在有色金属中，铜的产量仅次于铝。铜及铜合金在我国有着悠久的使用历史，并且使用范围很广。
6.1.1 纯 铜
工业上使用的纯铜，其纯度为99.50%～99.95%，呈玫瑰红色，但容易与氧反应，在表面形成氧化铜薄膜，外观呈紫红色，故工业纯铜常称紫铜。纯铜密度为8.96 g/cm3，熔点为1083 °C。纯铜具有优良的导电、导热性，其导电性仅次于银，故主要用作导电材料，如图6-3为铜芯电缆。铜是逆磁性物质，用纯铜制作的各种仪器和机件不受外磁场的干扰，故纯铜适合制作磁导仪器、定向仪器和防磁器械等，如图6-4为防磁铜游标卡尺。
图6-3 铜芯电缆
图6-4 防磁铜游标卡尺
纯铜的强度不高，具有极好的塑性，适用于冷、热压力加工。在冷变形过程中，铜有明显的加工硬化现象，并且导电性略微降低。冷变形铜材退火时，也和其他金属一样，产生再结晶。再结晶的程度和晶粒的大小显著影响铜的性能，再结晶软化退火温度一般为500～700 °C。
纯铜的化学性能比较稳定，在大气及淡水中有良好的耐蚀性，但在含有二氧化碳的潮湿空气中，纯铜会产生绿色铜膜，俗称铜绿。
纯铜中常含有0.05%～0.30%的杂质（主要有铅、铋、氧、硫和磷等），它们对铜的力学性能和工艺性能的影响很大。纯铜一般不用于制作受力的结构零件，常用冷加工方法制造电线、电缆、铜管、配制铜合金，制造抗磁干扰仪器，如罗盘、航空仪表等。纯铜及铜合金的低温力学性能很好，是制造冷冻设备的主要材料。纯铜中还有无氧铜，牌号有TU1、TU2，它们的含氧量极低，不大于0.003%，其他杂质也很少，主要用于制作电真空器件及高导电性铜线。无氧铜制作的导线能抵抗氢的作用，不发生氢脆现象。
我国工业纯铜的代号有T1、T2、T3、T4，顺序号越大，纯度越低，导电性越差。纯铜的牌号、化学成分、力学性能及用途见表6-1。
表6-1 纯铜的牌号、化学成分、力学性能及用途
6.1.2 铜合金
铜合金是以铜为主要元素，加入少量的其他元素形成的合金。它不仅强度高，而且还具有许多优良的物理、化学性能，常用作工程结构材料。纯铜的强度不高，用加工硬化方法虽可提高铜的强度，但却会使其塑性大大降低，因此，常用合金化的方法来获得强度较高的铜合金。
1.铜合金的分类
（1）按化学成分的不同可分为黄铜、青铜和白铜。
（2）按生产方法的不同可分为压力加工铜合金和铸造铜合金。
2.铜合金的强化方法
（1）固溶强化：最常用的固溶强化元素为Zn、Si、Al、Ni等，形成置换固溶体。
（2）热处理强化：Be、Si等元素在铜中的溶解度随温度的降低而减小，因而合金元素加入铜中后，可使合金具有时效强化的性能。
（3）过剩相强化：当合金元素的含量超过最大溶解度后，便会出现过剩相。过剩相多为硬而脆的金属间化合物。过剩相数量少时，可使强度提高，塑性降低；数量多时，会使强度和塑性同时降低。
3.常用的铜合金
1）黄 铜
以锌为主要合金元素的铜合金称为黄铜。黄铜具有良好的塑性、耐蚀性、变形加工性和铸造性，在工业中有很好的应用价值，图6-5为黄铜制造的闸阀。按化学成分的不同，黄铜可分为普通黄铜和特殊黄铜两类。
（1）普通黄铜。由铜和锌组成的二元合金称为普通黄铜，其强度比纯铜高，塑性较好，耐蚀性也好，价格比纯铜和其他铜合金低，加工性能也好。其牌号由“H＋数字”组成。其中，“H”是“黄”字的汉语拼音首字母，数字表示铜的平均质量分数。如H62即表示含铜62%的铜锌合金。普通黄铜中最常用的牌号有H70和H62。H70含锌30%，为单相黄铜，强度高，塑性好，可用冲压方式制造弹壳、散热器、垫片等零件。故有弹壳黄铜之称。H62含锌量38%，属双相（＋）黄铜，有较好的强度，塑性比H70差，切削性能好，易焊接，耐腐蚀，价格便宜，工业上应用较多，如制造散热器、油管、垫片、螺钉等。(www.xing528.com)
图6-5 黄铜闸阀
（2）特殊黄铜。为了获得更高的强度、耐蚀性和某些良好的工艺性能，在铜锌合金中加入铅、锡、铝、铁、硅、锰、镍等元素，形成各种特殊黄铜。特殊黄铜具有更好的力学性能、耐蚀性和抗磨性。各种元素具有不同的作用，其中铝能提高黄铜的强度﹑硬度和耐蚀性，但使塑性降低，适合用其作海轮冷凝管及其他耐蚀零件；铅能改善黄铜的切削性能，易切削黄铜，常用其作钟表零件；锡能提高黄铜的强度和对海水的耐腐性﹐故称海军黄铜，常用其作船舶热工设备和螺旋桨等，如图6-6所示为船用螺旋桨。
图6-6 船用螺旋桨
特殊黄铜的牌号由“H＋主加元素符号（锌除外）＋铜的平均质量分数＋主加元素的平均质量分数”组成。特殊黄铜可分为压力加工黄铜（以黄铜加工产品供应）和铸造黄铜两类。
压力加工黄铜加入的合金元素少，塑性较高，具有较高的变形能力，又称为变形黄铜。常用的有铅黄铜HPb59-1、铝黄铜HAl59-3-2。HPb59-1为加入1%铅的黄铜，其含铜量为59%，其余为锌。压力加工黄铜有良好的切削加工性，常用来制作各种结构零件，如销子、螺钉、螺母、衬套、垫圈等。HAl59-3-2含铝量3%，含镍量2%，含铜量59%，其余为锌。其耐蚀性较好，用于制造耐腐蚀零件。
铸造黄铜的牌号前有“铸”字的汉语拼音字首“Z”，在ZCuZn16Si4中，“Z”是“铸”汉字拼音的字母，“Zn”表示主加元素，“16”为Zn含量，“4”是Si含量，剩余为Cu，即含锡16%、含硅4%、含铜80%的铸造硅黄铜。其综合力学性能、耐磨性、耐蚀性、铸造性能、可焊性、切削加工性等均较好，常用作轴承衬套。
常用黄铜的牌号、化学成分及用途见表6-2。
表6-2 常用黄铜的牌号、化学成分、力学性能及用途
2）青 铜
青铜是人类历史上应用最早的合金，最早的青铜仅指铜锡合金，即锡青铜。它在铸造时体积收缩量很小，充模能力强，耐蚀性好，有极高的耐磨性，故得到广泛的应用。4000年前的夏朝，我们的祖先已经能够炼铜，到殷、商时期，我国的青铜冶炼和铸造技术已达到很高水平。如商晚期青铜铸造的后母戊鼎饰纹优美，如图6-7所示。春秋晚期越国青铜兵器越王勾践剑锋芒犀利，如图6-8所示。
图6-7 商晚期青铜后母戊鼎
图6-8 春秋晚期越王勾践剑
现在把黄铜和白铜以外的铜合金统称为青铜，而在青铜前冠以主要添加元素的名称，如锡青铜、铝青铜、硅青铜、铍青铜等。按有无含锡可将青铜分为锡青铜和无锡青铜两类。锡青铜在大气及海水中的抗蚀性比纯铜和黄铜都高，抗磨性也好，多用来制造耐磨零件，如轴承、轴套、齿轮、蜗轮等；但在酸类及氨水中的耐蚀性较差，广泛用于制造蒸汽锅炉和海船的零部件。无锡青铜具有较高的强度、耐磨性和良好的耐蚀性，并且价格较低廉，是锡青铜很好的代用品。
青铜按生产方式分为压力加工青铜和铸造青铜两类。其牌号是用“Q＋主加元素符号＋主加元素平均含量（或＋其他元素平均含量）”表示，“Q”是“青”字的汉语拼音首字母。例如，QAl5表示铝的平均质量分数为5%的铝青铜，QSn4-3表示锡的平均质量数为4%、锌的平均质量分数为3%的锡青铜。铸造青铜的牌号前加“Z”，如ZQSn10-5表示Sn的平均质量分数为10%，Pb的平均质量分数为5%，其余为Cu的铸造锡青铜。此外，青铜还可以合金成分的名义百分含量命名。例如，ZCuSn10Pb5表示锡的平均质量分数为10%、铅的平均质量分数为5%的铸造锡青铜。
常用青铜的牌号、化学成分及用途见表6-3。
3）白 铜
以镍为主要添加元素的铜基合金，呈银白色，有金属光泽，故称为白铜。白铜根据加入的合金元素种类不同可分为普通白铜和复杂白铜。铜镍二元合金（即二元白铜）称为普通白铜。加有锰、铁、锌、铝等元素的白铜合金称为复杂白铜（即三元以上的白铜），包括铁白铜、锰白铜、锌白铜和铝白铜等。
表6-3 常用青铜的牌号、化学成分、力学性能及用途
普通白铜的代号以“B＋数字”表示，字母B表示镍的含量，如B5表示镍的含量约为5%，其余为铜的含量。复杂白铜的代号以“B＋元素符号＋数字-数字”表示，第一个数字表示镍的含量，第二个数字表示第二主加元素的含量。如BMn3-12表示镍的含量约为3%，锰的含量约为12%。
由于镍和铜能形成无限互溶的固溶体，在铜中加入镍元素可以显著提高其强度、硬度、电阻和热电性，并降低电阻率、温度系数，因此白铜较其他铜合金的力学性能、物理性能都异常良好，延展性好、硬度高、色泽美观、耐腐蚀、深冲性能好，被广泛用于造船、石油化工、电器、仪表、医疗器械、日用品、工艺品等领域。白铜还是重要的电阻及热电耦合金。白铜的缺点是主加元素镍属于稀缺元素，价格比较昂贵。
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