铜及铜合金的材料及焊接性.docx
一、铜及铜合金的种类、牌号及性能铜及铜合金以它独特而优越的综合性能，得到广泛的应用。铜具有优良的导电性能、导热性能、抗腐蚀性能以及非常好的加工成型性能，某些铜合金还兼有较高的强度和耐磨性能。因此，铜及铜合金在电气、电子、化工、机械、造船、制氧、酿造、动力、交通及航空、航天、兵器等工业中都得到了广泛的应用。根据表面颜色及化学成分，铜及其合金可以分为紫铜、黄铜、青铜及白铜四大类；按照使用时的状态或成型的方法，铜及铜合金又可分为铸造铜和加工铜两大类，而且除了合金含量较高的高锡青铜、高硅青铜和高铅青铜外，大部分铜及铜合金都是既可作为铸造铜，又可作为加工铜来使用。（1）紫铜。紫铜即纯铜，是铜含量不低于99.5%的工业纯铜，因表面颜色为紫红色而得名。它具有极好的导电性和导热性，良好的常温和低温性能，对大气、海水及某些化学药品都具有良好的耐腐蚀性。紫铜的强度和硬度较低，冷变形对紫铜力学性能影响很大，可以提高其强度和硬度，但塑性会明显下降。用550600°C退火可以消除冷加工硬化，恢复塑性。紫铜在40070（C的高温下，强度和塑性都会显著降低，因此在热加工时应引起足够的重视。紫铜的性能与其所含杂质的成分和数量有关，杂质是在纯铜冶炼过程中带入的，所有的杂质都会在一定程度上降低铜的导电性，其中以磷最为显著，但磷却是铜及铜合金的一个良好的脱氧元素，用磷脱氧的纯铜称为磷脱氧铜，可用于制造重要的焊接结构。杂质中的硫、氧、铅、钿等元素还能与铜形成各种脆性化合物和低熔点共晶，增大紫铜的冷脆性和焊接接头产生热裂纹的倾向。所以要求工业纯铜的杂质含量不得超过一定数量，纯铜等级的划分就是取决于杂质元素的含量。根据纯铜中氧含量的不同，可将纯铜分为普通工业纯铜（Tl、T4）和无氧铜（磷脱氧铜TUP、TUPn和无氧铜TU1、TU2）。普通工业纯铜的氧含量在0.02%0.1%之间，磷脱氧铜（以磷、镒、硅等元素作为脱氧剂）的氧含量在001%以下，用高纯度纯铜经真空熔炼后而得到的无氧纯铜，其氧含量在0003%以下。紫铜的牌号、成分及性能见表1-3、表14。表1-3紫铜的牌号及成分类别牌号主要成分（质收分数）（%）用途CuPMn纯雨1"Tl99.95余14余St电线、电缆.雷管T299.90余量导电用钢材,冷凝管T399.70余量般用铜材.如开关、散热片T499.5()余品余量一般用钢材.如输电管道等无氧铜TUI99.97余量余量电真空器件用铜件TU299.95余量余量电真空器件用钢件T1.P99.500.010.04余趾焊接用铜材TCMn99.60余址0.1-03电子管的脚栅及支杆表1-4紫铜的力学性能状态抗拉强度(MPu)伸长率(%)断面收缩率(%)冲击韧性(J<mj)硬度(HB)软态196235507517535硬态392490636120(2)黄铜。黄铜是由铜和锌组成的二元铜合金，它的颜色随含锌量的增加由红黄色变成淡黄色。黄铜的强度、硬度、耐腐蚀性能和铸造性能都比紫铜高，并能进行冷、热加工，价格也比紫铜便宜，因此作为结构材料在工业上得到更广泛的应用。在普通黄铜中加入少量的锡、锦、铅、硅、铝、银、铁等元素，构成特殊黄铜,如锡黄铜、锦黄铜、铅黄铜、硅黄铜、铝黄铜、锲黄铜和铁黄铜等，可以使力学性能、耐腐蚀性能和工艺性能进一步提高。经过冷加工(如冲压、弯曲)或焊接后的黄铜，必须进行退火，以消除应力，防止产生应力腐蚀裂纹。一般退火温度为300400。黄铜根据工艺性能、力学性能和用途不同，可分为压力加工黄铜和铸造黄铜两大类。常用加工黄铜、铸造黄铜的牌号及成分见表1-5,几种黄铜的性能见表1-6。表1-5常用加工黄铜、铸造黄铜的牌号及成分类别牌号主要元素成分(版时分数)(%)用途CuZn我他压力加工黄铜修通黄铜H6867.070.0余Ii弹壳,冷凝器等深冲件H6260.5-63.5余M散热器、隼网弹簧.船帕零件等H5957-60余量机械、电器零件、饵接件、冷冲压件等铅黄铜HPb63-362565.0ttPb:2.4-3.0钟裹.汽车.推拉机.一般机核零件HPb61-159.0-61.0余Pl>:0.61.0结构零件HPb59-l57.060.0近1Pb:0.8-1.9热冲压及切削加零件,如管嘴.坐螺钉、钠干等铸黄铜HS1190-l88.091.0余址Sn:0.25-0.75汽车.施拉机弹f套盒等HSn62-l61.0-63.0余城Sn：0.71.1船舶、热电厂中育/耐腐饨冷凝器管类别牌号主要元素成分(质Irt分数)(%)用途CuZn其他铅黄铜HSn60-159.0-61.0余量Sn：1.0-1.5与海水和汽油接触的船舶零件铝黄铜HAI67-2.566.068.0余小Al：2.03.0Fe:0.6Pb:0.5船舶冷凝器及其他耐蚀零件HA160-1-I58.0-61.0余收Al：0.7-1.5Fr：0.71.5Mn:0.1-0.6齿轮,衬套、轴及其他耐蚀零件HAI59-3-257.060.0Al：2.5-35Ni:2.O3.OFe-0.5铅舶电机等常温下工作的高强度耐蚀零件傩造黄铜ZCUZn38(ZH62)60.0-63.0法'鼠阀座、支架、手柄和螺母等ZCuZn25AI6E>3Mn3(ZHAI66-6-3-2)60.066.0条不AI：4.57.0Ie：2.0-4OMn:1.54.0高强度.耐磨零件.如大型蜗杆配件、衬套、轴承、桥梁支撑板等ZCUZn38Mn2Pb2(ZHMn58-2-2)57.0-65.0r!1Ph：1.5-2.5Mn:1.52.5轴承、衬套和其他耐磨零件ZCuZn40M113Erl(ZHMn55-3-1)53.0-58.0余ktMn：3.04.0F>；0.5-1.5耐海水腐蚀零件.300以F工作的管配件,如船舶螺旋桨等大型铸件ZCuZn16Si4(ZHSi80-3)79.0-81.0Si：2.54.5龄造配件、齿轮等表1-6几种黄铜的性能牌号状态力学性能物理性能6(MPa)(%)硬度(HB)密度(gcm*)熔点(T)导热系数(WZmK)线胀系数(10*K)H68软态313.6558.5932117.0419.9硬态M6.83J50H62软态323.449568.43905108.6820.6硬态58K3164ZHSi«0-3砂模245IOl8.3941.817.0金属模29415110ZHAI66-3-1砂模5««78.589949.7419.8金属模6377160青铜实际上是除铜-锌、铜锲合金以外的所有铜基合金的统称，如锡青铜、铝青铜、硅青铜和镀青铜等。它具有比紫铜和大部分黄铜高得多的强度和耐磨性，同时具有一定的塑性、耐蚀性和铸造性能。除被青铜外，其他青铜的导热性比紫铜和黄铜降低很多，并具有较窄的结晶温度区间，因而大大改善了焊接性。青铜的上述性能使它被广泛地用作耐蚀性的机械结构材料、铸件材料和堆焊材料。青铜可分为压力加工青铜和铸造青铜，在工业上应用较多的是铸造青铜，如各种耐磨、耐蚀（酸、碱、蒸汽等腐蚀）的铸件，如轴套、轴瓦、阀体、泵壳、涡轮等。常用加工青铜、铸造青铜牌号和成分见表7,几种青铜的性能见表1-8。表1-7常用加工育铜、铸造青铜的牌号和成分类别牌号主要元素成分（质依分数）（%）用途主要合金元素Cu其他锡百铜QSn4-3Sn：3.54.5Zn:2.7-3.3弹性元件、化r机械耐磨零件和抗磁零件QSn4-4-25Sn:3.0-5.0>,iZn：3.0-5.0Pb:1.5-3.5航空.汽车.施拉机用耐磨零件.如轴套等QSn4-4-4Sn：3.05.0iJ1Zn:3.0-5.0Pb:3543QSn6.5-0.1Sn：6.0-7.0P：0.1-0.25精密仪器中的耐磨零件.抗磁零件等QSn6.5-.4Sn：6.07.0AdP：0.25-0.4金属网.弹簧及耐磨零件钢QAI5Ah4.0-6.0余量弹簧QAI7AI：6.0-8.0余MQAI9-2AI：8.010.0余MMn：1525Zn：1.0船舶和电器设备、在250七以下工作的零件和膏配件QAI9-4AI：8.0-10.0吊Ke：2.0-4.0Zn：1.0船舶及电气零件类别牌号主要元素成分(质t分数)(%)用途主要合金元案Cu其他铝再铜VAII()-4-4AI：9.5-11.0-cMFe：3.5-5.5Ni:3.5-5.5高强度耐磨零件和400七以下工作的零件.如齿轮、阀座等硅青铜QSi3-iSi：2.7-3.5余艇Mn:1.0-!.5弹簧和耐蚀零件QSi1-3Si：0.6-1.1,.i24-3.4Mn:0.10.4发动机中结构零件.YMH:以下工作的摩擦零件镀青铜QBe2Be：1.8-2.1余lNi：0.2-0.5事要的弹簧.弹性元件,耐磨零件及高压.高速.高温轴承QBr1.7Be：1.6«1.85-rpNi:0.20.4Ti：0.1-0.25QBe1.9Be：1.852.10Ni:0.20.4Ti：0.1-0.25铸造青铜ZQSnPlO-ISn:9-11余廿P：0.31.2重要轴承、齿轮ZQSn-Ph6-6-3Sn：5-7',rZn：5-7Pb:2-4耐磨零件ZQAlMn9-2Al：8-10泉,Sn:8*10Mn:1.5*2.5造船中铸造简单的大到铸件等ZQAIFlAl：8-10余IiEe:2-4面要零件表1-8几种青铜的物理性能和力学性能类别牌号状态力学性能物理性能Crb(MPa)5(%)硬度(HB)密度(g<m,)熔点(T)导热系数(WZmK)线胀系数(I(TZK)锡附铜软态343-44160-7070-908.899550.1619.1硅态6867847.5-121602铝青铜QAI9-2软态44120-4080-1007.6I06071.0617.0健态588-7844-5
