铜及铜合金的应用与特点

铜及其合金是人类应用最早的金属，具有与其他金属不同的许多优异性能。目前工业上使用的铜及其合金主要有工业纯铜、黄铜、白铜、青铜等。

1）纯铜

纯铜呈玫瑰红色，因其表面经常形成一层紫红色的氧化物，俗称紫铜。

纯铜熔点为1 083℃，密度为8.9g／cm3，具有良好的导电、导热性能，其导电、导热性仅次于银而位居第二。纯铜的化学稳定性高，在大气和淡水中有优良的抗蚀性。铜无磁性，塑性高（δ＝50%），但强度较低（σb＝200～240MPa），不能通过热处理强化，只能采用冷加工进行形变强化，但一般不宜直接作为结构材料使用。

纯铜主要用于制作导线、铜管、防磁器材等的材料。工业纯铜的代号为T1、T2、T3、T4，数字代表序号，序号越大，纯度越低。

2）黄铜

黄铜是以锌作为主要合金元素的铜合金。按化学成分，黄铜可分为普通黄铜和特殊黄铜两类。

图1-32　含锌量对黄铜力学性能的影响

（1）普通黄铜。铜锌二元合金称为普通黄铜。普通黄铜的组织、性能受含锌量的影响，如图1-32所示。在平衡状态下，当wZn＜32%时，黄铜的组织为单相α固溶体，称为单相黄铜，合金的强度、塑性均随含锌量的增加而升高；当wZn＞32%时，黄铜的组织中出现β′相，称为双相黄铜，硬脆的β′相使强度继续升高，塑性迅速下降；当wZn＞45%后，组织全由β′相组成，强度、塑性急剧下降，脆性很大，已无实用价值。

单相黄铜塑性好，可进行冷、热加工。双相黄铜强度高，价格便宜，但塑性不高，宜进行热加工。适于进行变形加工的黄铜称为加工黄铜。

黄铜不但有较高的力学性能，而且有良好的导电性能和导热性能，以及良好的耐海水及大气腐蚀的能力。但当黄铜制品中存在残余应力时，黄铜的耐腐蚀性会下降，如果处在潮湿大气、海水、含氨的介质中则会开裂。因此，冷加工后的黄铜制品要进行去应力退火。黄铜也能铸造成形。

黄铜的代号用字母H＋数字表示，数字表示铜的含量。例如H62，表示含铜62%和含锌38%的普通黄铜。若材料为铸造黄铜，则在牌号前加“Z”，如ZCuZn38是典型的铸造黄铜。

（2）特殊黄铜。为了改善黄铜的某些性能，在普通黄铜的基础上加入其他合金元素，形成特殊黄铜。如加入铅，能改善切削加工性；加入锰、硅、铝，能提高强度和耐蚀性。

特殊黄铜的代号用字母H＋主加元素符号＋数字表示，数字依次为铜和主加元素的平均含量。如HPb59-1表示铜的平均含量为59%、铅的平均含量为1%的铅黄铜。若后面还有数字，则为其他辅加元素的百分含量。常用加工黄铜的牌号、性能及用途见表1-12。

表1-12　常用加工黄铜的牌号、性能及用途

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续　表

3）白铜

白铜是以Ni为主要合金元素（含量低于50%）的铜合金。按成分可将白铜分为普通白铜和特殊白铜。普通白铜即铜镍二元合金，其牌号以“B＋数字”表示，后面的数字表示镍的含量，如B19表示含镍19%的白铜合金；特殊白铜是在普通白铜的基础上加入了Fe、Zn、Mn、Al等辅助合金元素的铜合金，其牌号以“B＋主要辅加元素符号＋镍的百分含量＋主要辅加元素含量”表示，如BFe5-1表示含镍5%、铁1%的白铜合金。白铜具有高的抗蚀性和高的机械性能，用于制造仪器刻度盘，化学、医疗器械，海水中工作的精密仪器、仪表零件等。

4）青铜

青铜是指黄铜、白铜以外的铜合金。铜锡合金称为锡青铜，其他青铜称为特殊青铜。

青铜的牌号为“Q＋主加元素符号＋主加元素的百分含量”（若后面还有数字，则为其他辅加元素的百分含量）。例如QSn4-3表示含锡4%，含锌3%的压力加工青铜。青铜合金中，工业用量最大的为锡青铜和铝青铜，强度最高的为铍青铜。

（1）锡青铜。以锡为主加元素的铜合金。常用锡青铜中锡的含量一般为3%～14%。含锡5%～7%的锡青铜塑性好，适合压力加工；含锡大于10%时，塑性差，适合于铸造。

锡青铜在淡水、海水中的耐蚀性高于纯铜和黄铜，但在氨水和酸中的耐蚀性较差。此外，锡青铜还有良好的耐磨性，因此锡青铜常用于制造耐磨、耐蚀工件。

铸造青铜流动性小，易形成缩松，但收缩率小，适合铸造形状复杂而对气密性要求不高的工件。

ZQSn10-1硬度适中，热稳定性好，常用于制造重要的高负荷、减摩、耐冲击零件，如轴承、轴套、蜗轮、连杆、机床丝杆螺母等。

ZQSn6-6-3常用来制造中速、中载荷的轴承、轴套、蜗轮及1N／mm2下的蒸汽管配件和水管配件。

（2）铝青铜。铝青铜是以铝为主加元素的铜合金。铝的含量一般为5%～11%。

铝青铜的强度比普通黄铜和锡青铜高，有良好的耐磨性和耐蚀性，且价格便宜，常用于制造高强度耐磨耐蚀工件，如齿轮、轴套、蜗轮等。常用牌号有QAl9-4、QAl10-3-1.5等。

（3）铍青铜。铍青铜是以铍为主加元素的铜合金。铍的含量通常为1.6%～2.5%，常用牌号为QBe2。

铍青铜能热处理强化，通过淬火时效，可获得很高的强度和硬度（σb：1 250～1 500MPa，硬度：350～400HBW），远远超过了其他铜合金，且可与高强度合金钢相媲美。此外，铍青铜还有高的弹性极限、疲劳极限、耐磨性和良好的导电性能、导热性能、耐蚀性以及受冲击无火花等优点。铍青铜主要用于制造仪器仪表中重要的导电弹簧、精密弹性元件、耐磨工件和防爆工具等。