，热加工需在高于脆性区温度下进行。 中温脆性是低熔点金属Pb、Bi与Cu生成低熔点共晶、分布在 晶界上造成，因在中温区它以液体状态存在于晶界，造成热脆， 而在较高温度时，由于Pb、Bi在Cu中的固溶度增大，微量Pb、Bi 又固溶于铜的晶粒内，不造成危害，从而使塑性又升高
42纯铜 杂质及微量元素对铜压力加工性能的影响 纯铜中的杂质分为三类 (1)固溶于铜的杂质及微量元素; (2)很少固溶于铜,并与铜形成易熔共晶的杂质及微量元素; (3几乎不固溶于铜,并与铜形成熔点较髙的脆性化合物的杂质及 微量元素。 杂质元素对铜塑性的影响,取决于铜与元素的相互作用。当 杂质元素固溶于铜时,影响不大;若杂质元素与铜形成低熔点共 晶时,则会产生“热脆”。若杂质元素与铜形成脆性化合物分布 于晶界时,则产生“冷脆 磷:固溶亍铜的杂质磷熔点44℃,πσ0℃时磷在铜中的溶解度为 175%,而200℃时则只溶解0.4%,温度下降磷在铜中的溶解度也 下降。磷显著降低铜的导电、导热性,但对铜的机械性能特别是 对焊接性能有益。磷常作为铜的脱氧剂使用,并提高铜液的流动 性。过量的磷会生成Cu3P脆性化合物,造成“冷脆”,所以过量 的磷有害
4.2 纯铜 杂质及微量元素对铜压力加工性能的影响 纯铜中的杂质分为三类： ⑴固溶于铜的杂质及微量元素； ⑵很少固溶于铜，并与铜形成易熔共晶的杂质及微量元素； ⑶几乎不固溶于铜，并与铜形成熔点较高的脆性化合物的杂质及 微量元素。 杂质元素对铜塑性的影响，取决于铜与元素的相互作用。当 杂质元素固溶于铜时，影响不大；若杂质元素与铜形成低熔点共 晶时，则会产生“热脆”。若杂质元素与铜形成脆性化合物分布 于晶界时，则产生“冷脆”。 磷：固溶于铜的杂质磷熔点44℃，700℃时磷在铜中的溶解度为 1.75％，而200℃时则只溶解0.4％，温度下降磷在铜中的溶解度也 下降。磷显著降低铜的导电、导热性，但对铜的机械性能特别是 对焊接性能有益。磷常作为铜的脱氧剂使用，并提高铜液的流动 性。过量的磷会生成Cu3P脆性化合物，造成“冷脆”，所以过量 的磷有害
