銅及銅合金的工藝性能（今日銅價(jià)）
2023-05-12
1、壓力加工性能
純銅是面心立方晶體結(jié)構(gòu)(fcc)，常溫下有12個(gè)滑移系，塑性變形能強(qiáng)，可以在冷、熱狀下進(jìn)行各種壓力加工成型，如彎折、擠壓、軋制、拉技旋壓、沖壓及自由鍛、模鍛等，可加工成各種形狀，如板、帶、箔、管、體線(xiàn)、型及其他特殊形狀的產(chǎn)品。
熱軋后的純銅坯料冷軋總加工率可達(dá)98%以上。純銅熱擠壓棒坯可以經(jīng)過(guò)85%加工率冷拉成小直徑棒材。完全退火后的純銅線(xiàn)坯拉成細(xì)線(xiàn)的加工率達(dá)98%。
大多數(shù)銅合金都是單相a固溶體，因而大多數(shù)銅合金具有極好的冷、熱日力加工性能，如普通黃銅、普通白銅和大部分高銅合金。普通黃銅在兩次退火電間的冷加工率可達(dá)65%~95%。鋁青銅、普通白銅的變形抗力雖然較大，但在軋制帶材時(shí)，連續(xù)軋制加工率可達(dá)到70%以上而不必進(jìn)行中間退火。正因?yàn)槿绱?，連續(xù)軋制、連續(xù)拉伸是銅加工生產(chǎn)***重要、***常用的方法之一。
具有第二相(如B相等)的高鉛黃銅、高錫青銅、鋅白銅等少數(shù)銅合金不宜熱軋，但可以進(jìn)行熱擠壓和各種冷加工。因此，幾乎所有銅合金都可以采用連鑄-冷軋或連鑄-冷拔這樣近終成型的短流程加工成材。
各種復(fù)雜銅合金受其合金特性影響，易產(chǎn)生成分和結(jié)晶組織偏析，給加工過(guò)程帶來(lái)一定困難。但是，如果在鑄造時(shí)采取低速、緩冷等工藝措施，減少鑄造應(yīng)力和偏析程度，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)木鶆蚧療崽幚?，這些合金仍然可以進(jìn)行熱、冷加工。
1.2 鑄造性能
銅合金的鑄造具有悠久的歷史，自古以來(lái)，考古出土的各種青銅器種類(lèi)繁多，大到銅鼎、銅鐘等大型器物，小到銅槲、銅錢(qián)幣等。目前，各種大型銅像銅雕塑等仍然采用鑄造的方式進(jìn)行生產(chǎn)。同時(shí)，所有的加工銅合金均首先進(jìn)行了鑄造，而后進(jìn)行了加工，因此銅及銅合金具有優(yōu)良的鑄造性能。
1.3 可焊性
銅合金適合于軟釬焊和硬釬焊，許多銅及銅合金還可以用各種氣焊、保護(hù)電弧焊和電阻焊進(jìn)行焊接。添加少量磷可以提高銅合金材料的焊接性能。表1-106列出了主要銅合金所適宜的焊接方法。
與其他金屬相比，銅及銅合金在化學(xué)成分、物理性能方面有獨(dú)特之處，焊接時(shí)有以下特點(diǎn):
(1)熱導(dǎo)率對(duì)銅及銅合金焊接性能的影響很大，焊接銅及銅合金時(shí)，焊接熱量很快傳人母材中，填充金屬與熔池金屬不易很好地熔合，易產(chǎn)生焊不透的那象，焊后變形比較嚴(yán)重，外觀(guān)成型差。這是由于銅的高導(dǎo)熱造成的，銅的熱導(dǎo)率在20℃和1000℃時(shí)分別為393.6W/(m·K)和326.6W/(m·K)，比普通碳大7-1倍，使母材與填充物難以熔合。即使采用熱輸人集中的電弧焊方法來(lái)焊接導(dǎo)熱系數(shù)較低的銅合金，也需要預(yù)熱或焊接過(guò)程中同步加熱。母材厚度越大散熱越嚴(yán)重，越難達(dá)到熔化溫度。焊道層間溫度應(yīng)與預(yù)熱溫度相同。銅合金不像合金鋼那樣常進(jìn)行焊后熱處理，但可控制冷卻速度以盡量減小殘余應(yīng)力和熱脆性。焊接高導(dǎo)熱的工業(yè)銅和低合金銅時(shí)，必須選用能保證***大熱輸人量的電流種類(lèi)和保護(hù)氣體，以補(bǔ)償從焊接區(qū)迅速散失的熱量。
(2)焊接，銅能其中的雜質(zhì)生成熔點(diǎn)為270℃的(Cu+Bi)、熔點(diǎn)為326℃的(Cu+Pb)、熔點(diǎn)為1064℃的(Cuz0+Cu)、熔點(diǎn)為1067℃的(Cu+CuzS)等多種低熔點(diǎn)共晶物。它們?cè)诮Y(jié)晶過(guò)程中分布在枝晶間或晶界處，使銅及銅合金具有明顯的熱脆性。同時(shí)銅和銅合金的膨脹系數(shù)和收縮率較大，增加了焊接接頭的應(yīng)力，更增加了接頭的熱裂傾向。為避免接頭裂紋的出現(xiàn)，焊接時(shí)可采取一些冶金措施:嚴(yán)格***銅中的雜質(zhì)含量;增強(qiáng)對(duì)焊縫的脫氧能力，通過(guò)焊絲加入硅、錳、磷等合金元素;選用能獲得雙相組織的焊絲，使焊縫晶粒細(xì)化，晶界增多，使易熔共晶物分散、不連續(xù)。
(3)熔焊銅及銅合金時(shí)，氣孔出現(xiàn)的傾向比低碳鋼要嚴(yán)重得多。由于銅及其合金導(dǎo)熱系數(shù)大，熔池停留時(shí)間短，使得焊縫中出現(xiàn)氣孔的傾向加劇，成為銅及其合金熔焊的主要困難之一。所形成的氣孔幾乎分布在焊縫的各個(gè)部位。銅中的氣孔主要是由溶解的氫直接引起的擴(kuò)散性氣孔和氧化還原反應(yīng)引起的反應(yīng)性氣孔。減少或消除銅焊縫中的氣孔，主要的措施是減少氫和氧的來(lái)源和用余熱來(lái)延長(zhǎng)熔池存在時(shí)間，使氣體易于逸出。采用含鋁、鈦等強(qiáng)脫氧劑的焊絲，或在銅合金中加人鋁、錫等元素都會(huì)獲得良好的效果
另外，銅中的鎘、鋅、磷等元素的沸點(diǎn)低，在焊接過(guò)程中這些元素的蒸發(fā)可能會(huì)形成氣孔。因此，當(dāng)焊接含有這些元素的銅合金時(shí)，可采用快速焊和含有這些元素的填充絲。
(4) 銅及銅合金在熔焊過(guò)程中，由于晶粒嚴(yán)重長(zhǎng)大、雜質(zhì)和合金元素的滲人、有用合金元素的氧化、蒸發(fā)等，使焊接頭性能發(fā)生很大的變化，如塑性嚴(yán)重變壞、電導(dǎo)率下降、耐蝕性能下降及接頭力學(xué)性能降低等。改善接頭性能的措施，除了減弱熱作用、焊后進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理外，主要的冶金措施是控制雜質(zhì)含量和通過(guò)合金化對(duì)焊縫進(jìn)行變質(zhì)處理。但有時(shí)這些措施是相互矛盾的。例如變質(zhì)處理、細(xì)化焊縫組織可改善塑性，提高耐蝕性能，但會(huì)帶來(lái)導(dǎo)電性能的下降，因此需要根據(jù)不同銅合金接頭的要求來(lái)選用。
1.4 銅合金的切削性能
當(dāng)銅合金加入鉛等不溶于銅且易以游離質(zhì)點(diǎn)狀態(tài)分布在晶界上的元素，造成銅合金在切削時(shí)屑料在晶界處斷裂，此時(shí)銅合金具有良好的切削性。由于游離的鉛質(zhì)點(diǎn)具有潤(rùn)滑和減磨的特性，因此，鉛黃銅都具有***高的切削性能，切屑易碎，工件表面光潔，適宜于自動(dòng)高速車(chē)床加工零件，同時(shí)可用作減磨零件。銅合金的切削性以HPb63-3(C36000)的切削性為100%，其他則是相對(duì)于 HPb63-3的切削性的比例。切削性***好的鉛黃銅鉛含量在3%左右。
總體說(shuō)來(lái)，銅及銅合金的切削性能良好，紫銅類(lèi)和大多數(shù)青銅、普通白銅約為20%，鋁青銅、硅青銅等約為30%。而黃銅的切削性能則優(yōu)于紫銅和一般青銅及白銅。含鉛和鋅的錫鋅鉛青銅如QSn4-4-4的切削性能可達(dá)HPb63-3的90%。
1.5 電鍍性
銅具有良好的可鍍性。銅合金可以被高熔點(diǎn)金屬如Ni、Ag、Cr 等電鍍，也可以被低熔點(diǎn)的金屬如Sn、Zn等電鍍。
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