教学情境二 铜及铜合金
学习与训练子目标
掌握铜合金的性能、主要用途及代号
了解铜合金的分类
铜及其合金包括纯铜（紫铜） 、黄铜、青铜和白铜。
知识点一 紫 铜
紫铜即工业纯铜，因其具有玫瑰红色，表面形成氧化膜后呈紫色，故称紫铜。
一、一般特性
紫铜在固态下具有面心立方晶格，无同素异晶转变，其熔点为1 083℃，密度为8.96。紫铜具有良好的导电性和导热性，仅次于银。在大气、淡水中具有良好的耐蚀性。
紫铜的塑性高，可进行各种形式的冷、热压力加工。
紫铜的机械性能较低，其中的有害杂质铋和铅会引起紫铜的热脆，而硫、氧会导致紫铜的冷脆。
二、代号与用途
工业纯铜的纯度为99.5%～99.9%，其加工产品按纯度不同有T1、T2、T3和T4共4个代号，代号中“T”是“铜”的汉语拼音字首，数字表示序号，序号愈大纯度愈低。工业纯铜主要用于制作导电体、导热体和有特殊要求的零件，如导线、电刷、热交换器和抗磁干扰的仪表零件等。在船舶动力装置中可以制造润滑油管、锅炉水管、蒸汽管和密封垫片。
三、紫铜的热处理
紫铜的热处理为消除加工硬化的再结晶退火，最合适的退火温度为600～650℃，然后在水中冷却，除去表面的灰黑色氧化皮（CuO） ，并使紫铜软化。在船上对硬化的紫铜管、紫铜垫等用喷灯加热至发红后立即水冷。
知识点二 黄 铜
黄铜是以铜和锌为主要元素的合金，根据化学成分的不同，黄铜可以分为普通黄铜和特殊黄铜。
一、普通黄铜
普通黄铜是由铜和锌组成的二元合金。
（一）普通黄铜的成分和组织
工业生产中的黄铜含锌量一般不超过47%。当锌的含量小于39%时，锌可以全部溶于铜中，形成α固溶体，称为单相黄铜。单相黄铜塑性好，适于冷、热加工；当含锌量在39%～45%时，黄铜的组织为α +β，称为两相黄铜。β 相是以化合物CuZn为基的固溶体，高温下的β 相塑性好，适于热加工，低温时脆性大，不宜于冷加工。
（二）普通黄铜的编号、性能和用途
普通黄铜的编号由“H” （ “黄”字的汉语拼音字头）与数字组成，数字表示合金中含铜百分数。例如H68，即表示含铜68%的黄铜。若属于铸造黄铜，其牌号为“Z”+铜元素化学符号+锌元素的化学符号及含量，如ZCuZn38，表示含锌38%、余量为铜的铸造普通黄铜。普通黄铜的机械性能与锌的含量有密切关系，如图8-4所示。当含锌量＜32%时，随含锌量的增加，由于固溶强化，黄铜的强度、硬度提高，同时塑性还所
图8-4 锌含量对黄铜机械性能的影响
改善。当含锌量＞32%时，塑性开始下降，强度继续升高。当含锌量达到45%时，黄铜的强度最大。含锌量＞45%后，黄铜的强度、塑性急剧下降。
黄铜二元相图中液相线与固相线间隔小，所以铸造黄铜的铸造性能好，即流动性好，偏析倾向小，铸件组织致密，适用于铸造复杂和精致的铸造制品。
普通黄铜在船上应用较广，可用于制作冷凝管、水泵零件、冷藏零件和散热片等，如图8-5所示。常用普通黄铜的成分、性能及用途如表8-2所示。
图8-5 各类黄铜制品
（三）普通黄铜的耐蚀性
普通黄铜的抗蚀性较好，对大气、海水以及氨以外的碱性溶液的耐蚀性很高，特别是有机氟化物（氟利昂12）对黄铜无任何影响，是制冷装置中的零件材料。但在盐类或酸类介质中的耐蚀性较差，易发生脱锌现象。
含锌大于7%（尤其是含锌量大于20%）的黄铜经冷加工后，在潮湿的大气及海水中，特别是在有氨的环境中，易发生应力腐蚀而自动破裂，这种现象通常称“自裂”或“季裂” 。产生这种腐蚀破裂的原因主要是冷加工变形的黄铜制品内部存在残余应力。消除应力腐蚀的方法是低温去应力退火，退火温度一般为260～300℃，时间一般1小时～3小时。
二、特殊黄铜
为了改善和提高普通黄铜的耐蚀性、机械性能及工艺性，减少应力腐蚀倾向，在普通黄铜中加入少量的硅、铝、铅、锡、锰、铁及镍等元素而形成的黄铜，称为特殊黄铜。
特殊黄铜的编号方法是： “H”+主加元素符号十铜含量+主加元素含量。例如HMn58-2，表示含铜58%、含锰2%、余为锌的锰黄铜。如是铸造黄铜，其牌号为“Z”+铜元素化学符号+ 锌元素的化学符号及含量+其他合金元素化学符号及含量，如ZCuZn40Mn2表示含锌40%、含锰2%，余量为铜的铸造锰黄铜。 常用特殊黄铜的成分、性能及用途如表8-2所示。
（1）锡黄铜：锡元素可使黄铜在海洋大气和海水中的抗蚀性大大提高，同时强度也得以提高，又称为海军黄铜，如HSn70-1常用于制造冷却器及冷凝器的管子。
（2）锰黄铜：锰元素可使黄铜的强度有较大的提高，同时还提高其在海水、氯化物及热蒸汽中的耐蚀性，如ZCuZn40Mn2，用于制造尾轴的轴套，ZCuZn41Mn3Fe1中加入1%的铁，使黄铜的机械性能提高，用于制造螺旋桨和蒸汽泵活塞等。
表8-2 常用黄铜的成分、机械性能及用途
（3）铝黄铜：铝元素可使黄铜的强度和硬度提高，改善黄铜的耐蚀性。用于制造船舶上的冷凝器管子等耐蚀零件。如在铝黄铜中加入适量的镍、锰、铁可获得高强度、高耐蚀性的铝锰铁黄铜，可用于制造军舰的螺旋桨等。
知识点三 青 铜
铜合金中除黄铜（CrZn）和白铜（CrNi）以外的合金均称为青铜。青铜又分为锡青铜和无锡青铜。
青铜的编号方法是： “Q” （ “青”字的汉语拼音字头〉+主加元素符号及含量+其他合金元素含量；如QPb30表示含铅30%、含铜70%的铅青铜。如是铸造青铜，其牌号与铸造黄铜的牌号表示方法相同。
一、锡青铜
图8-6 锡青铜机械性能与含锡量的关系
以锡为主加合金元素的铜合金称为锡青铜。（一）锡青铜的成分和性能
锡青铜的机械性能、加工性能与其含锡量有关。当含锡量不超过5%时，塑性很好，可进行冷、热加工；当含锡量在5%～7%时，塑性下降，强度上升，适合于热加工。随含锡量的增加，锡青铜的塑性下降，强度上升。但当含锡量超过20%时，强度和塑性显著下降，变得又硬又脆，如图8-6所示。所以工业上使用的锡青铜的含锡量一般在3%～14%之间。
锡青铜有良好的铸造性，适合铸造各种形状复杂的零件，但铸件的致密程度较低，制成的容器在高压下易漏。锡青铜在大气（包括海洋大气） 、海水、淡水及蒸汽中有较好的抗蚀性，但在硫酸和盐酸中的抗蚀性较差。适宜制作暴露在海水、海风、大气及高压过热蒸汽中的零件。此外，锡青铜具有无磁性和优良的耐磨性等。
（二）锡青铜的代号和用途
常用锡青铜的代号、性能和用途如表8-3所示。
表8-3 常用锡青铜的代号、成分、性能和用途
续表
注：表中汉语拼音字母“S”代表该合金为砂型铸造状态； “J”代表该合金为金属型铸造状态。
含锡量＜8%的锡青铜，适宜冷热压力加工，通常加工成板、棒、管等型材使用。适宜制造仪表上要求耐蚀及耐磨的零件、弹性零件、抗磁零件以及机器中的轴承、轴套等。
含锡量＞10%的铸造锡青铜具有良好的铸造性，适于铸造形状复杂但致密度要求不高的铸件，是良好的减磨材料，适宜制造机床中滑动轴承、蜗轮、齿轮等零件，又因其耐蚀性好，故也是制造蒸汽管、水管附件的良好材料。
二、无锡青铜
以Pb、Al、Si、Be等为主要元素的铜合金称为无锡青铜。大多数无锡青铜都比锡青铜具有更高的机械性能、耐磨性与耐蚀性。
（一）铝青铜
以铝为主加元素的铜合金称为铝青铜。铝青铜的机械性能高于锡青铜和黄铜，并具有更高的耐磨性和耐蚀性。铸造铝青铜的结晶温度范围窄，收缩率较大，但能获得致密的、偏析小的铸件。铝青铜主要用来制造强度及耐磨性要求较高的零件，如齿轮、蜗轮、轴套，还可以制造阀座、摇臂、大型螺旋桨等，如图8-7所示。
（二）铅青铜
以铅为主要元素的铜合金称为铅青铜。铅青铜主要用作耐磨材料，如 QPb30为含铅30%的铅青铜，用于制做大功率高速柴油机轴承，如图8-8所示。
图8-7 铝青铜制成的螺旋桨
图8-8 铅青铜制成的柴油机轴承
（三）硅青铜
以硅为主要元素的铜合金称为硅青铜，如QSi3-l为含硅3%、含锰1%的铜硅合金，常用于制造船舶辅机零件及排水系统管件。
（四）铍青铜
以铍为主要元素的铜合金称为铍青铜，主要用来制作精密仪器、仪表中各种重要用途的弹性元件，耐蚀、耐磨零件等。
知识点四 白 铜
以镍为主要合金元素的铜合金称为白铜。普通白铜的编号为：B+平均含镍量， “B”为“白”字汉语拼音字头，如B19表示含镍量为19%的普通白铜。在普通白铜的基础上加入其他元素便构成特殊白铜。白铜具有较高的强度和塑性、良好的耐蚀性和较高的电阻率、高的热稳定性，广泛用于精密机械、船舶空气冷却器管和板式换热器传热板、热电偶、电热器等电工材料。常用白铜的成分、性能和用途如表8-4所示。
表8-4 常用白铜的代号、成分、性能和用途
注：M—退火；Y—硬化（有色金属及合金的产品状态代号） 。
思考与训练
复习本教学情境的基本知识，思考选择正确答案。
一、紫铜
1. 关于紫铜不正确的叙述是＿＿。
A. 代号为T1，T2，T3，T4 B. 强度低，不适于制造零件
C. 存在冷脆、热脆、蓝脆和氢脆 D. 塑性极好，可进行冷热加工
2. 紫铜作为垫料在船上得到广泛应用的原因是其具有良好的＿＿。
A. 密封性 B. 塑性 C. 重复使用性 D. 强度
3. 紫铜具有＿＿晶格。
A. 体心立方 B. 面心立方 C. 密排六方 D. 复杂斜方
4. 在船上对硬化的紫铜管、紫铜垫等用喷灯加热至发红后立即水冷这种热处理是＿＿。
A. 再结晶退火 B. 低温退火 C. 正火 D. 完全退火
二、黄铜
（一）普通黄铜
1. 关于黄铜的叙述，不正确的是＿＿。
A. 黄铜是铜锌合金
B. 黄铜零件在大气、海水或有氨的介质中容易发生季裂
C. 黄铜易发生脱锌
D. 单相黄铜强度高
2. 黄铜产生的季裂和脱锌的实质都是＿＿。
A. 腐蚀 B. 化学腐蚀 C. 电化学腐蚀 D. 穴蚀
3. 经冷加工后的黄铜容易在大气、海水或有氨的介质中发生季裂，其实质是＿＿。
A. 化学腐蚀 B. 穴蚀腐蚀 C. 电化学腐蚀 D. 腐蚀
4.H68表示的是＿＿。
A. 普通黄铜，平均含Zn量为32% B. 铅黄铜，平均含Cu量为68%
C. 海军黄铜，平均含Zn量为32% D. 铅青铜，平均含Pb量为68%
5. 普通黄铜代号中， “H”表示“黄”字，数字表示＿＿。
A. 平均含锌量 B. 平均含铜量 C. 平均含铅量 D. 平均抗拉强度
6. 普通黄铜的机械性能随含锌量变化。含锌量达___时塑性最大。含锌量达45%时强度最高。
A.30% B.32% C.40% D.45%
7.普通黄铜的机械性能随含锌量变化。含锌量达＿＿时强度最高。
A.30% B.35% C.40% D.45%
8. 下列牌号中，属于多相普通黄铜的是＿＿。
A.H59 B.H62 C.H68 D.H92
9. 工业生产中黄铜的含锌量不超过47%。含锌量小于＿＿时，锌全部溶于铜中，形成α 固溶体，称为单相黄铜。
A.30% B.35% C.39% D.39%～45%
10. 工业生产中黄铜的含锌量不超过47%。含锌量在＿＿时，黄铜的组织为α +β，称为两相黄铜。
A.30% B.35% C.39% D.39%～45%
11. 下列牌号中，属于单相普通黄铜的是＿＿。
Ⅰ. H59；Ⅱ. H62；Ⅲ. H68；Ⅳ. H92。
A. Ⅰ+Ⅱ B. Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ C. Ⅳ D. Ⅱ+Ⅲ+Ⅳ
12. 在黄铜中加入少量＿＿可防止脱锌。
A. 砷 B. 镁 C. 稀土 D. 砷或镁
13. 黄铜零件产生季裂的根本原因是＿＿。
A. 电化学腐蚀 B. 残余应力
C. 表面膜不完整 D. 组织成分不均匀
14. 黄铜是＿＿。
A. 铜锌合金 B. 紫铜
C. 青铜 D. 以锌为主加合金元素的铜合金
15. 某工件采用单相黄铜制造，其强化工艺应该是＿＿。
A. 时效强化 B. 固溶强化 C. 形变强化 D. 热处理强化
（二）特殊黄铜
1.ZCuSn10P1铸造磷锡青铜，加入10%的锡是为了提高＿＿。
A. 减摩性 B. 耐热性 C. 耐磨性 D. 耐蚀性
2.ZCuZn55Mn3Fe1可用于制造＿＿。
A. 阀件 B. 尾轴衬套 C. 螺旋桨 D. 摇臂衬套
3.ZHMn55-3-1为铸造黄铜中加工1%的铁，用以＿＿。
A. 细化组织提高机械性能 B. 提高耐热性
C. 提高耐磨性 D. 提高耐蚀性
4.HSn70-1表示＿＿。
A. 主加元素Sn的含量为29%、含铜量为70%、其余为锌的锡特殊黄铜
B. 主加元素Sn的含量为1%、含铜量为70%、其余为锌的锡特殊黄铜
C. 主加元素Zn的含量为1%、含铜量为70%、其余为锡的锡特殊黄铜
D. 主加元素Cu的含量为1%、含锌量为70%、其余为锡的锡特殊黄铜
5.ZCuZn40Mn2是铸造锰黄铜，常用于制造＿＿。
A. 管子 B. 阀件 C. 螺旋桨 D. 尾轴衬套
三、青铜
1. 下列材料中的铸造性最好的是＿＿。
A. 铅青铜 B. 紫铜 C. 黄铜 D. 锡青铜
2.ZCuPb30是＿＿。
A. 锡青铜 B. 铅黄铜 C. 海军黄铜 D. 铅青铜
3. 不属于青铜的是＿＿。
A. 铜锌合金 B. 铜锡合金 C. 铜铝合金 D. 铜铅合金
4. 铅青铜ZCuPb30中的铜含量为＿＿。
A.30% B.50% C.70% D.90%
5. 以下为铸造锡青铜的是＿＿。
A.ZChSnSb11-6 B.ZChPbSb15-5-3
C.ZCuSn10Pb5 D.ZCuPb30
6. 以下为铸造铅青铜的是＿＿。
A.ZChSnSb11-6 B.ZChPbSb15-5-3
C.ZCuSn10Pb5 D.ZCuPb30
7. 锡青铜中加入少量的合金元素可以进一步提高和改善锡青铜的性能，其中加入铅是＿＿。
A. 用以提高耐磨性和改善切削加工性
B. 能够缩小结晶温度范围，改善铸造性
C. 可提高耐磨性、流动性和脱氧等
D. 细化组织，提高机械性能
8. 锡青铜中加入少量的合金元素可以进一步提高和改善锡青铜的性能，其中加入锌是＿＿。
A. 用以提高耐磨性和改善切削加工性
B. 能够缩小结晶温度范围，改善铸造性
C. 可提高耐磨性、流动性和脱氧等
D. 细化组织提高机械性能
9. 锡青铜中加入少量的合金元素可以进一步提高和改善锡青铜的性能，其中加入磷是＿＿。
A. 用以提高耐磨性和改善切削加工性
B. 能够缩小结晶温度范围，改善铸造性
C. 可提高耐磨性、流动性和脱氧等
D. 细化组织提高机械性能
10. 在耐磨性、耐蚀性、耐热性和强度方面优于锡青铜和黄铜的是＿＿。
A. 铅青铜 B. 铍青铜 C. 硅青铜 D. 铝青铜
四、白铜
1. 白铜是＿＿。
A. 铜锌合金 B. 铜镍合金 C. 铜铝合金 D. 铜铅合金
2.BZn15-20表示＿＿。
A. 含15%Ni、20%Zn的锌白铜 B. 含15%Zn、20%Ni的锌白铜
C. 含15%Mn、20%Zn的锌白铜 D. 含15%Zn、20%Mn的锰白铜
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