铜合金的特点、分类及用途

2023-06-22 理论教育版权反馈

【摘要】：按照成形工艺的不同，铜及其合金可分为铸造铜合金和变形铜合金两大类。只含锌的铜锌二元合金称为普通黄铜，是航空领域应用最为广泛的结构铜合金。表4-1 铸造铜合金牌号及化学成分注：1.布氏硬度试验力的单位为牛顿。铍青铜是wBe≈2%的铜合金，具有高的强度、硬度、弹性、耐磨性、耐寒性和抗应力松弛性，用于制造航空仪器仪表，还可用于

铜及其合金具有优良的化学、物理和力学性能，在大气、淡水、海水以及非氧化性酸类介质中耐蚀性好，因而常作为功能材料和结构材料广泛应用于航空、造船、电工等领域，其用量在有色合金材料中仅次于铝合金。

按照成形工艺的不同，铜及其合金可分为铸造铜合金和变形铜合金两大类。我国铸造铜合金标准牌号及化学成分见表4-1，力学性能见表4-2。

在纯铜中加入各种合金，能获得满足各种工作环境和使用条件的铜合金。除了高锡、高铅、高锰等专用铸造铜合金以外，大部分铜合金既可作为铸造合金使用又可作为变形合金使用。按照合金成分的差别，铜合金又可分为工业纯铜、普通黄铜、复杂黄铜、锡青铜、无锡青铜和白铜。

1.工业纯铜

按纯度和冶炼方法的不同，可分为纯铜、无氧铜和磷脱氧铜三类。纯铜外观呈紫红色，故又称为紫铜。纯铜具有很高的导电性、导热性和良好的延展性，适应于各种冷、热加工，通常用于制造导线、导管和棒材（见图4-1）。无氧铜的氧及其他杂质含量极低，具有高的导电导热性，与玻璃封接性好，常用于制造电真空器件。磷脱氧铜是指用磷精炼并残留一定量磷的铜，一般作为结构材料使用。

2.黄铜

以锌为主要合金元素的铜合金称为黄铜，一般w_Cu=60%～95%。只含锌的铜锌二元合金称为普通黄铜，是航空领域应用最为广泛的结构铜合金。在普通黄铜中加入其他合金元素，如Pb、Al、Sn、Si、Mn、Fe等元素，形成的合金统称复杂黄铜，按第二种合金元素的不同又可细称为铅黄铜、铝黄铜、锡黄铜、铍黄铜等。铅黄铜切削性能优异，适于采用机加工方法制造高精度的零件。铝黄铜和锡黄铜在液体介质中能形成一层致密的保护膜，具备优良的耐蚀性，常用于制造热水、水蒸气以及海水的热交换和冷凝器管。硅黄铜组织细密、力学性能较高、耐磨性和耐蚀性较好，常用于制造阀体、管件、管接头等承受压力的管配件。含Al、Mn和Fe的复杂黄铜具有高强度、高硬度和优良的耐磨性，常用于制造润滑条件良好、载荷较低、滑动速度不高的耐磨零件。此外，w_Fe＜0.03%的黄铜（抗磁黄铜）可用于制造无磁干扰的零件。黄铜的典型应用（黄铜减压阀和黄铜管件）如图4-2所示。

表4-1 铸造铜合金牌号及化学成分

表4-2 铸造铜合金力学性能

（续）

注：1.布氏硬度试验力的单位为牛顿。

2.铸造方法代号：S—砂型铸造；J—金属型铸造；La—连续铸造；Li—离心铸造。

①参考值。

3.白铜

以Ni为主要合金元素的铜合金称为白铜。铜镍之间可彼此无限固溶，通常白铜中w_Ni=25%。Ni能显著提高合金的强度、硬度、耐蚀性，降低电阻率温度系数。因此白铜在力学性能、物理性能上优于其他铜合金，具有延展性好、硬度高、色泽美观、耐蚀性好、富有深冲性能等特点，广泛使用于造船、石油化工、电器、仪表、医疗器械、日用品、工艺品等领域（见图4-3）。加有Mn、Fe、Zn、Al等元素的白铜合金称复杂白铜。锰白铜具有低的电阻温度系数，可在较宽的温度范围内使用，耐蚀性好，还具有良好的加工性。w_Fe<2%的铁白铜强度高，抗流动海水腐蚀能力高，可制作海水冷凝器，如图4-4所示。锌白铜综合力学性能好，耐蚀性优异、冷热加工成形性好，易切削，用于制造仪器、仪表、医疗器械、通信等领域的精密零件。铝白铜则主要用于造船、电力、化工等工业部门中各种高强耐蚀件。

图4-1 纯铜导线、导管和棒材

图4-2 黄铜减压阀和黄铜管件

图4-3 白铜乐器

图4-4 海水冷凝器

4.青铜

除了黄铜和白铜以外的铜合金统称为青铜，主要有锡青铜、铝青铜、铍青铜、硅青铜、铬青铜、钛青铜等。青铜的力学性能通常高于黄铜，成形性良好。Sn含量高的青铜主要用作耐磨零件。Sn含量低的铸造锡青铜适于制造在中等载荷及滑动速度下工作的轴承，如图4-5所示。含Pb的锡青铜有良好的减磨性和切削加工性，用于制造承受中载荷的衬套。铝青铜具有较高的高温和常温力学性能，良好的抗高温氧化性和耐蚀性，常用于制造飞机和辅机附件的重要零件以及舰船螺旋桨（见图4-6）。铍青铜是w_Be≈2%的铜合金，具有高的强度、硬度、弹性、耐磨性、耐寒性和抗应力松弛性，用于制造航空仪器仪表，还可用于制造膜片、波纹管等弹性敏感元件。硅青铜是无Sn弹塑性材料，适于制造低温条件下工作的弹性元件，如图4-7所示的弹簧。

图4-5 汽车减振器用自润滑关节轴承

图4-6 舰船用铜合金螺旋桨

铜合金的特点、分类及用途

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