稀土在铜及铜合金中的作用
稀土在铜及铜合金中的作用
一、稀土对铜及铜合金组织的影响
1、净化组织
工业用铜中往往含有多种杂质,虽然有些杂质含量很低,甚至低于
0.001 %(质量分数，下同) ，但是这些杂质元素会严重影响铜及铜合金的加工性能、降低导电性及导热性。如氧、硫和铜形成的脆性化合物(Cu2O 和Cu2S) 可以降低铜的塑性，这些脆性化合物冷拉时还会产生毛刺，并降低铜的导电性、耐蚀性和焊接性能。稀土净化铜及铜合金组织主要有两种方式: (1) 稀土与氧和硫的亲和力很强,形成熔点较高，热稳定性强，比重较小的稀土化合物，从而达到脱硫、脱氧的作用；又稀土元素很容易与原子态氢发生作用，生成RH2 或RH3 型稳定氢化物(R 代表稀土金属) ,这些氢化物以固溶体的形式溶于铜合金中，从而消除了氢的有害作用。(2) 稀土与铅、铋等元素生成比铜熔点高的高熔点金属间化合物，因此在铜熔铸过程中，可以保持固体状态，与熔渣一起从液体金属铜合金中排除，达到脱铅、铋
的目的。
2、细化组织
稀土对铜及铜合金显微组织的影响主要体现为细化晶粒，减少或消除柱状晶，扩大等轴晶区的作用。稀土细化铜及铜合金组织的作用机理主要存在以下三种: (1) 形成新晶核，抑制晶粒长大。稀土在铜
及其合金中能与一些元素反应形成高熔点化合物，常以极微细颗粒悬浮于熔体之中，成为弥散的结晶核心，使晶粒变多，变小；又从凝固原理及热力学观点看，由于稀土大量聚集在固液界面前沿的液相中，使合金在凝固时成分过冷增大，以树枝状方式凝固生长，同时在分枝节点处产生细颈、熔断，增多了结晶核心，从而细化了晶粒。(2) 微晶化作用。由于稀土元素的原子半径( 0.174nm～0.204 nm) 比铜的原子半径(0.127nm) 要大36 %～60 % ，故稀土原子很容易填补正在生长中的铜或铜合金的晶粒新相的表面缺陷，生成能阻碍晶粒继续生长的膜，从而细化为微晶； (3) 合金化作用。稀土在铜中的溶解度很小，一般仅千分之几到万分之几，但稀土与铜能生成多种金属间化合物。这些金属间化合物弥散分布于基体中，达到细化晶粒。
3、稀土对夹杂物组织的影响
稀土对夹杂物组织的影响主要是改变杂质的形态和分布。其主要表现有以下四种: (1) 减轻或消除合金结构中的树枝状晶形和柱状结晶,这与稀土同某些杂质形成难熔化合物并呈弥散状态有关。(2) 使合金中某些呈条状、片状甚至块状的杂质(如铅、铋等，其中有的杂质可形成低熔点共晶) 转变成点状或球状，从而改善或提高了铜及其合金的机械及加工性能，这是由于活性很强的稀土金属，能使像铅这样的一些杂质对铜的润湿性急剧降低，这些杂质在其自身表面张力的作用下，使体积大大缩小。(3) 使合金中的某些有害杂质由集中分布于枝晶或晶界间，改变为较均匀分布于整个晶体中，使杂质实现
在金属微观体积上的再分布，或对某些杂质的宏观偏析发生影响，导致各种性能得以提高。(4) 含稀土的化合物被吸附在金属或合金的晶界上，减少合金晶界上低熔点有害杂质的数量，从而减弱合金的高温回火脆性。如在铍铜合金中
未加稀土前，夹杂物多为不规则棱角形的Cu2O 和Cu2S，添加适量稀土后，夹杂物全部球化，稀土夹杂物取代了Cu2O 和Cu2S ，使夹杂物由固溶态变为稀土化合物析出。
二、稀土对铜及铜合金性能的影响
1、稀土对铜及铜合金加工性能的影响
在铜合金中加入适量稀土金属，可以改善铜及铜合金的铸造性能。对不同种类的铜合金，加入稀土后流动性可提高30 %～40 %。对高锰铝青铜、高铅青铜、铅黄铜中加入微量混合稀土，均可以改善合金的偏析或逆偏析现象，并可显著提高变形铅黄铜的高温延伸率，改善热加工性能，减轻或消除热轧开裂现象。加入稀土可使残余应力值降低，稀土在一定变形度范围内( < 14 %) 可提高材料的冷变形能
力。在变形铅黄铜中添加稀土，可大大改善其切削加工性能，尤为显著的是降低表面粗糙度、毛刺和刀具磨损。稀土添加剂对改善铜及其合金的焊接工艺性能具有很好的效果，焊缝金属中的杂质如微量Pb、Fe 、Si 、Bi 可引起热裂纹，添加稀土元素将有效地防止这一倾向。
稀土的定义及对铜及铜合金组织的影响【组图】
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问来看这边文章，我们通过2块内容将上述问题一一讲述，请看正文。
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好了，废话不多说我们开始今天的主题的第一块：稀土的定义及对铜及铜合金组织的影响之稀土的定义。
稀土的定义及对铜及铜合金组织的影响之稀土的定义
稀土(rareearth)有“工业维生素”的美称。现如今已成为极其重要的战略资源。稀土元素氧化物是指元素周期表中原子序数为57到71的15种镧系元素氧化物，以及与镧系元素化学性质相似的钪（Sc）和钇（Y）共17种元素的氧化物。稀土元素在石油、化工、冶金、纺织、陶瓷、玻璃、永磁材料等领域都得到了广泛的应用，随着科技的进步和应用技术的不断突破，稀土氧化物的价值将越来越大。
稀土
稀土概况表
稀土的定义及对铜及铜合金组织的影响之稀土主要元素
根据稀土元素原子电子层结构和物理化学性质，以及它们在矿物中共生情况和不同的离子半径可产生不同性质的特征，十七种稀土元素通常分为二组：
轻稀土包括：镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆。
重稀土包括：铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪。
矿物特点
铈组（轻稀土）—镧、铈、镨、钕、钷、钐和铕；
钇组（重稀土）—钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥和钪。
稀土的定义及对铜合金组织的影响之稀土的应用
军事方面
稀土有工业“黄金”之称，由于其具有优良的光电磁等物理特性，能与其他材料组成性能各异、品种繁多的新型材料，其最显著的功能就是大幅度提高其他产品的质量和性能。比如大幅度提高用于制造坦克、飞机、导弹的钢材、铝合金、镁合金、钛合金的战术性能。而且，稀土同样是电子、激光、核工业、超导等诸多高科技的润滑剂。稀土科技一旦用于军事，必然带来军事科技的跃升。从一定意义上说，美军在冷战后几次局部战争中压倒性控制，以及能够对敌人肆无忌惮地公开杀戮，正缘于稀土科技领域的超人一等。
冶金工业
稀土金属或氟化物、硅化物加入钢中，能起到精炼、脱硫、中和低熔点有害杂质的作用，并可以改善钢的加工性能；稀土硅铁合金、稀土硅镁合金作为球化剂生产稀土球墨铸铁，由于这种球墨铸铁特别
适用于生产有特殊要求的复杂球铁件，被广泛用于汽车、拖拉机、柴油机等机械制造业；稀土金属添加至镁、铝、铜、锌、镍等有色合金中，可以改善合金的物理化学性能，并提高合金室温及高温机械性能。
冶金工业
石油化工
用稀土制成的分子筛催化剂，具有活性高、选择性好、抗重金属中毒能力强的优点，因而取代了硅酸铝催化剂用于石油催化裂化过程；在合成氨生产过程中，用少量的硝酸稀土为助催化剂，其处理气量比镍铝催化剂大1.5倍；在合成顺丁橡胶和异戊橡胶过程中，采用环烷酸稀土-三异丁基铝型催化剂，所获得的产品性能优良，具有设备挂胶少，运转稳定，后处理工序短等优点；复合稀土氧化物还可以用作内燃机尾气净化催化剂，环烷酸铈还可用作油漆催干剂等。
石油化工
玻璃陶瓷
稀土氧化物或经过加工处理的稀土精矿，可作为抛光粉广泛用于光学玻璃、眼镜片、显像管、示波管、平板玻璃、塑料及金属餐具的抛光；在熔制玻璃过程中，可利用二氧化铈对铁有很强的氧化作用，降低玻璃中的铁含量，以达到脱除玻璃中绿色的目的；添加稀土氧化物可以制得不同用途的光学玻璃和特种玻璃，其中包括能通过红外线、吸收紫外线的玻璃、耐酸及耐热的玻璃、防X-射线的玻璃等；在陶釉和瓷釉中添加稀土，可以减轻釉的碎裂性，并能使制品呈现不同的颜色和光泽，被广泛用于陶瓷工业。
新材料
稀土钴及钕铁硼永磁材料，具有高剩磁、高矫顽力和高磁能积，被广泛
用于电子及航天工业；纯稀土氧化物和三氧化二铁化合而成的石榴石型铁氧体单晶及多晶，可用于微波与电子工业；用高纯氧化钕制作的钇铝石榴石和钕玻璃，可作为固体激光材料；稀土六硼化物可用于制作电子发射的阴极材料；镧镍金属是70年代新发展起来的贮氢材料；铬酸镧是高温热电材料；当前世界各国采用钡钇铜氧元素改进的钡基氧化物制作的超导材料，可在液氮温区获得超导体，使超导材料的研制取得了突破性进展。此外，稀土还广泛用于照明光源，投影电视荧光粉、增感屏荧光粉、三基色荧光粉、复印灯粉；在农业方面，向田间作物施用微量的硝酸稀土，可使其产量增加5~10%；在轻纺工业中，稀土氯化物还广泛用于鞣制毛皮、皮毛染色、毛线染色及地毯染色等方面。
农业方面
研究结果表明，稀土元素可以提高植物的叶绿素含量，增强光合作用，促进根系发育，增加根系对养分吸收。稀土还能促进种子萌发，提高种子发芽率，促进幼苗生长。除了以上主要作用外，还具有使某些作物增强抗病、抗寒、抗旱的能力。
大量的研究还表明，使用适当浓度稀土元素能促进植物对养分的吸收、转化和利用。玉米用稀土拌种，出苗、拔节比对照早1～2天，株高增加0.2米，早熟3～5天，而且籽粒饱满，增产14%。大豆用稀土拌种，出苗提早1天，单株结荚数增加14.8～26.6个，3粒荚数增多，增产14.5%～20.0%。喷施稀土可使苹果和柑橘果实的Vc含量、总糖含量、糖酸比均有所提高，促进果实着色和早熟。并可抑制贮藏过程中呼吸强度，降低腐烂率。
我们的第一块内容大致结束了，我们看到稀土的应用其中一块就是应用于冶金工业，也衔接到我们的第二部分内容稀土的定义及对铜及铜合金组织的影响之稀土对铜及铜合金组织的影响。
稀土的定义及对铜及铜合金组织的影响之稀土对铜及铜合金组织的影响主要有一下几块。
一、稀土对铜及铜合金组织的影响
1、净化组织
工业用铜中往往含有多种杂质,虽然有些杂质含量很低,甚至低于0.001%(质量分数，下同)，但是这些杂质元素会严重影响铜及铜合金的加工性能、降低导电性及导热性。如氧、硫和铜形成的脆性化合物(Cu2O和Cu2S)可以降低铜的塑性，这些脆性化合物冷拉时还会产生毛刺，并降低铜的导电性、、耐蚀性和焊接性能。稀土净化铜及铜合金组织主要有两种方式:(1)稀土与氧和硫的亲和力很强,形成熔点较高，热稳定性强，比重较小的稀土化合物，从而达到脱硫、脱氧的作用；又稀土元素很容易与原子态氢发生作用，生成RH2或RH3型稳定氢化物(R代表稀土金属),这些氢化物以固溶体的形式溶于铜合金中，，从而消除了氢的有害作用。(2)稀土与铅、铋等元素生成比铜熔点高的高熔点金属间化合物，因此在铜熔铸过程中，可以保持固体状态，与熔渣一起从液体金属铜合金中排除，达到脱铅、铋的目的。
2、细化组织
稀土对铜及铜合金显微组织的影响主要体现为细化晶粒，减少或消除柱状晶，扩大等轴晶区的作用。稀土细化铜及铜合金组织的作用机理主要存在以下三种:(1)形成新晶核，抑制晶粒长大。稀土在铜及其合金中能与一些元素反应形成高熔点化合物，常以极微细颗粒悬浮于熔体之中，成为弥散的结晶核心，使晶粒变多，变小；又从凝固原理及热力学观点看，由于稀土大量聚集在固液界面前沿的液相中，使合金在凝固时成分过冷增大，以树枝状方式凝固生长，同时在分枝节点处产生细颈、熔断，增多了结晶核心，从而细化了晶粒。(2)微晶化作用。由于稀土元素的原子半径(0.174nm～0.204nm)比铜的原子半径(0.127nm)要大36%～60%，故稀土原子很容易填补正在生长中的铜或铜合金的晶粒新相的表面缺陷，生成能阻碍晶粒继续生长的膜，从而细化为微晶；(3)合金化作用。稀土在铜中的溶解度很小，一般仅千分之
几到万分之几，但稀土与铜能生成多种金属间化合物。这些金属间化合物弥散分布于基体中，达到细化晶粒。
3、稀土对夹杂物组织的影响
稀土对夹杂物组织的影响主要是改变杂质的形态和分布。其主要表现有以下四种:(1)减轻或消除合金结构中的树枝状晶形和柱状结晶,这与稀土同某些杂质形成难熔化合物并呈弥散状态有关。(2)使合金中某些呈条状、片状甚至块状的杂质(如铅、铋等，其中有的杂质可形成低熔点共晶)转变成点状或球状，从而改善或提高了铜及其合金的机械及加工性能，这是由于活性很强的稀土金属，能使像铅这样的一些杂质对铜的润湿性急剧降低，这些杂质在其自身表面张力的作用下，使体积大大缩小。(3)使合金中的某些有害杂质由集中分布于枝晶或晶界间，改变为较均匀分布于整个晶体中，使杂质实现在金属微观体积上的再分布，或对某些杂质的宏观偏析发生影响，导致各种性能得以提高。(4)含稀土的化合物被吸附在金属或合金的晶界上，减少合金晶界上低熔点有害杂质的数量，从而减弱合金的高温回火脆性。如在铍铜合金中未加稀土前，夹杂物多为不规则棱角形的Cu2O和Cu2S，添加适量稀土后，夹杂物全部球化，稀土夹杂物取代了Cu2O和Cu2S，使夹杂物由固溶态变为稀土化合物析出。
二、稀土对铜及铜合金性能的影响
1、稀土对铜及铜合金加工性能的影响
在铜合金中加入适量稀土金属，可以改善铜及铜合金的铸造性能。对不同种类的铜合金，加入稀土后流动性可提高30%～40%。对高锰铝青铜，稀土的加入量不超过0.15%时，流动性随稀土加入量的增加而增加。在高铅青铜(ZQPb25-5)中加入0.5%～1.0%混合稀土，HPb59-1铅黄铜中加入0.04%～0.05%混合稀土，均可以改善合金的偏析或逆偏析现象。添加0.01%～0.03%混合稀土可显著提高变形铅黄铜的高温延伸率，改善热加工性能，减轻或消除热轧开裂现象。加入稀土可使残余应力值降低，稀土在一定变形度范围内(<14%)可提高材料的冷变形能力。在变形铅黄铜中添加0.03%～0.05%的稀土，可大大改善其切削加工性能，尤为显著的是降低表面粗糙度、毛刺和刀具磨损。稀土添加剂对改善铜及其合金的焊接工艺性能具有很好的效果，焊缝金属中的杂质如微量pb、fe、si、bi可引起热裂纹，添加稀土元素将有效地防止这一倾向。< p="">
2、稀土对铜及铜合金机械性能和导电性能的影响
稀土对铜及铜合金机械性能的影响主要表现在硬度、强度、塑性等方面。稀土在纯铜中含量为0.1%～0.2%时，强度提高幅度较大，高于0.2%时强度提高缓慢。稀土对H68黄铜强度的影响有双重作用:一方面，稀土的固溶强化及净化作用，使料强度升高；而另一方面，当稀土加入量超过某一数值时，稀土的有害作用掩盖了有利作用，宏观表现为强度下降。
关于稀土对铜及铜合金导电性影响的机理是:一方面，稀土的细化作用使铜晶粒细化，晶界增加，电散射几率增大，导致电阻率增大，导电性下降；另一方面，稀土的净化作用使铜中杂质减少，晶格畸变
减弱，电子散射几率减少，导电性改善。这两个对导电性起相反作用的因素同时存在，其影响随稀土加入量的变化而变化。
3、稀土对铜及铜合金抗氧化性和耐腐蚀性能的影响
为了解决抗氧化性能和高电导率之间的矛盾，采用添加稀土金属作为铜及铜合金的合金元素。发现在适当加入量时，电导率不但没有降低反而略有提高，同时还发现铜中加入稀土
能明显改善抗氧化性能。关于在铜及铜合金中加入稀土后耐蚀性能均有不同程度的提高，对此现象的解释主要有:(1)稀土的净化作用，消除铜基体中杂质。(2)在铜及铜合金表面形成致密的氧化层，阻止基体原子向外扩散和外部原子向内扩散。(3)提高铜及铜合金的腐蚀电位。(4)稀土的加入缩小了铜合金的结晶温度范围。
混合稀土的加入不仅可以改善锡黄铜的耐蚀性能，还可以改变锡黄铜的腐蚀形貌，不仅减小了易脱落层的厚度，同时也大大减小了渗透层的厚度。
4、稀土对铜及铜合金耐磨性能的影响
稀土和铜元素可以形成硬度较高、分布均匀的金属间化合物，这些化合物成为位错运动的阻力；而且稀土可以有效地改善夹杂物的存在形式和分布，减少其弱化晶界的可能，减少了承受载荷时沿晶界开裂的几率，因而提高了耐磨性。含有稀土的铸造黄铜具有较高的硬度及良好的塑性及韧性，可以缩短跑合阶段的时间，延长稳定磨损的阶段，从而达到减少磨耗，延长工件使用寿命的目的。在高锰铝青铜中添加稀土，可使其干摩擦磨损减少20%左右，润滑摩擦磨损量减少50%左右。
三、稀土-铜中间合金
稀土在铜及铜合金的实际工业化应用中，因稀土与铜的原子半径差异较大，不利于固溶，且流动性较差，直接在铜及铜合金的熔炼过程中添加稀土会造成大量烧损并出现渣相，难以控制铜及铜合金中稀土元素分布的稳定和均匀性，严重影响了稀土对铜及铜合金各种性能应有的改善效果。
稀土-铜中间合金是一种稀土与铜的共晶合金体，它在保留了稀土应有特性的同时，还具备了在铜及铜合金中良好的固溶性，因此流动性较强，方便加入量的掌握和搅拌控制的均匀性，能极大的发挥出稀土在铜及铜合金中的有益特性。
铜及铜合金的分类讲解
铜及铜合金的分类 第二章铜及铜合金的分类铜是人类最早使用的金属，自然界有自然铜存在，与 其他金属不同，铜在自然界中既以矿石的形式存在，也同时以纯金属的形式存 在，其应用以纯铜为主，同时其合合金也在工业等多个领域中广泛应用，工业上 常将铜和铜合金分为四类，分别是：纯铜、黄铜、青铜和白铜。 1. 铜与铜合金的分类 1.1 按生产应用的方式（可分为二大类）形变铜与铜合金、铸造铜与铜 合金对于压力加工专业来说，主要是和形变铜与铜合金打交道，因此，重点学 习形变铜与铜合金。 1.2 铜与铜合金的名称：根据历史上形成的习惯，起的是 某一种颜色的名称，它们是：紫铜——纯铜Cu 黄铜——Cu-Zn 合金青铜——锡青铜：Cu-Sn 合金铝青铜：Cu-Al 合金铍青铜：Cu-Be 合金钛青铜：Cu-Ti 合金白铜—— Cu-Ni 合金( 有的铜合金叫做青铜，但合金的颜色并不真就是青 色的。) 2. 纯铜纯铜的新鲜表面是玫瑰红色的，当表面氧化形成氧化亚铜Cu2O 膜后就呈紫色，所以纯铜就常被称为紫铜。紫铜具有好的导电、导热、耐蚀和 可焊等性能，并可冷、热压力加工成各种半成品，工业上广泛用于制作导电、导 热和耐蚀等器材。 2.1纯铜的成份、组织与性能 2.2.1．其结构、组织：在金属 学中学过，纯Cu的晶体[结构]是面心立方晶格（f、c、c），滑移系多，易塑性变形，塑性好。其组织由单一的铜晶粒组成。 2.2.2．在成分方面：100%纯的金属是没有的，非100%纯。Cu 的最高纯度可达99.999%（三个9）工业纯Cu 的纯度约为99.90～99.96%杂质的存在相当于使纯铜的成份改变，这自然会引起一些 性能的变化。虽纯Cu 有一些性能几乎不受杂质的影响但导电率、机械性能却 受杂质或晶 4 体缺陷的影响较大现在先综合看看工业纯Cu 的性能—— 2.2 工业纯铜的性能 2.2.1 纯铜的性能优点：从纯铜的各种性能中我们可以总结出几 条性能优点，从而可以明白为什么铜会以纯金属的形式得到这么广泛的应用。①优良的导电、导热性；∴Cu 广泛用于：导电器（如：电线、电缆、电器开关） 导热器（如：冷凝管、散热管、热交换器）②良好的耐蚀性；Cu具有极好的耐蚀性，且反应后表面有保护膜（铜绿）在普通的温度下，铜不太会与干燥空 气中的氧气O2反应，但Cu能与CO2、SO2、醋发生作用，生成铜绿――碱式碳酸铜、碱式硫酸铜CuSO4·3(OH)2 （深绿色）、碱式醋酸铜，这样铜的表面上 就慢慢生成了一层保护膜。③有良好的塑性退火工业纯铜的拉伸延伸率δ ≈50%，纯Cu 易加工成材例：加工出来的细铜丝可细于头发丝（8 丝）达4～5 丝 2.2.2 纯铜的机械性能与工艺性能我们通过结合纯铜的生产、加工过程来了解、认识(1) 纯Cu 的加工过程（几乎全部纯铜都是经过加工成材供应用户的， 我们在工厂中可以观察到，其生产过程一般为：(2) 纯铜的机械性能——①铸态铜的性能很低；②经加工后，软态铜、硬态铜的性能，见上面数据；③铜经过强烈冷加工（形变率ε≥80% ）后，强度δ b将急剧升高，但塑 5 性强烈变坏，加工硬化很厉害，对纯铜来说，其机械性能是由其晶粒度和位借密度所决定 的。(3) 纯铜的热加工工艺性能我们知道，热加工应选择在塑性高的温度范围
稀土在铜及铜合金中的作用
稀土在铜及铜合金中的作用 一、稀土对铜及铜合金组织的影响 1、净化组织 工业用铜中往往含有多种杂质,虽然有些杂质含量很低,甚至低于 0.001 %(质量分数，下同) ，但是这些杂质元素会严重影响铜及铜合金的加工性能、降低导电性及导热性。如氧、硫和铜形成的脆性化合物(Cu2O 和Cu2S) 可以降低铜的塑性，这些脆性化合物冷拉时还会产生毛刺，并降低铜的导电性、耐蚀性和焊接性能。稀土净化铜及铜合金组织主要有两种方式: (1) 稀土与氧和硫的亲和力很强,形成熔点较高，热稳定性强，比重较小的稀土化合物，从而达到脱硫、脱氧的作用；又稀土元素很容易与原子态氢发生作用，生成RH2 或RH3 型稳定氢化物(R 代表稀土金属) ,这些氢化物以固溶体的形式溶于铜合金中，从而消除了氢的有害作用。(2) 稀土与铅、铋等元素生成比铜熔点高的高熔点金属间化合物，因此在铜熔铸过程中，可以保持固体状态，与熔渣一起从液体金属铜合金中排除，达到脱铅、铋 的目的。 2、细化组织 稀土对铜及铜合金显微组织的影响主要体现为细化晶粒，减少或消除柱状晶，扩大等轴晶区的作用。稀土细化铜及铜合金组织的作用机理主要存在以下三种: (1) 形成新晶核，抑制晶粒长大。稀土在铜
及其合金中能与一些元素反应形成高熔点化合物，常以极微细颗粒悬浮于熔体之中，成为弥散的结晶核心，使晶粒变多，变小；又从凝固原理及热力学观点看，由于稀土大量聚集在固液界面前沿的液相中，使合金在凝固时成分过冷增大，以树枝状方式凝固生长，同时在分枝节点处产生细颈、熔断，增多了结晶核心，从而细化了晶粒。(2) 微晶化作用。由于稀土元素的原子半径( 0.174nm～0.204 nm) 比铜的原子半径(0.127nm) 要大36 %～60 % ，故稀土原子很容易填补正在生长中的铜或铜合金的晶粒新相的表面缺陷，生成能阻碍晶粒继续生长的膜，从而细化为微晶； (3) 合金化作用。稀土在铜中的溶解度很小，一般仅千分之几到万分之几，但稀土与铜能生成多种金属间化合物。这些金属间化合物弥散分布于基体中，达到细化晶粒。 3、稀土对夹杂物组织的影响 稀土对夹杂物组织的影响主要是改变杂质的形态和分布。其主要表现有以下四种: (1) 减轻或消除合金结构中的树枝状晶形和柱状结晶,这与稀土同某些杂质形成难熔化合物并呈弥散状态有关。(2) 使合金中某些呈条状、片状甚至块状的杂质(如铅、铋等，其中有的杂质可形成低熔点共晶) 转变成点状或球状，从而改善或提高了铜及其合金的机械及加工性能，这是由于活性很强的稀土金属，能使像铅这样的一些杂质对铜的润湿性急剧降低，这些杂质在其自身表面张力的作用下，使体积大大缩小。(3) 使合金中的某些有害杂质由集中分布于枝晶或晶界间，改变为较均匀分布于整个晶体中，使杂质实现 在金属微观体积上的再分布，或对某些杂质的宏观偏析发生影响，导致各种性能得以提高。(4) 含稀土的化合物被吸附在金属或合金的晶界上，减少合金晶界上低熔点有害杂质的数量，从而减弱合金的高温回火脆性。如在铍铜合金中
铜及铜合金牌号对照表
铜及铜合金牌号对照表 CONVERSION TABLE OF GRADES FOR COPPER & ITS ALLOYS
Werkstoffe: Automatenstahl: 11SMn30 11SMnPb30 * 11SMnPb37 * *) auc h 麻省理工学院Zus5atzen 冯Bi und Te (1.0715) (1.0718) (1.0737) Nirosta (INOX): X14CrMoS17 X8CrNiS18-9 (1.4104) (1.4305) 弄乱: CuZn38Pb1,5 CuZn39Pb3 CuZn35Ni2 CuZn40Al2 (2.0371) (2.0401) (2.0540) (2.0550) Neusilber: CuNi7Zn39Pb3Mn2 CuNi12Zn30Pb1 (2.0771) (2.0780) Kupfer: OsnaCu58S OsnaCu58Te (2.1498) (2.1546) 铝: AlMgSiPb AlCu4PbMgMn AlCu6BiPb (3.0615) (3.1645) (3.1655) Titan: 6.Al4V (3.7165) Maschinen: ? 索引Automaten □2 - □60mm ? Tornos-Langdrehautom aten □2 - □26mm ? Esco-Ringdrehautomaten □1 - □9mm ? 索引, Tornos und Esco CNC-Drehautomaten bis □100mm ? Kummer Feinstdrehautomaten ? 6-Spindel-Drehautomaten: 索引bis □32mm (CNC), 可利用的合金从瑞士METALWORKS
第二章铜及铜合金的分类
第二章铜及铜合金的分类 铜是人类最早使用的金属，自然界有自然铜存在，与其他金属不同，铜在自然界中既以矿石的形式存在，也同时以纯金属的形式存在，其应用以纯铜为主，同时其合合金也在工业等多个领域中广泛应用，工业上常将铜和铜合金分为四类，分别是：纯铜、黄铜、青铜和白铜。 1. 铜与铜合金的分类 1.1 按生产应用的方式（可分为二大类）形变铜与铜合金、铸造铜与铜合金 对于压力加工专业来说，主要是和形变铜与铜合金打交道，因此，重点学习形变铜与铜合金。 1.2 铜与铜合金的名称： 根据历史上形成的习惯，起的是某一种颜色的名称，它们是： 紫铜——纯铜Cu 黄铜——Cu-Zn 合金 青铜——锡青铜：Cu-Sn 合金 铝青铜：Cu-Al 合金 铍青铜：Cu-Be 合金 钛青铜：Cu-Ti 合金 白铜——Cu-Ni 合金 ( 有的铜合金叫做青铜，但合金的颜色并不真就是青色的。) 2. 纯铜 纯铜的新鲜表面是玫瑰红色的，当表面氧化形成氧化亚铜Cu2O膜后就呈紫色，所以纯铜就常被称为紫铜。 紫铜具有好的导电、导热、耐蚀和可焊等性能，并可冷、热压力加工成各种半成品，工业上广泛用于制作导电、导热和耐蚀等器材。 2.1纯铜的成份、组织与性能 2.2.1．其结构、组织：在金属学中学过，纯Cu的晶体[结构]是面心立方晶格（f、c、c），滑移系多，易塑性变形，塑性好。其组织由单一的铜晶粒组成。 2.2.2．在成分方面：100%纯的金属是没有的，非100%纯。Cu 的最高纯度可达99.999%（三个9）工业纯Cu 的纯度约为99.90～99.96%杂质的存在相当于使纯铜的成份改变，这自然会引起一些性能的变化。 虽纯Cu 有一些性能几乎不受杂质的影响但导电率、机械性能却受杂质或晶
稀土对铜及铜合金四种性能的影响
本文摘自再生资源回收-变宝网（https://www.sodocs.net/doc/c616489277.html,）稀土对铜及铜合金四种性能的影响 1、稀土对铜及铜合金抗氧化性和耐腐蚀性能的影响 为了解决抗氧化性能和高电导率之间的矛盾，采用添加稀土金属作为铜及铜合金的合金元素。发现在适当加入量时，电导率不但没有降低反而略有提高，同时还发现铜中加入稀土 能明显改善抗氧化性能。关于在铜及铜合金中加入稀土后耐蚀性能均有不同程度的提高，对此现象的解释主要有: ①稀土的净化作用，消除铜基体中杂质。 ②在铜及铜合金表面形成致密的氧化层，阻止基体原子向外扩散和外部原子向内扩散。 ③提高铜及铜合金的腐蚀电位。 ④稀土的加入缩小了铜合金的结晶温度范围。 混合稀土的加入不仅可以改善锡黄铜的耐蚀性能，还可以改变锡黄铜的腐蚀形貌，不仅减小了易脱落层的厚度，同时也大大减小了渗透层的厚度。 2、稀土对铜及铜合金耐磨性能的影响 稀土和铜元素可以形成硬度较高、分布均匀的金属间化合物，这些化合物成为位错运动的阻力；而且稀土可以有效地改善夹杂物的存在形式和分布，减少其弱化晶界的可
能，减少了承受载荷时沿晶界开裂的几率，因而提高了耐磨性。含有稀土的铸造黄铜具有较高的硬度及良好的塑性及韧性，可以缩短跑合阶段的时间，延长稳定磨损的阶段，从而达到减少磨耗，延长工件使用寿命的目的。在高锰铝青铜中添加稀土，可使其干摩擦磨损减少20%左右，润滑摩擦磨损量减少50%左右。 3、稀土对铜及铜合金加工性能的影响 在铜合金中加入适量稀土金属，可以改善铜及铜合金的铸造性能。对不同种类的铜合金，加入稀土后流动性可提高30%～40%。对高锰铝青铜，稀土的加入量不超过0.15%时，流动性随稀土加入量的增加而增加。在高铅青铜(ZQPb25-5)中加入0.5%～1.0%混合稀土，HPb59-1铅黄铜中加入0.04%～0.05%混合稀土，均可以改善合金的偏析或逆偏析现象。添加0.01%～0.03%混合稀土可显著提高变形铅黄铜的高温延伸率，改善热加工性能，减轻或消除热轧开裂现象。加入稀土可使残余应力值降低，稀土在一定变形度范围内(<14%)可提高材料的冷变形能力。在变形铅黄铜中添加0.03%～0.05%的稀土，可大大改善其切削加工性能，尤为显著的是降低表面粗糙度、毛刺和刀具磨损。稀土添加剂对改善铜及其合金的焊接工艺性能具有很好的效果，焊缝金属中的杂质如微量Pb、Fe、Si、Bi可引起热裂纹，添加稀土元素将有效地防止这一倾向。 4、稀土对铜及铜合金机械性能和导电性能的影响 稀土对铜及铜合金机械性能的影响主要表现在硬度、强度、塑性等方面。稀土在纯铜中含量为0.1%～0.2%时，强度提高幅度较大，高于0.2%时强度提高缓慢。稀土对H68黄铜强度的影响有双重作用:一方面，稀土的固溶强化及净化作用，使料强度升高；而另一方面，当稀土加入量超过某一数值时，稀土的有害作用掩盖了有利作用，宏观表现为强度下降。 关于稀土对铜及铜合金导电性影响的机理是: 一方面，稀土的细化作用使铜晶粒细化，晶界增加，电散射几率增大，导致电阻率增大，导电性下降；
铜合金的分类及用途
铜合金的分类及用途 铜合金主要包括铍铜合金、银铜合金、镍铜合金、钨铜合金、磷铜合金。 、铍铜合金 铍铜合金是一种可锻和可铸合金，属时效析出强化的铜基合金，经淬火时效处理后具有高的强度、硬度、弹性极限，并且稳定性好，具有耐蚀、耐磨、耐疲劳、耐低温、无磁性、导电导热性好、冲击时不会产生火花等一系列优点。铍铜材基本上分为高强高弹性铍铜合金（含铍量为．％－．％）和高导电铜铍合金（含铍量为．％－．％）。 铍铜合金用途 铍铜合金常被用作高级精密的弹性元件，如插接件、换向开关、弹簧构件、电接触片、弹性波纹，还有耐磨零器材、模具及矿山和石油业用于冲击不产生火花的工具。现在铍铜材料已被广泛应用于航空航天、电器、大型电站、家电、通信、计算机、汽车、仪表、石油、矿山等行业，享有有色金属弹性王的美誉。 、银铜合金 银铜合金是通过将纯铜和纯银加入电熔炉进行熔炼，经铸造得到坯料，再加工成各种规格的成品。银铜合金的主要应用为电接触材料、焊接材料、银铜合金排及铜银合金接触线。 银铜合金种类 银铜合金：银和铜的二元合金，铜具有强化作用。 类型：有，，，和等合金。 用途：有良好的导电性、流动性和浸润性、较好的机械性能、硬度高，耐磨性和抗熔焊性。有偏析倾向。用真空中频炉熔炼，铸锭经均匀化退火后可冷加工成板材、片材和丝材。作空气断路器、电压控制器、电话继电器、接触器、起动器等器件的接点，导电环和定触片。真空钎料，整流子器，还可制造硬币、装饰品和餐具等。 、镍铜合金 镍铜合金通常被称为白铜。纯铜加镍能显著提高强度、耐蚀性、电阻和热电性，主要应用在海水淡化及海水热交换系统、汽车制造、船舶工业、硬币、电阻线、热电偶。工业用白铜根据性能特点和用途不同分为结构用白铜和电工用白铜两种，分别满足各种耐蚀和特殊的电、热性能。
稀土在铜及铜合金中的作用
提高质量稀土在铜及铜合金中的作用 ??稀土在铜及铜合金中的作用 一、稀土对铜及铜合金组织的影响 1、净化组织 工业用铜中往往含有多种杂质,虽然有些杂质含量很低,甚至低于 0.001 %(质量分数，下同) ，但是这些杂质元素会严重影响铜及铜合金的加工性能、降低导电性及导热性。如氧、硫和铜形成的脆性化合物(Cu2O 和Cu2S) 可以降低铜的塑性，这些脆性化合物冷拉时还会产生毛刺，并降低铜的导电性、耐蚀性和焊接性能。稀土净化铜及铜合金组织主要有两种方式: (1) 稀土与氧和硫的亲和力很强,形成熔点较高，热稳定性强，比重较小的稀土化合物，从而达到脱硫、脱氧的作用；又稀土元素很容易与原子态氢发生作用，生成RH2 或RH3 型稳定氢化物(R 代表稀土金属) ,这些氢化物以固溶体的形式溶于铜合金中，从而消除了氢的有害作用。(2) 稀土与铅、铋等元素生成比铜熔点高的高熔点金属间化合物，因此在铜熔铸过程中，可以保持固体状态，与熔渣一起从液体金属铜合金中排除，达到脱铅、铋 的目的。
2、细化组织 稀土对铜及铜合金显微组织的影响主要体现为细化晶粒，减少或消除柱状晶，扩大等轴晶区的作用。稀土细化铜及铜合金组织的作用机理主要存在以下三种: (1) 形成新晶核，抑制晶粒长大。稀土在铜 及其合金中能与一些元素反应形成高熔点化合物，常以极微细颗粒悬浮于熔体之中，成为弥散的结晶核心，使晶粒变多，变小；又从凝固原理及热力学观点看，由于稀土大量聚集在固液界面前沿的液相中，使合金在凝固时成分过冷增大，以树枝状方式凝固生长，同时在分枝节点处产生细颈、熔断，增多了结晶核心，从而细化了晶粒。(2) 微晶化作用。由于稀土元素的原子半径( 0.174nm～0.204 nm) 比铜的原子半径(0.127nm) 要大36 %～60 % ，故稀土原子很容易填补正在生长中的铜或铜合金的晶粒新相的表面缺陷，生成能阻碍晶粒继续生长的膜，从而细化为微晶； (3) 合金化作用。稀土在铜中的溶解度很小，一般仅千分之几到万分之几，但稀土与铜能生成多种金属间化合物。这些金属间化合物弥散分布于基体中，达到细化晶粒。 3、稀土对夹杂物组织的影响 稀土对夹杂物组织的影响主要是改变杂质的形态和分布。其主要表现有以下四种: (1) 减轻或消除合金结构中的树枝状晶形和柱状结晶,这与稀土同某些杂质形成难熔化合物并呈弥散状态有关。(2) 使合金中某些呈条状、片状甚至块状的杂质(如铅、铋等，其中有的杂质可形成低熔点共晶) 转变成点状或球
铜及铜合金系列
C36000铅黄铜 C36000延展性好，深冲性能好。应用于钟表零件、汽车、拖拉机及一般机器零件。 铅黄铜切削加工性能优良，有高的减摩性能，用于钟表结构件及汽车拖拉机零件。 C36000化学成分： 锌(Zn)余量,铅(Pb)2.4～3.0,铝(Al)≤0.5,铁(Fe)≤0.10,锑(Sb)≤0.005,磷(P)≤0.01,铋(Bi)≤0.002,铜(Cu)62.0～65.0,杂质总和％≤0.75 ANK20无氧红铜 产品说明： 无氧红铜(Oxygen-free copper) 型号：ANK-20 Madel:ANK-20 标准：JIS-C1020P 制造工艺：冷拔/冷轧/热轧 产品特点：结构致密均匀，无气孔，砂眼，纯度高损耗小，导电导热延伸性能均佳，含氧量低于0.002%，性能优越，是精密模具放电加工的最佳之选. 产品应用：适用于各种高精密模具的放电加工材料或高压电气开关等电器配件 相关参数：硬度为HV86-102导电率大于等于59ms/m比重约8.9g/cm3 提供板材、棒材、异型件加工 ANK570钨铜合金 钨铜合金(Tungsten copper) 型号:ANK-5-70(ANK-是型号70表示钨含量约为70%) Model:ANK-5-70 产品特性:铜钨合金综合铜和钨的优点,高强度/高比重/耐高温/耐电弧烧蚀/导电电热性能好/加工性能好,ANK钨铜采用高质量钨粉及无氧铜粉,应用等静压成型(高温烧结账-渗铜, 保证产品纯度及准确配比,组织细密,性能优异.) 提供板材、棒材、触点材、焊轮、电子封装片、异型件 产品应用:应用于高硬度材料及溥片电极放电加工,电加工产品表面光洁度高,精度高,损耗低,有效节约材料。有钨60/钨70/钨85/钨90可供选择。 主要参数:密度G/cm3(13.9)抗拉强度Mpa(≥680 )硬度HV(≥186 )硬度软化温度℃(≥1000)导电率IACS(%)(≥42 )热导率W/mk(247 )库存板、棒材供客户选择 CuCrZr铬锆铜 铬锆铜（CuCrZr）化学成分（质量分数）%（ Cr:0.25-0.65， Zr:0.08-0.20）硬度（HRB78-83）导电率 43ms/m 软化温度550℃ 特点：具有较高的强度和硬度，导电性和导热性，耐磨性和减磨性好，经时效处理后硬度、强度、导电性和导热性均显著提高，易于焊接。广泛用于电机整流子，点焊机，缝焊机，对焊机用电极，以及其他高温要求强度、硬度、导电性、导垫性的零件。用制作电火花电极能电蚀出比较理想的镜面,同时直立性能好,能完成打薄片等纯红铜难以达到的效果对钨钢等难加工材质表现良好，铬锆铜有良好的导电性，导热性，硬度高，耐磨抗爆，抗裂性以及软化温度高，焊接时电极损耗少，焊接速度快，焊接总成本
铜及铜合金的高温特性
Thesis Submitted By Ramkumar Kesharwani Roll No: 208ME208 In the partial fulfillment for the award of Degree of Master of Technology In Mechanical Engineering
Department of Mechanical Engineering National Institute of Technology Rourkela-769008, Orissa, India. May 2010
Thesis Submitted By Ramkumar Kesharwani Roll No: 208ME208 In the partial fulfillment for the award of Degree of Master of Technology In Mechanical Engineering
Under the supervision of Prof. S. K. Sahoo
Department of Mechanical Engineering National Institute of Technology Rourkela-769008, Orissa, India. May 2010
National Institute of Technology Rourkela
CERTIFICATE
This is to certify that thesis entitled, “High Temperature behavior of Copper” submitted by Mr. “Ramkumar Kesharwani” in partial fulfillment of the requirements for the award of Master of Technology Degree in Mechanical Engineering with specialization in “Production Engineering” at National Institute of Technology, Rourkela (Deemed University) is an authentic work carried out by him under my supervision and guidance. To the best of my knowledge, the matter embodied in this thesis has not been submitted to any other university/ institute for award of any Degree or Diploma.
Date: Dept. of Mechanical Engineering
Prof. S.K. Sahoo National Institute of Technology Rourkela-769008
微量元素对铜合金的影响
微量元素对铜合金的影响 微量元素进入铜是不可避免的，由于元素特性的不同，可以不固溶于铜、微量固溶、大量固溶、无限互溶，固溶度随温度下降而激烈降低、固相下有复杂相变等，因此对铜性能的影响千差万别.现对各元素对铜性能的影响分别加以介绍。 氢 氢在铜中的行为是人们正在研究的课题，氢与铜不形成氢化物，氢在液态和固态铜中的溶解度随着温度升高而增大，特别是在液态铜中有很大的溶解度，在凝固时，会在铜中形成气孔，从而导致铜制品的脆性和表面起皮；在固态铜中，氢以质子状态存在，氢的电子填充铜原子的S层轨道，形成质子型固溶体，氢对铜的性能虽然影响甚微，但氢对铜及铜合金来说是有害的，含氧铜在氢气中退火时会产生裂纹，即“氢病”，原因是发生Cu2O+H2 ? 2Cu+H2O反应，产生的水蒸气会造成气孔和裂纹；各种元素对氢在铜中的溶解度影响不一，其中Ni、Mn等元素引起溶解度增加，P、Si等元素减少氢在铜中的溶解度，可以通过减少熔炼时间，调整成分，控制炉料中氢气含量，熔体表面采用木炭覆盖等办法减少铜中氢的含量。 氧 氧在铜的生产过程中是不可避免的，其影响也非常重要，氧很少固溶于铜，1065℃时为0.06%,600℃时为0.002%（重量比）；氧在铜中除极少易固溶外，均以Cu2O形式存在，铜的氧化物不固溶于铜，呈现Cu+Cu2O共晶组织，分布于晶界，共晶反应为：L含氧0.39% 1065℃α含氧0.01%+Cu2O,亚共晶铜中的含氧量与共晶量成正比,可在显微镜下与标准图片比较来精确测定铜中的含氧量。 氧对铜及合金性能的影响是复杂的,微量氧对铜的导电率和机械性能影响甚微,工业铜具有很高的导电率,其原因是氧作为清洁剂,可以从铜中清除掉许多有害杂质，以氧化物形式进入炉渣，特别是能够清除砷、锑、铋等元素，含有少量氧的铜其导电率可以达到100-103%±ACS,高纯铜如6N铜在深冷条件下电阻值是相当低的。 电真空构件用铜应严格控制其中氧的含量，其原因是电真空器件需要在氢气中密封，铜中氧的存在会导致氢病发生，引起器件高真空环境破坏，因此电真空用铜应该是无氧铜，中国国家标准中规定无氧铜中含氧量小于20ppm，美国ASTM标准中规定为3ppm，为控制氧含量，在无氧铜生产中都应选择优质电解铜原料，在熔炼工艺中采取还原性气氛，加强熔池表面覆盖，一般使用木炭保护；铜及铜合金熔炼时，一般均应进行脱氧，脱氧剂有磷、硼、镁等，以中间合金方式加入，磷是最有效的脱氧剂，不过应严格控制磷的残留量，因其能够强烈降低铜及合金的导电率。 锑、铋、硫、碲、硒 这些元素在铜中固溶度极小，室温下基本不溶于铜，它们以金属化合物形式存在，分布于晶界，对铜的的导电、导热影响不大，但是都严重的恶化了铜及合金的塑性加工性能，应该严格控制其含量，各国标准中规定不应超出0.005%；由于含有这些元素的铜，具有良好的切削性能，在工程技术界也有应用，比如铋钼，可以作为真空开关中断路器的触头，在断路时，防止开关触头的沾结，铋铜中含铋量可高达0.5%-1.0%；含碲0.15-0.5%的碲铜合金，可作为高导电、易切削无氧铜使用，能够加工成精密的电子原器件；作为特殊用途的铜合金，可以加入这些元素，但其加工工艺是特殊的，可采用包套挤压、冷挤、铸造、粉末冶金等方法。 砷、硼 砷在铜中有很大的固溶度，在α固溶体中的可达6.8-7.0%，砷在铜中存在强烈的降低其导电率和导热性能，一般作为变质剂加入，特别是对黄铜冷凝器合金来说更为宝贵，近一百年来火电和舰船冷凝器管材使用实践表明，含砷0.1-0.15%的黄铜，能够防止黄铜脱锌腐蚀，解决了黄铜冷凝管早期泄漏的致命问题，所以各国材料标准中都规定必须加入砷，经验表明，不含砷的HSn70-1冷凝管，经常在使用初期的2-3年内发生泄漏事故，而加入砷之后，寿命可增至15-20年，被称为铜合金研究中重大的技术进步；砷之所以能够防止黄铜脱锌腐蚀，许多研究表明，砷能够降低铜
铜合金材料对照-成分-性能
铜合金牌号以及对照列表 ALLOY TYPE BS STANDARD EN STANDARD SYMBOL ASTM/UNS (NEAREST EQUIVALENT) OTHER COMPATABLE ALLOYS Aluminium Bronze CA104 CW307G CuAl10Ni C63200 / C63000 NES833, BSB23(DTD197A) Aluminium Bronze CA105 - CuAl10Fe3Ni7Mn2 C63000 - Aluminium Bronze AB1-C CC331G CuAl10Fe2-C C95400 SAE68 Aluminium Bronze AB2-C CC333G CuAl10Fe5Ni5-C C95500 SAE68B Leaded Bronze LB1-C CC496K CuSn7Pb15-C C93800 SAE67 Leaded Bronze LB2-C CC495K CuSn10Pb10-C C93700 SAE64 / SAE797 / SAE792 Leaded Bronze LB4-C CC494K CuSn5Pb9-C C93500 SAE66 Leaded Bronze LB5-C CC497K CuSn5Pb20-C C94100 SAE94, SAE794 & SAE799. Leaded Bronze - - CuSn7ZnPb C93200 SAE660 Leaded Gunmetal LG2-C CC491K CuSn5Zn5Pb5-C C83600 SAE40 Leaded Gunmetal LG4-C CC492K CuSn7Zn2Pb3-C C93400 - Leaded phosphor bronze LPB1 - CuSn8Pb4Zn1 C93100 - Leaded Phosphor Bronze PB4-C CC480K CuSn10-C C92700 - Nickel Gunmetal G3 - CuSn7Ni5Zn3 B292-56 - Phosphor Bronze PB101 CW450K CuSn4 C50900 C51100 - Phosphor Bronze PB102 CW451K CuSn5 C51000 NES838 Phosphor Bronze PB103 CW452K CuSn6 C51900 - Phosphor Bronze PB104 CW459K CuSn8 C52100 BSB24 DTD265A Phosphor Bronze DTD265A - - - BSB24, PB104 Tin Phosphor Bronze PB1-C CC481K CuSn11P-C B143 SAE65 Tin Phosphor Bronze PB2-C CC483K CuSn12-C CC483K SAE65 材料化学成分
锡银铜合金特性
SAC305
电子产品相关知识 2006-11-27 09:34:28 阅读 117 评论 0 字号：大中小 订阅
合金
成分
SAC305
Sn96.5%; Ag3.0%; Cu0.5%
SnCu0.7
Sn99.3%; Cu0.7%
SAC0307 SnPb37
Sn99.0%; Ag0.3%; Cu0.7% Sn63%; Pb37% 183
材料性能
熔点/ Tm（℃） UTS 强度/σ（MPa） 45 22.25 35
217 22 20.8 16
227 40 22 30
217-225 31-46 35-176 27.2
力学特性
延伸率/δ（%） 屈服强度/σ0.2 (MPa)
电阻率/ρ（Ωmm2/m）
0.12
0.129
0.133
电学特性
电导率/σ（106S/m）
8.33
7.77
7.52
导电性 σ/σCu(IACS%) 密度/ρ（g/cm3） 表面张力(mN/m,air)
13.94 7.37
13 7.3 7.31
12.58 8.4 420
热膨胀系数 10 -5 / ° C 剪切强度 /τ （ MPa ） 焊点表观亮度 铺展面积 / S （ mm 2 /0.2mg ） 润湿性 3s 润湿力/ F (mN) 周期末尾润湿力/ F (mN) 焊料性能 最大润湿力/ F (mN) 实际润湿力/理论润湿力(%)
1.91 43 与 SnCu0.7 相 似 65.59 实际润湿力 / F (mN) 6.28 6.38 6.44 73.14 62.38 5.91 较光亮 63.97
2.54 28.4 比 SnCu0.7 稍差 光亮
周期末尾润湿力/最大润湿力(%)
98.45 从-40° 到 C +150° 经过 C 735 次温度循 环变化后金属 间的焊层明显 断裂
疲劳性能
铜和铜合金的基础知识
铜和铜合金的基础知识 铜合金（copper alloy ）以纯铜为基体加入一种或几种其他元素所构成的合金。纯铜呈紫红色﹐又称紫铜。纯铜密度为8.96﹐熔点为1083℃﹐具有优良的导电性﹑导热性﹑延展性和耐蚀性。主要用于制作发电机﹑母线﹑电缆﹑开关装置﹑变压器等电工器材和热交换器﹑管道﹑太阳能加热装置的平板集热器等导热器材。常用的铜合金分为黄铜﹑青铜﹑白铜3大类。 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36～42％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。 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。 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。 [编辑本段] 铜合金的分类 铜合金的分类方法有三种: ①按合金系划分
常用铜合金材料分类及特性
常用铜合金材料分类及特性 铜合金（copper alloy ）以纯铜为基体加入一种或几种其他元素所构成的合金。纯铜呈紫红色 ﹐又称紫铜。纯铜密度为8.96﹐熔点为1083℃﹐具有优良的导电性﹑导热性﹑延展性和耐蚀性。 主要用于制作发电机﹑母线﹑电缆﹑开关装置﹑变压器等电工器材和热交换器﹑管道﹑太阳能 加热装置的平板集热器等导热器材。常用的铜合金分为黄铜﹑青铜﹑白铜3大类。 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36～42％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。 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。 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。 铜及铜合金牌号对照表 CONVERSION TABLE OF GRADES FOR COPPER & ITS ALLOYS
精品稀土在铜及铜合金中的作用
提高质量稀土在铜及铜合金中的作用稀土在铜及铜合金中的作用 一、稀土对铜及铜合金组织的影响 1、净化组织 甚至低于虽然有些杂质含量很低, 工业用铜中往往含有多种杂质,，但是这些杂质元素会严重影响铜及铜合金的加工) 质量分数，下同0.001 %(可(Cu2O 性能、降低导电性及导热性。如氧、硫和铜形成的脆性化合物和Cu2S) 以降低铜的塑性，这些脆性化合物冷拉时还会产生毛刺，并降低铜的导电性、稀土与氧: (1) 耐蚀性和焊接性能。稀土净化铜及铜合金组织主要有两种方式从而,和硫的亲和力很强形成熔点较高，热稳定性强，比重较小的稀土化合物，或达到脱硫、脱氧的作用；又稀土元素很容易与原子态氢发生作用，生成RH2 这些氢化物以固溶体的形式溶于铜合金RH3 型稳定氢化物) ,(R 代表稀土金属稀土与铅、铋等元素生成比铜熔点高的高中，从而消除了氢的有害作用。(2) 熔点金属间化合物，因此在铜熔铸过程中，可以保持固体状态，与熔渣一起从液体金属铜合金中排除，达到脱铅、铋的目的。 2、细化组织稀土对铜及铜合金显微组织的影响主要体现为细化晶粒，减少或消除柱状 晶，扩大等轴晶区的作用。稀土细化铜及铜合金组织的作用机理主要存在以下形成新晶核，抑制晶粒长大。稀土在铜: (1) 三种
及其合金中能与一些元素反应形成高熔点化合物，常以极微细颗粒悬浮于熔体之中，成为弥散的结晶核心，使晶粒变多，变小；又从凝固原理及热力学观点看，由于稀土大量聚集在固液界面前沿的液相中，使合金在凝固时成分过冷增大，以树枝状方式凝固生长，同时在分枝节点处产生细颈、熔断，增多了结晶～(2) 核心，从而细化了晶粒。微晶化作用。由于稀土元素的原子半径( 0.174nm，故稀土原子很容易0.204 nm) 60 % ～要大比铜的原子半径(0.127nm) 36 %填补正在生长中的铜或铜合金的晶粒新相的表面缺陷，生成能阻碍晶粒继续生合金化作用。稀土在铜中的溶解度很小，一般长的膜，从而细化为微晶； (3) 仅千分之几到万分之几，但稀土与铜能生成多种金属间化合物。这些金属间化合物弥散分布于基体中，达到细化晶粒。、稀土对夹杂物组织的影响 3稀土对夹杂物组织的影响主要是改变杂质的形态和分布。其主要表现有以 这与稀土同某,: (1) 减轻或消除合金结构中的树枝状晶形和柱状结晶下四种使合金中某些呈条状、片状甚些杂质形成难熔化合物并呈弥散状态有关。(2) 转变成点状或球铋等，如铅、其中有的杂质可形成低熔点共晶) (至块状的杂质状，从而改善或提高了铜及其合金的机械及加工性能，这是由于活性很强的稀土金属，能使像铅这样的一些杂质对铜的润湿性急剧降低，这些杂质在其自身使合金中的某些有害杂质由集中分表面张力的作用下，使体积大大缩小。(3)
铜及铜合金概述
铜及铜合金概述 铜是人类最早发现和使用的金属材料，铜的熔点低，易合金化，是人类使用的最古老的金属之一，早在公元前7000年人类就认识了自然铜，大约在公元前3000年左右在世界各地出现了具有较高水平的铜冶炼业。3500年前人们开始用铜合金制作生活器皿，曾经开创了辉煌灿烂的古代青铜文明。 现代工业文明制品，大多数使用金属材料，尤其是重要部件，显示了其的可靠性，但使用单一金属的情况很少，大多使用合金材料，合金品种多，制造工艺各有特色。铜及铜合金的特点不单纯是强度，主要是导、电导热性能优良，必须充分发挥其的导电性能好的优势，才能最大限度地为社会做贡献。近现代，特别是十七世纪的产业革命，及法拉第电磁感应定律发现以来，由于铜及铜合金具有优良的导电、导热、耐蚀性能，易于加工，外表美观而大规模应用于现代工程技术领域，广泛应用于机械、电子、电气、化工、交通、能源、建筑、信息通讯等领域，例如：一部拖拉机平均用铜31㎏，一部解放汽车平均用铜21㎏，各种家用电器产品、工业装置等都离不开铜及铜合金产品，是国民经济中不可替代的重要工程材料。据国外统计，发达国家铜及铜合金与钢的消费比例大约在1.3：100左右，铜及铜合金的品种及消费量已成为衡量一个国家工业技术水平的标志之一。 铜及铜合金在工程技术领域广泛应用的根本特点是：其是目前经济的导电材料。纯铜具有仅次于银的高导电、导热性能、适宜的强度、优良的耐蚀性能，易于钎焊和形变加工，大量用于制造各种电气导线和导体，其在电气（器）、电子行业应用的比例占总产量的一半以上，例如：制造1万千瓦发电设备，包括输变电器材在内需用铜材近800吨。近年来随着能源日益紧迫，各行业节能降耗工作日益突出，电动机是广泛应用的耗电大户，各国都十分重视高效节能电动机的开发推广，其中降低电阻消耗的重要途径就是加大电动机绕组的截面积。同时随着人民生活水平的提高，民用负载不断加大，各种输电电缆的截面积也呈增加的趋势，随着铜代铝按、国际标准配置居民电线线径等建筑规范的出台都为铜在电气领域提供了广阔的发展前景。 铜及铜合金的另一个特点是：其具有优良的合金化特性，能和目前绝大多数金属或非金属元素形成各具特色的合金，目前已形成250余个合金牌号，近万种规格的产品系列，满足各行各业的需要，而且绝大多数铜合金具有较强的耐蚀性能，例如：白铜具有优良的机械性能、加工性能和耐蚀性能，适用于高温高压下的耐蚀环境，广泛应用于医疗、仪表、造船、
铜及铜合金的焊接特点
铜及铜合金的焊接性分析 1.难熔合及易变形 焊接纯铜及铜合金时，如果采用的焊接参数与焊接低碳钢差不多，母材散热太快，填充金属与母材不能很好地熔合，焊后变形也较严重，这与铜的热导率、线胀系数和收缩率有关。 铜的热导率大，20摄氏度时铜的热导率比铁大7倍多，1000摄氏度时大11倍多，焊接时热量迅速从加热区传导出去，焊接区难以达到熔化温度，使母材与填充金属很难熔合。铜在熔化温度时的表面张力比铁小1/3，而流动性比铁大1~1.5倍，表面成形能力差。铜的线胀系数大15%，凝固时的收缩率比铁大1倍以上，再加上铜的导热能力强，使焊接热影响区加宽，焊接时如被焊工件刚度低，又无防止变形的措施，很容易产生较大变形。因此，焊接时必须采用功率大、热量集中的热源，并采取预热措施，不允许采用悬空单面焊接，单面焊时，反面必须加垫板或成形装置。 2.易产生热裂纹 为了防止热裂纹的产生，焊接铜及铜合金时可采取以下一些治金措施。 （1）必须严格限制焊件和焊接材料的氧、铅、铋、硫等有害元素的含量。 （2）通过焊丝加入硅、锰、碳、磷等合金元素增强对焊缝的脱氧能力。 （3）选用能获得双相组织的焊丝，使焊缝晶粒细化、晶界增长，使易熔共晶分散，不连续。 （4）焊接时加强对熔池的保护，采用减小焊接应力的工艺措施，如选用热量集中的热源、焊前预热、选择合理的焊接顺序、焊后缓冷等。 3.易产生气孔 气孔是铜及铜合金焊接时一个主要问题，只要在氩气中加入筒量的氢和水蒸气，焊缝即出现气孔，产生气孔的倾向比碳钢严重得多，原因如下： （1）铜的热导率比低碳钢高7倍以上，所以铜焊缝结晶很快，熔池易为氢所饱和而形成气泡，在凝固结晶很快的情况下，气泡不易析出，促使焊缝中形成气孔。 （2）氢在铜中的溶解度随温度升高而增大，直到熔点时氢在铜中的溶解度达最高值，温度再提高，液态铜开始蒸发，氢的溶解度下降。 （3）氩弧焊时氮也是形成气孔的原因，随着氩气中氮含量的增加，气孔数量随之上升。 铜及铜合金焊接时防止产生气孔的主要措施有： （1）防止焊缝金属吸收氢气及氧化，焊件表面在焊前应去油污、水分等，焊条、焊剂要烘干使用，焊丝表面不得有水分。 （2）对焊缝加强脱氧，加入硅、铝、铁、锰等脱氧元素。 （3）焊接时加强保护。 （4）选择合适的焊接工艺参数，降低冷却速度，熔深不可过大。 4.焊接接头性能下降