铜基合金

以铜为基加入一定量其他元素组成的合金

以铜为基加入一定量其他元素组成的合金。铜合金强度中等，易于加工，较耐疲劳，色泽美观，并具有良好的电导性、热导性和耐蚀性，是重有色金属材料中的一个重要分支。铜合金广泛使用于工业各部门中，其产量仅次于钢铁和铝，是金属材料中的第三大合金类别。

铜基合金性能

铜合金具有较好的导电、导热性能，中等的力学性能和较高的化学稳定性，切削性能较差。随着添加合金元素的种类不同和数量多寡，各种铜合金的性能有较大的差异。

电导性

铜合金是较好的电导体。纯铜的电导率在100%～103%IACS(IACS的定义见铜)。添加任何固溶合金元素都会降低铜的电导率，单位原子浓度的降低量，主要取决于合金元素对铜晶格的影响，在固溶范围内随添加量增加而加大。

色泽

铜具有美丽的玫瑰红色泽，添加锌、铝、镍、等合金元素后，色泽向金黄色和银白色转变，因而可用于制作各种装饰品和钱币。

强度铜合金具有中等强度，退火状态下的工业纯铜的抗拉强度在240MPa左右。通过固溶强化、加工硬化、沉淀硬化(包括亚稳分解)、细化晶粒和弥散强化等途径，可提高铜合金的强度。冷加工既可以单独用来硬化合金，亦可以与沉淀硬化或亚稳分解共同作用实现强化。

铜中添加任何固溶合金元素都会提高铜的强度，单位原子浓度对铜切变模量强化程度与所添加的元素和铜的原子尺寸之差有关。

切削性一般铜合金的切削性较差，添加铅、硫、碲等元素能改善铜合金的切削性。根据切削性的好坏，变形铜合金可分为3类：(1)切削性在70%以上的易切削合金，包括含铅、硫或碲的易切削铜，易切削黄铜，各种铅黄铜和含铅在2%左右的青铜和锌白铜等;(2)切削性在30%～60%的中等切削性合金，包括含铜60%～85%的黄铜和含铅1%左右的青铜和锌白铜等;(3)切削性在20%以下的难切削性合金，包括低锌黄铜、锌白铜、锡青铜、铜镍合金和铍青铜等(一般以易切削黄铜的切削性为100%作比较)。

抗应力松弛性

纯铜的抗应力松弛性能较差，添加能提高铜软化温度或原子尺寸与铜相差大的可溶元素能提高铜的抗应力松弛能力。铍青铜、白铜和锌白铜的抗应力松弛性能最好，其次是锡青铜和锡黄铜，再其次是硅青铜，普通黄铜的抗应力松弛性能最差。就应力松弛能力这点而言，铜合金的最高使用温度约为200℃。抗应力松弛能力低的黄铜，只能用于制作稍高于室温的零件，铍青铜和加锡、硅、铝或锌的三元铜镍合金，即使在器件常用的最高温度下，其抗应力松弛的能力仍然相当高。

分类

根据添加合金元素的种类，铜合金可分为黄铜、青铜和白铜三类。黄铜是以锌为主要合金元素的铜合金;白铜是以镍为主要合金元素的铜合金;青铜是除黄铜和白铜以外的其他铜合金。为与国际标准一致，中国国家标准GB 11086—89把铜和铜合金分为铜、铜锌合金(黄铜)、铜锡合金(青铜)、铜铝合金、铜镍合金、铜镍锌合金(镍银)和特殊铜合金七类。当前在工业上仍沿用原分类方法。另外，铜合金材料还可根据用途和性能单独划分出铜钎料、超塑性铜合金和功能铜合金等类别。

用途

一些黄铜、青铜和白铜广泛用于制造汽车散热器、换热器以及需要快速穿过或沿着金属传导热量的各种工业装置的部件。黄铜、一些青铜和白铜用于制造需要耐蚀的冷凝器、管道和阀门等输送气液体系统中。专用的铜合金，如铜钎料用作钎焊金属之用，超塑性铜合金通过超塑成形制成各种器件，功能铜合金用来制作钱币、装饰品、乐器等。此外，各种铜合金还是机械工业不可缺少的材料，用以加工成弹簧、紧固件、垫等各种机械零件。

实例

铜铍合金

铜铍合金是一种过饱和固溶体铜基合金，是机械性能，物理性能，化学性能及抗蚀性能良好结合的有色合金，经固溶和时效处理后，具有与特殊钢相当的高强度极限、弹性极限、屈服极限和疲劳极限，同时又具备有高的导电率，导热率，高硬度和耐磨性，高的蠕变抗力及耐蚀性，广泛应用于制造各类模具镶嵌件，替代钢材制作精度高，形状复杂的模具，焊接电极材料压铸机，注塑机冲头，耐磨耐蚀工件，微电机电刷，手机电池、电脑接插件，各类开关触点等，是国民经济建设中不可缺少的重要工业材料。

1) 铜铍合金的化学成分

铜铍合金的化学成分与力学性能见表：

2) 铜铍合金的特点

①铜铍合金是属过饱和固溶体铜基合金，力学、物理、化学综合性能良好，合金密度8.3 g/cm，电导率≥18%IACS，导热率≥105 w/m·k (20℃)，无磁性，硬度36～42 HRC。固溶时效处理后具有很高强度、耐磨性、耐热性、耐寒性、弹性极限和疲劳极限，弹性滞后小，碰击时无火花，易于焊接和钎焊。

②铜铍合金在大气、淡水和海水中耐蚀性极好，海水耐蚀速度为 (1.1～1.4)×10 mm/年，腐蚀深度为 (10.9～13.8)×10 mm/年。腐蚀后，合金强度、延伸率均无变化。在硫酸介质中，在<80%浓度的硫酸中 (室温)年腐蚀深度为0.0012～0.1175mm，浓度>80%则腐蚀稍加快。

3) 铜铍合金的热处理工艺

①固溶处理：铍铜工件加热到800℃～815℃，并恒温2～3 h，使铍完全溶解于铜中，形成均匀分布状态。

②淬火工艺：出炉后，将工件在水中急速冷却，使铍原子来不及扩散，形成过饱和状态。

③时效处理：在真空热处理炉将过饱和状态工件加热至较低的时效温度340℃±5℃，因过饱和状态不稳定，额外的铍原子短距地扩散并析出，经保温2～3 h，析出的过量铍和铜将达到平衡，此时的机械性能明显提高。

4) 铜铍合金的应用

铜铍合金具有优良的使用性能和工艺性能。常用来制造锌基合金压铸模、不锈钢器皿的拉伸模和塑胶注塑成型模具的内镶件、模心、压铸冲头、热流道冷却系统、导热嘴、吹塑模具的整体型腔、磨耗板等。亦用于制造膜片、膜盒、弹簧管、弹簧等各种弹性元件。

简史

铜合金是最古老的金属材料之一。根据在埃及和西亚出土文物了解，大约在公元前6000年就有锻造的自然铜制件出现;公元前5000年开始使用青铜器皿。公元前1世纪，当时居住在黑海海岸附近的民族曾用锌矿石加入铜中制造黄铜。16世纪时，英国人爱本耐尔(E.Ebener)提出改用锌直接加入铜的方法生产黄铜。

中国在公元前1200年前商朝时期，就能合理使用金、铜、锡、铅四种金属，青铜(铜锡合金)冶铸技术已达成熟阶段。公元前1世纪，西汉开始使用含锌矿石炼制黄铜。3、4世纪东汉三国时，张揖所著《广雅》一书中记载的“鋈”即为白铜中之一种(铜锌镍合金)。4、5世纪南北朝的炼丹士，已能用炉甘石即碳酸锌矿石直接加入铜中炼得黄铜。明代用锌直接加入铜镍合金中制成锌白铜，并出口到欧洲，后为德国仿制，国外有人误名为德国银(german silver)。

19世纪末，随着铝的大量生产，铝青铜也开始问世。20世纪20年代，美国人科森(M.G.Corson)和德国人达尔(O.Dahl)等研制成强度高、导电性能较好的铍青铜，在铜合金中开发了沉淀硬化的新品种。70年代中期，美国人普柳(J.T.Plew)等在前人研究的基础上，研制成了在工业上应用的、性能与铍青铜相近的亚稳分解的铜镍锡合金。

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