铜合金特性及其应用报告

1铜合金特性及其应用报告2014年3月目录2目录1导语71.1人类不可或缺的基础材料71.1.1铜的基础数据71.1.2铜的基本持性71.1.3铜的用途71.2铜应用简史81.2.1人类最早大视模使用的金属材料是铜而不是铁81.2.2从铁器时代开始，铜逐渐退居第二位91.2.3工业革命促进了铜工业的发展和铜产品的应用91.2.4电气时代是铜产品迅速扩展并系列化的时期91.2.5电子与信息化时代对铜产业提出新要求101.3中国铜材料及其生产的发展101.3.1产量规模101.3.2品种111.3.3质量121.3.4技术121.3.5装备设计和制造能力122铜及其合金材料的性能142.1铜及其合金的分类142.2铜合金的成分142.2.1纯铜152.2.2铜合金152.3铜及其合金的基本性能182.3.1铜及其合金的物理性能182.3.2铜及铜合金的力学性能182.3.3铜合金的耐蚀性192.3.4铜及铜合金的工艺牲能202.3.5铜合金的抑菌性203铜及铜合金产品的生产方法223.1概述223.2熔炼和铸造223.3铜合金板带箔的生产253.3.1铸锭加热和热轧2533.3.2铣面263.3.3冷轧263.3.4热处理273.3.5表面处理293.3.6精整293.4铜合金管棒型线材的生产方法303.4.1挤压303.4.2轧制313.4.3拉伸333.4.4热处理343.4.5精整343.5铜合金材料的特殊加工方法353.5.1异种材料复合技术353.5.2粉末冶金法363.5.3定向凝固及单晶制备技术373.5.4机械合金化374铜作为导电材料的应用384.1铜导体的最主要应用产品384.1.1铜电线384.1.2铜电缆384.1.3电机车接触线394.1.4铜母线404.1.5开关414.1.6印刷电路板414.1.7引线框架424.2铜导电产品对材料性能的要求444.2.1电牲能444.2.2朹械性能444.3导电铜材料的开发444.3.1电线电缆444.3.2同轴电缆管、电缆带444.3.3印刷电路板用铜箔454.3.4铜排474.3.5高铁接触线484.3.6空心导线5044.3.7引线框架铜带515换热用铜材的应用545.1热交换器545.2紫铜管、板555.2.1结晶器用铜材565.2.2电炉感应器595.2.3高炉冷却壁板605.2.4冰箱、空调器用铜管615.2.5太阳能集热器用铜管645.2.6热管665.3铜合金管、板带705.3.1汽车水箱带715.3.2冷凝管745.3.3板式换热器铜合金板756耐磨铜合金材料的应用776.1主要的耐磨铜合金776.2汽车同步器齿环796.2.1同步器齿环796.2.2同步器齿环管加工方法816.3高铁线夹826.3.1接触网线夹826.3.2接触网线夹材料加工方法846.4整流子、集电环856.5液压泵摩擦副857铜合金弹牲材料的应用和开发877.1几种主要弹性铜合金877.1.1锡磷青铜877.1.2铍青铜877.1.3钛青铜897.1.4锌白铜897.2接挿件（端子）897.2.1汽车接插件897.2.2接挿件材料的开发918易切削铜材的应用938.1普通易切削铜合金9358.2环保型无铅易切削黄铜棒959几种特殊铜材的应用与开发989.1铜粉989.1.1铜粉的应用989.1.2铜粉的应用市场999.1.3铜粉的生产1009.1.4弥散强化无氧铜1019.2磷铜球1029.3铜管件10310铜在装饰和艺术领域的应用10510.1铜及其合金的装饰和艺术价值10510.1.1铜及其合金的色泽10510.1.2铜及其合金的耐蚀性10510.1.3铜及其合金的工艺成型性10510.2古代装饰与艺术用铜合金10610.3近、现代艺术与装饰铜合金11110.4铜材与建筑艺术11511中国铜材消费市场12011.1中国是世界上最大的铜材消费市场12011.2中国铜材的消费结构12011.2.1品种消费结构12011.2.2行业消费结构12011.3主要铜产品消费市场和前景12111.3.1电线电缆12111.3.2热交换器用铜材12311.3.3高精度带箔12411.3.4易切削铜合金材料12411.3.5高性能铜合金材料12512中国铜材面临的挑战12612.1更高性能的挑战12612.1.1高纯铜12612.1.2高强高导铜合金12712.1.3高强耐蚀铜合金12812.1.4高耐磨铜合金12812.1.5高弹牲铜合金128612.2环保、能耗、成本的挑战12812.2.1无铅易切削铜合金12912.2.2同步器齿环管12912.2.3热交换管材和板带材13012.2.4铜铝复合材料13112.3技术发展水平的挑战13271导语1.1人类不可或缺的基础材料1.1.1铜的基础数据铜，化学元素符号是Cu，在元素周期表中位于第4周期，属于IB族，铜的原子序数为29，相对原子量是63.57，原子半径1.57À。原子结构是原子核外有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―0.085×10-6，也没有同素异构转变。在685-1062℃范围内，铜中的自扩散系数D0为0.468cm2/s，扩散激活能/(273)0()QRtQDDe−+=⋅等于197.99kJ·mol。99.9%Cu的密度ρ=8910kg/m3。铜的电导率为58m/（Ω·mm2)，热导率为386W/（m·K）。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（f.c.c）晶体结构，在{111}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%，排笫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，在地壳中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。中国选冶铜矿物原料主要是黄铜矿、辉铜矿、斑铜矿、孔雀石等。中国是贫铜国家，而且铜矿的品位较低。每年需从国外进口千万吨的精铜矿砂、几百万吨的阴极铜和废杂铜。降低消耗、有效用铜，是铜加工业内人士和铜的消费者共同的责任。1.1.2铜的基本持性铜及其合金具有一系列的优异特性：它的导电、导热性仅次于银而优于其他所有金属，是昀理想而实用的导电导热材料；它的耐蚀性远优于钢铁，其耐碱性优于铝；它的强度适中，有良好的延展性；它的一些合金有很高的耐磨性和弹性；它的抑菌性可谓独一无二；它的色泽丰富多彩有极强的装饰性；它可铸造、易切削、易加工、可电镀、可焊接，等等。1.1.3铜的用途铜是应用昀广泛的金属材料之一，居第三位，仅次于铁和铝。铜作为一种基础材料，其首要用途，也是昀大应用领域是电力工业，其铜材用量超过全8部铜材消费量的50%。用作发电和输变电设备、电缆、电线等。铜的第二大应用领域是机电制造业。各种电机、电控仪器仪表、换热设备、齿轮、蜗轮、泵阀、轴承等机电产品使用的铜材约占15%。现代信息产业方兴未艾，是铜应用昀具前途的领域。计算机、固定和移动电话发送和接收设备、网络工程等消费铜材的数量急剧增长。建筑业也是铜的重要应用领域，在国外，约占15%左右。近年来，建筑用铜材在中国有不断地增加的趋势，特别是铜水管、空调器已经进入乡镇百姓家。铜还是钢铁、铝合金、镍铬高温合金的重要添加成分，还是油漆和电镀的主要原料之一。铜及铜合金作为特殊的功能材料，如形状记忆铜合金、阻尼铜合金、耐蚀铜合金、耐磨铜合金等，是军工、航天、高科技等领域不可或缺的材料。图1.1所表示的是铜的基本应用结构。图1.1铜的消费结构铜产品的使用，从小小的钮扣、拉链到炊具、餐具；从螺钉、垫片到各种机械；从建筑装饰到交通工具；从电熨斗、热水器到发电站、输变电设备；从网络通讯到太空探测，可以说人类生活的一切活动几乎都离不开铜及铜合金产品。1.2铜的应用简史1.2.1人类昀早大视模使用的金属材料是铜而不是铁古代人类的历史一般分为旧石器时代、新石器时代、青铜器时代和铁器时代。早在六七千年前的新石器时代，中国的先民率先发明了铜器。图1.2是1975年甘肃东乡马家窑出土的铜刀，距今约5000余年，是中国昀早的青铜器。专家们认为新石器时期铜器的发明为商周青铜器文化的繁荣和发展准备了条件，这是中国进入青铜器时代的标志。9图1.21975年甘肃东乡马家窑出土的铜刀商周的青铜器是一种时尚，是权力、地位和财富的象征。到春秋战国时期青铜器的使用已经相当普遍，从刀剑到炊具，从祭器到乐器，从神兽到乐甬，无所不有。而且大都结构严谨、造型巧妙、纹饰精致，成为中华古文化中昀辉煌的篇章，也是世界文化遗产中昀璀灿的奇皅。1.2.2从铁器时代开始，铜逐渐退居第二位世界上昀早进入铁器时代的是欧印西台帝国，大约在公元前1400年左右。公元前2世纪，也就是秦汉时期，中国完全进入铁器时代。直到十八世纪第一次工业革命的二三千年间，铜主要用作货币、镜、盆等生活器血以及宗教神像和礼器，从数量上讲并没有扩大。1.2.3工业革命促进了铜工业的发展和铜产品的应用以1765年英国人瓦特发明蒸汽机为标志，人类从手工业时代迈入机器工业时代。工业革命带动了机械的全面发展和普遍使用，也促进了铜工业的发展和铜产品的应用。铜质的轴瓦、螺栓、蜗轮、连杆、阀门等显示了特殊的功能。也正是机器工业使铜的制造技术从比较简单的冶炼铸造和锻造发展到压延、挤压、拉伸等多种技术，铜的合金种类和加工产品品种也丰富多样起来。1.2.4电气时代是铜产品迅速扩展并系列化的时期瓦特发明蒸汽机100多年后人类社会生产力发展又有一次重大飞跃。人们把这次变革叫做“第二次工业革命”，它以电力的广泛应用为显著特点。图1.31879年10月21日，爱迪生终于点燃了世界上第一盏有实用价值的电灯101831年，英国科学家法拉第发现电磁感应现象。科学家们在进一步完善电学理论的同时，开始研制发电机。1866年，德国科学家西门子制成第一部发电机。1870年比利时人格拉姆发明电动机，电力开始用于带动机器，成为补充和取代蒸汽动力的新能源。于是电力工业和电器制造业迅速发展。电灯、电车、电钻、电焊机等电气产品如雨后春笋般地涌现出来。人类跨入了“电气时代”。铜成了这个时代的宠儿。十九世纪冶金学在工业革命的推动下被人们重视起来，金相学技术普遍应用，通过物理性能测定或热分析方法研究相变已积累了一定经验，用相律指导相图的工作大量开展，这些都为金属材料的发展提供了条件，铜工业迎来了黄金时期，产量连年翻番。紫黄青白、板带条箔、管棒型线丝、粉、球等等，品种空前繁多。1.2.5电子与信息化时代对铜产业提出新要求如果说半导体的应用开启了电子时代，则计算机和网络投术的发展标志着信息化时代的到来（图1.4）。图1.4计算机和信息时代按照托夫勒的观点，第三次浪潮是信息革命，大约从20世纪50年代中期开始，其代表性象征为电子计算机的诞生。信息化时代的物质基础是信息的自动化采集、信息交换与处理、控制和执行等系统的装置。随着智能化信息设备的广泛应用对铜产品提出了新的要求：高性能、产品特性的高度一致性。1.3中国铜材料及其生产的发展中国的先民们虽然在3000年前就创造了闻名遐尔的青铜文化，但到近代，由于长期的封建统治，至解放前夕，中国的铜工业几乎一片空白，只有十几家破败而又简陋的作坊，精炼铜不足3千吨，铜加工材仅有2千吨。解放后，自力更生、艰苦奋斗，先后改造和新建起了沈阳冶炼厂、上海冶炼厂、沈阳有色金属加工厂、洛阳铜加工厂等骨干企业，为共和国的发展做出了贡献。改革开放30年来，民营和集体铜加工企业如雨后春笋逢勃发展，中国铜加工业发生了翻天覆地的变化，取得了举