铜的的分类,特性,和一般用途

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1、一、常见分类:黄铜是由铜和锌所组成的合金白铜是铜和镍的合金青铜是铜和除了锌和镍以外的元素形成的合金,主要有锡青铜,铝青铜等紫铜是铜含量很高的铜,其它杂质总含量在1以下。1、紫铜:红铜即纯铜,又名紫铜,纯铜密度为8.96 ,熔点为 1083。具有很好的导 电性和导热性,塑性极好,易于热压和冷压力加工,大量用于制造电线、电缆、 电刷、电火花专用电蚀铜等要求导电性良好的产品。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

2、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。其中钛、磷、铁、硅 等显着降低电导率 , 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

3、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。磷能显着降低铜的导电性 , 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。2、黄铜以锌作主要添加元素的铜合金,具有美观的黄色, 统称黄铜。 铜锌二元合金 称普通黄铜或称简单黄铜。 三元以上的黄铜称特殊黄铜或称复杂黄铜。含锌低於 36的黄铜合金由固溶体组成,具

4、有良好的冷加工性能,如含锌30的黄铜常 用来制作弹壳,俗称弹壳黄铜或七三黄铜。含锌在3642之间的黄铜 合金由 和固溶体组成,其中最常用的是含锌40的六四黄铜。为了改善普通黄铜的性 能,常添加其他元素,如铝、镍、锰、锡、硅、铅等。铝能提高黄铜的强度、硬 度和耐蚀性, 但使塑性降低, 适合作海轮冷凝管及其他耐蚀零件。锡能提高黄铜的强度和对海水的耐腐性, 故称海军黄铜, 用作船舶热工设备和螺旋桨等。铅能 改善黄铜的切削性能; 这种易切削黄铜常用作钟表零件。黄铜铸件常用来制作阀 门和管道配件等。最简单的黄铜是铜 - 锌二元合金,称为简单黄铜或普通黄铜,改变黄铜中锌 的含量可以得到不同 机械性能的黄铜

5、。 黄铜中锌的含量越高, 其强度也较高, 塑 性稍低。工业中采用的黄铜含锌量不超过45% ,含锌量再高将会产生脆性,使合 金性能变坏。在黄铜中加1% 的锡能显着改善黄铜的抗海水和海洋大气腐蚀的能 力,因此称为 “ 海军黄铜 “ 。锡能改善黄铜的切削加工性能。铅黄铜即我们通常所 说的易削国标铜。 加铅的主要目的是改善切削加工性和提高耐磨性,铅对黄铜的 强度影响不大。雕刻铜也是铅黄铜的一种。多数黄铜具有良好色泽、加工性、延 展性,易于 电镀或涂装。黄铜又分:1)普通黄铜它是由铜和锌组成的合金。当含锌量小于 39% 时,锌能溶于铜内形成单相 a ,称单相黄铜,塑性好, 适于冷热加压加工。当含锌量大于

6、 39% 时,有 a 单相还有以铜锌为基的 b 固 溶体,称双相黄铜, b 使塑性小而抗拉强度上升,只适于热压力加工。代号用 “ H 数字 “ 表示, H 表示黄铜,数字表示铜的质量分数。 如 H68 表 示含铜量为 68% , 含锌量为 32% , 的黄铜, 铸造黄铜则在代号前 “ Z “ 字, 如 ZH62。H90 、 H80 单相,金黄色,故有金色共称之, 称为镀层,装饰品,奖章等。H68 、 H59 属于双相黄铜,广泛用于电器上的结构件,如螺栓,螺母,垫 圈、弹簧等。一般情况下,冷变形加工用单相黄铜热变形加工用双相黄铜。2)特殊黄铜在普通黄铜中加入其它合金元素所组成的多元合金称为黄铜。

7、常加入的元素 有铅、锡、 铝等,相应地可称为铅黄铜、锡黄铜、铝黄铜。加合金元素的目的。 主要是提高抗拉强度改善工艺性。代号:为 “ H 主加元素符号(除锌外)铜的质量分数主加元素质量分 数其它元素质量分数 “ 表示。如: HPb59-1 表示铜的质量分数为 59% , 含主加元素铅的质量分数为 1% , 余量为锌的铅黄铜。3、白铜以镍为主要添加元素的铜合金。 铜镍二元合金称普通白铜; 加有锰、铁、 锌、 铝等元素的白铜合金称复杂白铜。工业用白铜分为结构白铜和电工白铜两大类。 结构白铜的特点是机械性能和耐蚀性好,色泽美观。这种白铜广泛用於制造精密 机械、化工机械和船舶构件。电工白铜一般有良好的热

8、电性能。锰铜、康铜、考 铜是含锰量不同的锰白铜,是制造精密电工仪器、变阻器、精密电阻、应变片、 热电偶等用的材料。4、青铜原指铜锡合金, 后除黄铜、 白铜以外的铜合金均称青铜,并常在青铜名字前 冠以第一主要添加元素的名。 锡青铜的铸造性能、 减摩性能好和机械性能好, 适 合於制造轴承、蜗轮、 齿轮等。铅青铜是现代发动机和磨床广泛使用的轴承材料。 铝青铜强度高,耐磨性和耐蚀性好,用於铸造高载荷的齿轮、轴套、船用螺旋桨 等。 铍青铜和磷青铜的弹性极限高, 导电性好,适於制造精密弹簧和电接触元件, 铍青铜还用来制造煤矿、油库等使用的无火花工具。代号:表示方法为 “ Q+ 主加元素符号及质量分数 +

9、其它元素的质量分数 “ 所组成。铸造产品则在代号前加“ Z “ 字,如: Qal7 表示含铝为 5% ,其余为铜的铝青铜 ZQsn10-1 表示含锡量为 10% ,其它合金元素含量为 1% ,余量为铜的的铸造锡青铜青铜又可分为锡青铜和特殊青铜(即无锡青铜)两类。(1)是由锡为主加元素的铜锡合金,也称为锡青铜当含锡量小于 56% ,锡溶于铜中形成 a 固溶体,塑性上升,当含锡量大 于 56% 时,由于出现了 Cu31sb8 为基的固溶体,抗拉强度下降,所以秤的锡 青铜含锡量大多在 314% 之间,当含锡量小于 5% ,适用于冷变形加工,当含 锡量为 57% 时的适用于热变形加工。当含锡量大于 1

10、0% 时,适用于铸造。由于 a 与 (黄)表示 如 H80 、H70,H68等。(3) 青铜:以前把铜与锡的合金称作青铜,现在则把除了黄铜以外的铜合金 称作青铜。常用的有锡青铜、铝青铜和敏青铜等。青铜用“Q, (青)表示。铜及铜合金的焊接特点是:(1) 难熔合及易变形(2) 容易产生热裂纹 (3) 容易产生气孔铜及铜合金焊接主要采用气焊、惰性气体保护焊、埋弧焊、钎焊等方法。铜及铜合金导热性能好, 所以焊接前一般应预热, 并采用大线能量焊接。 钨 极氢弧焊采用直流正接。 气焊时,紫铜采用中性焰或弱碳化焰, 黄铜则采用弱氧 化焰,以防止锌的蒸发。补充:1铜的自然属性铜是人类最早发现的古老金属之一,

11、早在三千多年前人类就开始使用铜。自 然界中的铜分为自然铜、 氧化铜矿和硫化铜矿。 自然铜及氧化铜的储量少, 现在 世界上 80% 以上的铜是从硫化铜矿精炼出来的, 这种矿石含铜量极低, 一般在 2-3% 左右。金属铜,元素符号CU ,原子量 63.54, 比重 8.92,熔点 1083Co 。纯铜呈浅 玫瑰色或淡红色。 铜具有许多可贵的物理化学特性,例如其热导率都很高, 化学 稳定性强,抗张强度大,易熔接,且抗蚀性、可塑性、延展性。纯铜可拉成很细 的铜丝,制成很薄的铜箔。能与锌、锡、铅、锰、钴、镍、铝、铁等金属形成合 金,形成的合金主要分成三类:黄铜是铜锌合金,青铜是铜锡合金,白铜是铜钴 镍合

12、金。2铜的冶炼从铜矿中开采出来的铜矿石, 经过选矿成为含铜品位较高的铜精矿或者说是 铜矿砂,铜精矿需要经过冶炼提成, 才能成为精铜及铜制品。A铜矿石的加工工业上使用的铜有电解铜 (含铜 99.9 99.95)和精铜(含铜 99.0 99.7 )两种。前者用于电器工业上,用于制造特种合金、金属丝及电线。后者 用于制造其他合金、铜管、铜板、轴等。a. 铜矿石的分类及属性:炼铜的原料是铜矿石。铜矿石可分为三类:(1)硫化矿,如黄铜矿 (CuFeS2)、斑铜矿 (Cu5FeS4)和辉铜矿 (Cu2S)等。(2)氧化矿,如赤铜矿 (Cu2O)、孔雀石 Cu2(OH)2CO3 、蓝铜矿 2CuCO3 Cu

13、(OH)2、硅孔雀石 (CuSiO32H2O) 等。(3)自然铜。铜 矿石中铜的含量在 1左右( 0.5 3)的便有开采价 值,因为采用浮选法可以把矿石中一部分脉石等杂质除去,而得到含铜量较高 (835)的精矿砂。b. 铜矿石的冶炼过程:从铜矿石冶炼铜的过程比较复杂。以黄铜矿为例,首先把精矿砂、熔剂(石 灰石、砂等)和燃料(焦炭、木炭或无烟煤)混合,投入“ 密闭“ 鼓风炉中,在 1000左右进行熔炼。于是矿石中一部分硫成为SO2 (用于制硫酸),大部分的 砷、锑等杂质成为AS2O3 、Sb2O3等挥发性物质而被除去:2CuFeS2 O2=Cu2S 2FeS SO2 。一部分铁的硫化物转变为氧化

14、物:2FeS 3O2=2FeO 2SO2 。Cu2S 跟剩余的 FeS等便熔融在一起而形成 “ 冰铜“(主要由 Cu2S和 FeS互相溶解形成 的,它的含铜率在2050之间,含硫率在2327之间), FeO跟 SiO2 形成熔渣: FeO SiO2=FeSiO3 。熔渣浮在熔融冰铜的上面,容易分离,借以除去 一部分杂质。然后把冰铜移入转炉中,加入熔剂(石英砂 )后鼓入空气进行吹炼 (11001300)。由于铁比铜对氧有较大的亲和力,而铜比铁对硫有较大的亲 和力,因此冰铜中的FeS先转变为 FeO ,跟熔剂结合成渣,而后Cu2S才转变为 Cu2O ,Cu2O 跟 Cu2S反应生成粗铜(含铜量约为

15、98.5)。 2Cu2S 3O2=2Cu2O 2SO2 ,2Cu2O+Cu2S=6Cu+SO2,再把粗铜移入反射炉, 加入熔剂(石英砂), 通入空气, 使粗铜中的杂质氧化, 跟熔剂形成炉渣而除去。 在杂质除到一定程度 后,再喷入重油,由重油燃烧产生的一氧化碳等还原性气体使氧化亚铜在高温下 还原为铜。得到的精铜约含铜99.7。B.铜的冶炼工艺铜冶金 技术的发展经历了漫长的过程,但至今铜的冶炼仍以火法治炼为主, 其产量约占世界铜总产量的85% ,现代湿法冶炼的技术正在逐步推广,湿法冶炼 的推出使铜的冶炼成本大大降低。火法冶炼与湿法冶炼( SX EX )。a. 火法炼铜 : 通过熔融冶炼和电解精火炼

16、生产出阴极铜,也即电解铜,一般适于高品位的 硫化铜矿。火法冶炼一般是先将含铜百分之几或千分之几的原矿石,通过选矿提 高到 2030,作为铜精矿,在密闭鼓风炉、反射炉、电炉或闪速炉进行造锍 熔炼,产出的熔锍 (冰铜)接着送入转炉进行吹炼成粗铜,再在另一种反射炉内经 过氧化精炼脱杂,或铸成阳极板进行电解,获得品位高达99.9 的电解铜。该 流程简短、适应性强,铜的回收率可达95,但因矿石中的硫在造锍和吹炼两 阶段作为二氧化硫废气排出,不易回收,易造成污染。近年来出现如白银法、诺 兰达法等熔池熔炼以及日本的三菱法等、火法冶炼逐渐向连续化、自动化发展。生产过程大致如图:除了铜精矿之外 , 废铜做为精炼铜的主要原料之一,包括旧废铜和新废铜, 旧废铜来自旧 设备和旧机器,废弃的楼房和地下管道; 新废铜来自加工厂弃掉的 铜屑( 铜材的产出比为 50左右 ), 一般废铜供应较稳定, 废铜可以分为: 裸杂铜 :品位在 90以上;

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