铜是人类最早应用的金属，人类的历史就曾经历过青铜器时代。直至今日，铜仍然是极其重要的基础金属材料，在全世界产量仅次于铁和铝。铜在日常生活中应用广泛，在国民经济的发展中起着重要的作用。
纯铜
纯铜呈玫瑰红色（图8-15），表面形成氧化亚铜膜后为紫红色，故纯铜俗称紫铜。由于纯铜是用电解方法冶炼得到，故又称电解铜。纯铜的密度为8.96g／cm3，熔点为1083℃，具有面心立方晶格，无同素异构转变。
图8-15 工业纯铜
纯铜具有优良的导电性、导热性和耐蚀性 （抗大气和海水腐蚀），铜还具有抗磁性。纯铜的强度不高，硬度很低，塑性很好。冷塑性变形后可使铜的抗拉强度提高到400～500MPa，但伸长率急剧下降到2％左右。为了满足制作结构件的要求，必须制成各种铜合金。
根据杂质的含量，工业纯铜可分为T1、T2、T3、T4四种，纯铜的牌号、成分及用途见表8-4。
表8-4 纯铜的牌号、成分及用途
纯铜主要用作导电材料，如电线和电缆 （图8-16）、加热器 （图8-17）、工艺品（图8-18）等，还可用来配制各种合金。纯铜及其合金对于制造不能受磁性干扰的磁学仪器，如软盘、航空仪表、炮兵瞄准环等具有重要价值。
图8-16 电线电缆
图8-17 紫铜加热器
图8-18 鎏金铜龙
铜合金
铜合金按化学成分可分为黄铜、白铜和青铜三大类。机器制造业中，应用较广的是黄铜和青铜。
1.黄铜
黄铜是以锌为主加元素的铜合金，按照化学成分的不同，黄铜可分为普通黄铜和特殊黄铜。
1）普通黄铜
普通黄铜具有良好的耐蚀性、铸造性和可加工性。普通黄铜的强度和塑性与含锌量有密切的关系，当含锌量增加至30％～32％时，塑性最大；当含锌量在39％～45％时，塑性下降而强度增高；当含锌量超过45％以后，其强度和塑性开始急剧下降，在生产中已无实用价值。
普通黄铜的牌号用 “H＋数字”表示。其中 “H”是黄铜的 “黄”字汉语拼音首字母，数字表示平均含铜量的百分数。如H62表示平均含铜量为62％、含锌量为38％的普通黄铜。
铸造黄铜的牌号用 “ZCu”＋主加元素的元素符号＋主加元素的含量＋其他加入元素的元素符号及含量组成，如ZCu Zn38表示平均含锌38％的铸造铜合金。
常用的普通黄铜H90、H80具有优良的耐蚀性、导热性，适宜于冷加工，常用于镀层、艺术装饰品、钱币及散热器 （图8-19）等。H70、H68按成分俗称七三黄铜，具有优良的冷、热变形能力，适于制造冷变形零件，如形状复杂而要求耐蚀的管、套类零件，如弹壳 （图8-20）、乐器 （图8-21）、冷凝器管等。H62、H59按成分称为六四黄铜，强度较高并具有一定的耐蚀性，广泛用来制造电子电器上要求导电、耐蚀及适当强度的结构件，如螺栓、螺母、弹簧、轴套 （图8-22）等。
图8-19 黄铜散热器
图8-20 弹壳
图8-21 黄铜乐器
图8-22 黄铜管件
表8-5为常用普通黄铜的化学成分、主要特征和用途。
表8-5 常用普通黄铜的化学成分、主要特征和用途
2）特殊黄铜
在普通黄铜中加入其他合金元素形成各种特殊黄铜。常加入的合金元素有锡、硅、锰、铅和铝等，分别形成锡黄铜、硅黄铜、锰黄铜、铅黄铜和铝黄铜。常用特殊黄铜的化学成分、主要特征和用途见表8-6。
表8-6 常用特殊黄铜的化学成分、主要特征和用途
锡可显著提高黄铜在海洋大气和海水中的耐蚀性，还能一定程度提高黄铜的强度。压力加工锡黄铜广泛用于制造海船零件。图8-23为锡黄铜螺旋桨。
硅能显著提高黄铜的力学性能、耐磨性和耐蚀性。硅黄铜具有良好的铸造性能，还能进行切削加工和焊接，主要用于制造船舶及化工机械零件。
锰能提高黄铜的强度，同时保持良好的塑性，还能提高在海水中及过热蒸汽中的耐蚀性。锰黄铜常用于制造海船零件及轴承等耐磨部件。
铅虽然使黄铜的力学性能恶化，但能改善其切削加工性能。图8-24为铅黄铜件。
图8-23 锡黄铜螺旋桨
图8-24 铅黄铜件
铝能提高黄铜的强度和硬度，但使塑性降低。铝能使黄铜表面形成保护性的氧化膜，因而改善黄铜在大气中的耐蚀性。图8-25为高强度耐磨铝黄铜。
图8-25 高强度耐磨铝黄铜
2.白铜
以镍为主要合金元素的铜合金称为白铜，按照化学成分的不同，白铜又分为普通白铜和特殊白铜。常用白铜的牌号、化学成分和用途见表8-7。
表8-7 常用白铜的牌号、化学成分和用途
含镍量小于50％的铜合金称为普通白铜。由于铜和镍固态下形成无限固溶体，因而白铜具有优良的塑性、耐蚀性、耐热性和特殊的电性能。普通白铜常用来制造钱币、精密机械零件、电器元件等。
特殊白铜是在普通白铜中加入锌、铝、锰等元素组成的合金。分别称锌白铜、铝白铜、锰白铜等。其耐蚀性、强度和塑性高，成本低。图8-26为白铜带材，图8-27为锌白铜表壳。
图8-26 白铜带材
图8-27 锌白铜表壳
3.青铜
除了黄铜和白铜外，其余所有的铜合金都称为青铜。按主加元素种类的不同，青铜可分为锡青铜、铝青铜、硅青铜和铍青铜等。
青铜的牌号表示方法是：“Q＋第一个主加元素符号＋主加元素质量分数＋其他元素含量”。如QSn4-3表示成分为4％Sn、3％Zn、其余为铜的锡青铜。
1）锡青铜
锡青铜是以锡为主加元素的铜合金。当w（Sn）≤5％时，随着含锡量的增加，合金的强度和塑性都增加。当w（Sn）≥6％时，组织中出现硬而脆的δ相，导致强度升高但塑性下降。当w（Sn）＞20％时，由于出现过多的δ相，合金变得很脆，强度也显著下降。工业上用的锡青铜的含锡量通常为3％～14％，一般w（Sn）≤5％的锡青铜适宜于冷加工，w（Sn）＝5％～7％的锡青铜适宜于热加工，w（Sn）＞10％的锡青铜适宜于铸造。
锡青铜耐蚀性良好，在大气、海水及无机盐溶液中的耐蚀性比纯铜和黄铜好，耐磨性和铸造性也很好，广泛用于制造耐磨零件、艺术品以及与酸、碱、蒸汽接触的零件。图8-28为锡青铜会徽，图8-29为锡青铜轴承，图8-30为锡青铜透光镜。
图8-28 锡青铜会徽
图8-29 锡青铜轴承
图8-30 锡青铜透光镜
2）铝青铜
以铝为主加元素的铜合金称为铝青铜。铝青铜强度、硬度、耐磨性、耐热性及耐蚀性均高于黄铜和锡青铜，铸造性能良好，还可以通过淬火进行强化，但焊接性能比较差。铝青铜主要用于制造齿轮、轴套、蜗轮等在复杂条件下工作的高强度耐磨零件、弹簧以及其他要求高耐蚀性的弹性元件。图8-31为铝青铜法兰，图8-32为铝青铜阀板。
图8-31 铝青铜法兰
图8-32 铝青铜阀板
3）铍青铜
铍青铜是以铍为主加元素的铜合金，铍含量一般为1.7％～2.5％。铍青铜热处理强化后的抗拉强度高达1250～1500MPa，硬度可达350～400HBS。铍青铜的弹性极限、疲劳极限、耐磨性和耐蚀性优异，具有良好的导电性和导热性，并具有无磁性、耐寒、受冲击时不产生火花等一系列优点。
铍青铜主要用于制造精密仪器的重要弹簧和其他弹性元件，如钟表齿轮、高速高压下工作的轴承及衬套等耐磨零件，以及电焊机电极、防爆工具、航海罗盘等重要机件。图8-33为铍青铜冲压件，图8-34为铍青铜防爆活扳手，图8-35为铍青铜簧片。
图8-33 铍青铜冲压件
图8-34 铍青铜防爆活扳手
图8-35 铍青铜簧片
常用青铜的牌号、力学性能和用途见表8-8。
表8-8 常用青铜的牌号、力学性能和用途
练习与实践
一、填空题
1.纯铜具有__________晶格，塑性__________ （好、差），强度__________ （高、低），耐蚀性能__________ （好、差）。
2.工业上使用的纯铜，其牌号有__________、__________和__________三种，顺序号越大，杂质含量越__________。
3.铜合金根据化学成分的不同，可分为__________、__________和__________三类。Cu-Zn合金一般称为__________铜，而Cu-Sn合金一般称为__________铜。
4.H68表示含铜__________％、含锌__________％的__________黄铜。
5.请选择合适的普通黄铜制造下列产品。
普通黄铜牌号：H62、H70、H90。
6.将下列铜合金的牌号填入相应的表格。
牌号：QSn4-3、B30、H80、HMn58-2。
二、选择题
1.生产机床上的一些滑动轴承可选用 （ ）。
A.黄铜 B.青铜 C.白铜 D.铝合金
2.钟表齿轮常用 （ ）制造。
A.黄铜 B.青铜 C.白铜 D.紫铜
3.HPb59-1表示 （ ）。
A.灰铸铁 B.铅黄铜 C.铅青铜 D.锡青铜
三、判断题 （下列说法你认为对的打√，错的打×）
1.锰黄铜具有良好的耐蚀性。 （ ）
2.特殊黄铜不含锌。 （ ）
3.四六黄铜是普通黄铜中强度最高的一种。 （ ）
4.H70表示含铜量为70％的普通黄铜。 （ ）
5.特殊青铜是在锡青铜的基础上再加入其他元素的青铜。 （ ）
四、简述与实践题
为什么H62黄铜的强度高而塑性较低？而H68黄铜的塑性比H62黄铜好？
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