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铜合金材料的性能

作者:王强松 娄花芬 马可定 张文芹 发布时间:2021-09-02 浏览次数:130
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铜合金材料的性能

                                                           1.1铜的基本性能

1.1.1铜的基础数据

铜,元素符号为Cu,在化学元素周期表中位于第4周期,属IB族,铜的原子序数为29,相对原子质量为63.57,原子半径为0.157nm。原子结构为原子核外有4层电子层,从内向外每层的电子数分别为8、18、8、2。纯铜的密度为8900kg/m,熔点为1083.4℃,沸点为2360℃。铜的熔化潜热为205.4kJ/kg。铜无磁性,室温磁化率为-0.085x106。铜无同素异性转变。铜中的扩散系数D。为

0.468cm/s,扩散激活能Q=197.99kJ.mol。99.9%Cu(p=8910kg/m)在室温时通过自身固定频率振动传播的声速为3846m/s。铜对可见光(630~430nm)的反射率为80%~50%。在熔融状态下对全波长的光谱辐射率约为14%。固态时铜为面心立方(fcc)晶体结构,在1111)面系,各有(110>、<101>、(011)滑移方向,组成12个滑移系,塑性极好。

铜在地壳中的含量不高,仅占0.01%,排第17 位,列在铁、铝、镁之后。铜是一种典型的亲硫元素,在自然界中主要形成硫化物,只有在强氧化条件下形成氧化物,在还原条件下可形成自然铜。目前,在地壳上已发现铜矿物和含铜矿物约250多种,主要是硫化物及其类似的化合物、铜的氧化物、自然铜以及铜的硫酸盐、碳酸盐、硅酸盐类等矿物。其中,有16 种适合当前选冶条件,可作为工业矿物原料。我国选冶铜矿物原料主要是黄铜矿、辉铜矿、斑铜矿、孔雀石等。

我国是贫铜国家,而且铜矿的品位较低。每年需从国外进口约1000万吨的精铜矿砂、几百万吨的阴极铜和废杂铜。降低消耗、有效用铜,是铜加工业领域和铜材的消费者共同的原则和目标。

1.1.2铜的物理性能

铜的物理性能列于表1-1中。

铜的密度为8900kg/m,在有色金属分类中与锡、锌、铅同属重有色金属。铜的熔点为1083.4℃,比铝(660.37℃)、镁(649℃)、锌(419.58℃)都高得多,但低于铁(1538℃)、镍(1455℃)、钛(1672℃)。

表1-1铜的主要物理性能

物理性能 符号 数值 物理性能 符号 数 值 

佛点/℃熔点/℃ T.约 26001083电导率/%IACS电阻率/pun·m p.101.5(退火的)

0.017

质量热容/]·(kgK)-1熔化潜热/kJ·kg-!385205.4抗拉强度/MPa弹性模量/CPa E100-130200-360

C

热导率/W.(m·K)-1 388 屈服强度/MPa 00.2 60~250 

线膨胀率/% 2.25 伸长率/% A 2~45 

线膨胀系数/℃“ (17.0~17.7)x10-6 布氏硬度 HB 55~110 

密度/kg"m~? 8930 

铜无磁性,在某些场合可用来作为屏蔽电磁场的材料。

在铜的物理性能中,***具应用价值的是其导电、导热性能。在元素周期表中,铜列于银、金之前,同属IB族,与银、金一样具有极好的导电、导热性能铜的导电性稍逊于银、金而高于其他元素,所以人们通常用退火后的纯铜在20℃时的电导率作为100%IACS,其他材料的电导率则以其相当于纯铜的百分数来表示,并作为一种标准。由于铜比银的储量丰富,价格低廉,因此应用更广泛。铜被制成电线电缆、接插件、端子、汇流排、引线框架等,从而广泛应用于电力、电子、电气、通讯行业。铜是各种热交换设备如热交换器、冷凝器、散热器的关键材料,被广泛应用于电站、空调、制冷、汽车水箱、太阳能集热器等各种热交换场合。

1.1.3铜的化学性能

铜的电极电位是+0.34V,在正常电位序中铜的电位比氢高,是电位较正的金属,所以在很多介质中稳定性好,具有较好的耐蚀性。铜基本上被认为是一种惰性金属,其耐蚀性能远优于普通钢材。在碱性气氛中铜的耐蚀性又优于铝。在大气中,因在铜表面可形成一层主要由碱式硫酸铜组成的保护膜,阻断了金属的进一步氧化,因而其耐大气腐蚀性极好。不含二氧化碳和氧的结晶水对铜的腐蚀实际上不起作用。铜在淡水中的腐蚀速度很低,约为每年0.05mm。

由于铜具有良好的耐蚀性,因此被广泛应用于建筑屋面板、雨水管、上下水管道、管件;化工和医药容器、反应釜、纸浆滤网;舰船设备、螺旋桨、生活和消防管网;冲制各种硬币、装饰物、奖杯、奖牌、雕塑和工艺品等。

1.1.4 铜的工艺能

铜在固态时为面心立方晶体结构,有12个滑移系,因而塑性非常好,易于变形加工,可以方便地进行弯折、锻造、挤压、轧制、深冲、拉伸,冷变形率可超过98%,很容易被加工成板、带、箔、管、棒、型、线和细丝。这也是铜被广泛应用在各个工业部门的重要原因。

铜具有良好的铸造性能,可铸造制作各种像、鼎、钱币等。铜的加工产品都是通过对铸坯的加工变形实现的。

铜具有较好的可焊性,特别适合于软、硬钎焊。

铜还具有良好的电镀性能,因此,铜件表面镀铬、镀镍、镀银在工业生产中得到广泛应用。

纯铜的切削性能远不如黄铜等其他铜合金(约为HPb63-3的20%),但它不像钢铁那样坚硬,也不像纯铝那样软,高速车削时易粘刀。

铜的色泽亮丽典雅、丰富多彩,颇受人类青睐,被认为是庄重、尊严、古朴、典雅、高贵的象征。因此,几千年来,铜被广泛用作装饰材料。

铜具有抑菌性,这是其他金属材料所没有的。铜离子浓度超过0.002mg/L即可抑制细菌的生长。实验证明,在5h内铜器皿水中99%的细菌都会被杀灭。铜可抑制水生物在铜质船只上的附着和生长,这种能力是铜被大量应用在船只、网箱及其他海洋工程上的重要原因。


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