什么是铜合金?

[拼音]：tonghejin

[外文]：copper alloys

以铜为基加入一定量的其他元素组成的合金。铜合金是历史上应用最早和最主要的合金之一。传统上铜合金分为紫铜、黄铜、白铜、青铜四大类。按成型方法又可分为变形铜合金和铸造铜合金。四种主要铜合金系的相图、成分和力学性能（退火态）的关系见图1。

因呈紫红色而得名。它不一定是纯铜，有时还加入少量脱氧元素或其他元素，以改善材质和性能，因此也归入铜合金。中国紫铜加工材按成分可分为：普通紫铜(T1、T2、T3、T4)、无氧铜（TU1、TU2和高纯、真空无氧铜）、脱氧铜（TUP、TUMn）、添加少量合金元素的特种铜（砷铜、碲铜、银铜）四类。紫铜的电导率和热导率仅次于银，广泛用于制作导电、导热器材。紫铜在大气、海水和某些非氧化性酸（盐酸、稀硫酸）、碱、盐溶液及多种有机酸（醋酸、柠檬酸）中，有良好的耐蚀性，用于化学工业。另外，紫铜有良好的焊接性，可经冷、热塑性加工制成各种半成品和成品。20世纪70年代，紫铜的产量超过了其他各类铜合金的总产量。

紫铜中的微量杂质对铜的导电、导热性能有严重影响。杂质元素对电导率的影响见图2。其中钛、磷、铁、硅等显著降低电导率，而镉、锌等则影响很小。氧、硫、硒、碲等在铜中的固溶度很小，可与铜生成脆性化合物，对导电性影响不大，但能降低加工塑性。普通紫铜在含氢或一氧化碳的还原性气氛中加热时，氢或一氧化碳易与晶界的氧化亚铜(Cu2O)作用，产生高压水蒸气或二氧化碳气体，可使铜破裂。这种现象常称为铜的“氢病”。氧对铜的焊接性有害。铋或铅与铜生成低熔点共晶，使铜产生热脆；而脆性的铋呈薄膜状分布在晶界时，又使铜产生冷脆。磷能显著降低铜的导电性，但可提高铜液的流动性，改善焊接性。适量的铅、碲、硫等能改善可切削性。紫铜退火板材的室温抗拉强度为22～25公斤力／毫米2，伸长率为45～50％，布氏硬度（HB）为35～45。

以锌为主要合金元素的铜基合金，因常呈黄色而得名。黄铜色泽美观，有良好的工艺和力学性能，导电性和导热性较高，在大气、淡水和海水中耐腐蚀，易切削和抛光，焊接性好且价格便宜。常用于制作导电、导热元件，耐蚀结构件，d性元件，日用五金及装饰材料等，用途广泛。

二元铜锌合金称为简单黄铜。随着含锌量的增加，其色泽由金红向黄、金黄、白色逐渐变化。锌和铜能形成α、β、γ、δ、ε、η等六个相。工业上常用的有α黄铜、(α＋β)黄铜和β黄铜三类，含锌量一般不超过50％。其中H62、H68黄铜具有高的塑性和强度，成型性好，应用广泛，可制作各种复杂的冷冲件和深冲件，波导管和冷凝器用管件，机械和电器用零件。H70黄铜也称“炮铜”，主要用于制作d壳及管材。有残余内应力的黄铜制品，长期存放于含氨气或二氧化硫等介质中，会产生沿晶或穿晶破裂。此现象称为应力腐蚀破裂或季节裂纹（季裂），可用低温退火消除。含锌量高于20％的高锌黄铜，易发生脱锌腐蚀，可加入适量的砷、硅、磷、锑等加以抑制。

为改善简单黄铜的性能而加入1～5％的锡、铅、铝、硅、铁、锰、镍等元素的合金称为“复杂黄铜”，并在黄铜的名称上冠以所加元素，称为锡黄铜、铅黄铜、铝黄铜、锰黄铜、铝锰黄铜等。锡能抑制脱锌腐蚀，提高黄铜的耐蚀性。锡黄铜在海水和淡水中均耐蚀，故有“海军黄铜”之称。铅在黄铜中的固溶度极小，呈游离质点分布于基体，能使切屑碎裂并起润滑作用，从而改善材料的可切削性和耐磨性。铝起固溶强化作用，使表面形成有保护作用的氧化铝膜。某些铝黄铜经适当处理后，还可具有形状记忆效应及消震能力。硅黄铜有较高的耐蚀性、力学和铸造性能，抗应力腐蚀能力强。镍黄铜具有较高的强度、韧性、耐蚀性，能承受冷、热塑性加工。

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。铜中加镍能显著提高耐蚀性、强度、硬度、电阻、热电势，并降低电阻率温度系数。在铜合金中，白铜因耐蚀性优异，且易于塑性加工和焊接，广泛用于造船、石油、化工、电力、精密仪表、医疗器械等部门作耐蚀结构件。某些白铜还有特殊的电学性能，可制作电阻元件、热电偶材料和补偿导线。

白铜可分为简单白铜和复杂白铜两类。按用途又可分为结构白铜和精密电阻合金用白铜。在结构白铜中，最常用的是B30、B10和锌白铜，另外，还有铝白铜、铁白铜和铌白铜等。典型白铜的成分和性能见表2。B30在白铜中耐蚀性最强，但价格较贵。铝白铜的性能同B30接近，价格低廉，可作B30的代用品。锌白铜于 15世纪时就已在中国生产使用，被称为“中国银”，所谓镍银或德银也属此类锌白铜。这种合金具有高的强度和耐蚀性，d性也较好，外表美观，价格低廉。在精密电阻用白铜中，重要的有BMn 3-12锰铜、BMn 40-1.5康铜、BMn 43-0.5考铜以及以锰代镍的新康铜(又称无镍锰白铜，含锰10.8～12.5％、铝2.5～4.5％、铁1.0～1.6％)。这类合金具有高的电阻率和低的电阻率温度系数，适于制作标准电阻和精密电阻元件。康铜和考铜的热电势高，还可用作热电偶和补偿导线。

除黄铜和白铜外，其余的铜合金都称为青铜。青铜前面常冠以主要合金元素的名称，如锡青铜、铝青铜、铍青铜、钛青铜等。用量最大的是锡青铜和铝青铜。强度最高的是铍青铜。与黄铜相比，青铜具有更高的力学性能（表3）和耐蚀性，但价格较贵。与白铜相比，青铜的力学性能较高，但在某些条件下，耐蚀性不如白铜。在铜合金中青铜的综合性能较好，常用于制造耐蚀性能好和强度高的零件、耐蚀d性元件、导电和抗蠕变性能好的零件等。

含锡量一般在3～14％之间，主要用于制作d性元件和耐磨零件。变形锡青铜的含锡量不超过 8％，有时还添加磷、铅、锌等元素。磷是良好的脱氧剂，还能改善流动性和耐磨性。锡青铜中加铅可改善可切削性和耐磨性，加锌可改善铸造性能。

含铝量一般不超过11.5％，有时还加入适量的铁、镍、锰等元素，以进一步改善性能。铝青铜可热处理强化，其强度比锡青铜高，抗高温氧化性也较好。

含铍量不超过2.5％，可沉淀硬化。其主要特性是：强度和硬度高，d性好，耐疲劳，导电、导热性好，无铁磁性，冲击时不生火花，是重要的d性和工具材料。但铍有毒，且铍青铜价格贵，可切削性差。

性能接近于铍青铜，价格便宜，无毒，可作为铍青铜的代用品。

硅青铜耐蚀性好（特别耐酸），低温性能好，可制作输酸管道、低温容器、耐酸耐磨零件等。锆青铜、铬青铜和镉青铜等适于制作在高温工作的导电零件。

参考文章

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