銅合金應(yīng)用

銅合金電氣工業(yè)

電力輸送

力輸送中需要大量消耗高導電性的銅，主要用于動力電線電纜、匯流排、變壓器、開關(guān)、接插元件和聯(lián)接器等。

在電線電纜的輸電過程中，由于電阻發(fā)熱而白白浪費電能。從節(jié)能和經(jīng)濟的角度考慮，目前世界上正在推廣""最佳電纜截面""標準。過去流行的標準，單純地從降低一次安裝投資的角度出發(fā)，為了盡量減小電纜截面，以在設(shè)計要求的額定電流下，不至出現(xiàn)危險過熱，來確定電纜的最低允許尺寸。按這種標準鋪設(shè)的電纜，雖然安裝費低了；但是在長期使用過程中，電阻能耗卻比較大。""最佳電纜截面""標準，則兼顧一次安裝費用和電能消耗這兩個因素，適當放大電纜尺寸，以達到節(jié)能和最佳綜合經(jīng)濟效益的目的。按照新的標準，電纜截面往往要比老標準加大一倍以上，可以獲得50%左右的節(jié)能效果。

我國在過去一段時間內(nèi)，由于鋼供不應(yīng)求，考慮到鋁的比重只有銅的 30%，在希望減輕重量的架空高壓輸電線路中曾采取以鋁代銅的措施。地下電纜。在這種情況下，鋁與銅相比，存在導電性差和電纜尺寸較大的缺點，而相形見絀。

同樣的原因，以節(jié)能高效的銅繞組變壓器，取代舊的鋁繞組變壓器，也是明智的選擇。

電機制造

在電機制造中，廣泛使用高導電和高強度的銅合金。主要用銅部位是定子、轉(zhuǎn)子和軸頭等。在大型電機中，繞組要用水或氫氣冷卻，稱為雙水內(nèi)冷或氫氣冷卻電機，這就需要大長度的中空導線。

電機是使用電能的大戶，約占全部電能供應(yīng)的60%。一臺電機運轉(zhuǎn)累計電費很高，一般在最初工作5 00小時內(nèi)就達到電機本易的成本，一年內(nèi)相當于成本的4～ 16倍，在整個工作壽命期間可以達到成本的200倍。電機效率的少量提高，不但可以節(jié)能；而且可以獲得顯著的經(jīng)濟效益。開發(fā)和應(yīng)用高效電機，是當前世界上的一個熱門課題。由于電機內(nèi)部的能量消耗，主要來源于繞組的電阻損耗；因此，增大銅線截面是發(fā)展高效電機的一個關(guān)鍵措施。和率先開發(fā)出來的一些高效電機與傳統(tǒng)電機相比，銅繞組的使用量增加25～ 100%。美國能源部正在資助一個開發(fā)項目，擬采用鑄入銅的技術(shù)生產(chǎn)電機轉(zhuǎn)子。

通訊電纜

80年代以來，由于光纖電纜載流容量大等優(yōu)點，在通訊干線上不斷取代銅電纜，而迅速推廣應(yīng)用。但是，把電能轉(zhuǎn)化為光能，以及輸入用戶的線路仍需使用大量的銅。隨著通訊事業(yè)的發(fā)展，人們對通訊的依賴越來越大，對光纖電纜和銅電線的需求都會不斷增加。

住宅電氣線路

隨著我國人民生活水平提高，家電迅速普及，住宅用電負荷增長很快。如圖6.6所示，1987年居民用電量為 269.6億度（ l度=1千瓦

銅合金的分類方法有三種：

銅合金按合金

按合金系劃分，可分為非合金銅和合金銅.非合金銅包括高純銅、韌銅、脫氧銅、無氧銅等，習慣上，人們將非合金銅稱為紫銅或純銅，也叫紅銅，而其他銅合金則屬于合金銅。我國和俄羅斯把合金銅分為黃銅、青銅和白銅，然后在大類中劃分小的合金系。

銅合金按功能

按功能劃分，有導電導熱用銅合金（主要有非合金化銅和微合金化銅）、結(jié)構(gòu)用銅合金（幾乎包括所有銅合金）、耐蝕銅合金（主要有錫黃銅、鋁黃銅、各種不白銅、鋁青銅、鈦青銅等）耐磨銅合金（主要有含鉛、錫、鋁、錳等元素復(fù)雜黃銅、鋁青銅等）、易切削銅合金（銅-鉛、銅-碲、銅-銻等合金）、彈性銅合金（主要有銻青銅、鋁青銅、鈹青銅、鈦青銅等）阻尼銅合金（高錳銅合金等）、藝術(shù)銅合金（純銅、簡單單銅、錫青銅、鋁青銅、白銅等）。顯然，許多銅合金都具有多生功能。

銅合金材料形成方法

按材料形成方法劃分為可為鑄造銅合金和變形銅合金。事實上，許多銅合金既可以用于鑄造，又可以用于變形加工。通常變形銅合金可以用于鑄造，而許多鑄造銅合金卻不能進行鍛造、擠壓、深沖和拉拔等變形加工。鑄造銅合金和變形銅合金又可以細分為鑄造用紫銅、黃銅、青銅和白銅。

銅合金白銅

以鎳為主要添加元素的銅合金。銅鎳二元合金稱普通白銅﹔加有錳﹑鐵﹑鋅﹑鋁等元素的白銅合金稱復(fù)雜白銅。工業(yè)用白銅分為結(jié)構(gòu)白銅和電工白銅兩大類。結(jié)構(gòu)白銅的特點是機械性能和耐蝕性好﹐色澤美觀。這種白銅廣泛用於制造精密機械﹑眼鏡配件、化工機械和船舶構(gòu)件。電工白銅一般有良好的熱電性能。錳銅﹑康銅﹑考銅是含錳量不同的錳白銅﹐是制造精密電工儀器﹑變阻器﹑精密電阻﹑應(yīng)變片﹑熱電偶等用的材料。

銅合金黃銅

黃銅是由銅和鋅所組成的合金。如果只是由銅、鋅組成的黃銅就叫作普通黃銅。黃銅常被用于制造閥門、水管、空調(diào)內(nèi)外機連接管和散熱器等。

如果是由二種以上的元素組成的多種合金就稱為特殊黃銅。如由鉛、錫、錳、鎳、鐵、硅組成的銅合金。特殊黃銅又叫特種黃銅，它強度高、硬度大、耐化學腐蝕性強。還有切削加工的機械性能也較突出。黃銅有較強的耐磨性能。由黃銅所拉成的無縫銅管，質(zhì)軟、耐磨性能強。黃銅無縫管可用于熱交換器和冷凝器、低溫管路、海底運輸管。制造板料、條材、棒材、管材，鑄造零件等。含銅在62%～68%，塑性強，制造耐壓設(shè)備等。

根據(jù)黃銅中所含合金元素種類的不同，黃銅分為普通黃銅和特殊黃銅兩種。壓力加工用的黃銅稱為變形黃銅。黃銅以鋅作主要添加元素的銅合金﹐具有美觀的黃色﹐統(tǒng)稱黃銅。銅鋅二元合金稱普通黃銅或稱簡單黃銅。三元以上的黃銅稱特殊黃銅或稱復(fù)雜黃銅。含鋅低於36%的黃銅合金由固溶體組成﹐具有良好的冷加工性能﹐如含鋅30%的黃銅常用來制作彈殼﹐俗稱彈

殼黃銅或七三黃銅。含鋅在36～42%之間的黃銅合金由和固溶體組成﹐其中最常用的是含鋅40%的六四黃銅。為了改善普通黃銅的性能﹐常添加其他元素﹐如鋁﹑鎳﹑錳﹑錫﹑硅﹑鉛等。鋁能提高黃銅的強度﹑硬度和耐蝕性﹐但使塑性降低﹐適合作海輪冷凝管及其他耐蝕零件。錫能提高黃銅的強度和對海水的耐腐性﹐故稱海軍黃銅﹐用作船舶熱工設(shè)備和螺旋槳等。鉛能改善黃銅的切削性能﹔這種易切削黃銅常用作鐘表零件。黃銅鑄件常用來制作閥門和管道配件等。

銅合金青銅

青銅是我國使用最早的合金，至今已有三千多年的歷史。

青銅原指銅錫合金﹐后除黃銅﹑白銅以外的銅合金均稱青銅﹐并常在青銅名字前冠以第一主要添加元素的名。錫青銅的鑄造性能﹑減摩性能好和機械性能好﹐適合於制造軸承﹑蝸輪﹑齒輪等。鉛青銅是現(xiàn)代發(fā)動機和磨床廣泛使用的軸承材料。鋁青銅強度高﹐耐磨性和耐蝕性好﹐用于鑄造高載荷的齒輪﹑軸套﹑船用螺旋槳等。磷青銅的彈性極限高﹐導電性好﹐適於制造精密彈簧和電接觸元件﹐鈹青銅還用來制造煤礦﹑油庫等使用的無火花工具。鈹銅是一種過飽和固溶體銅基合金，是機械性能，物理性能，化學性能及抗蝕性能良好；粉末冶金制作針對鎢鋼，高碳鋼、耐高溫超硬合金制作的模具需電蝕時，因普通電極損耗大，速度慢，鎢銅是比較理想材料?？箯潖姸取?67Mpa。

銅合金純銅

高品質(zhì)紅銅純度高，組織細密，含氧量極低。無氣孔、沙眼、疏松，導電性能極佳，適合電蝕刻模具，經(jīng)熱處理工藝，電極無方向性，適合精打，細打。

參考參數(shù)：Cu≥99.95%O<003電導率≥57ms/m硬度≥85.2HV

黃銅以鋅作主要添加元素的銅合金，具有美觀的黃色，統(tǒng)稱黃銅。銅鋅二元合金稱普通黃銅或稱簡單黃銅。三元以上的黃銅稱特殊黃銅或稱復(fù)雜黃銅。含鋅低於36%的黃銅合金由固溶體組成，具有良好的冷加工性能，如含鋅30%的黃銅常用來制作彈殼，俗稱彈殼黃銅或七三黃銅。含鋅在36～42%之間的黃銅合金由和固溶體組成，其中最常用的是含鋅40%的六四黃銅。為了改善普通黃銅的性能，常添加其他元素，如鋁、鎳、錳、錫、硅、鉛等。鋁能提高黃銅的強度、硬度和耐蝕性，但使塑性降低，適合作海輪冷凝管及其他耐蝕零件。錫能提高黃銅的強度和對海水的耐腐性，故稱海軍黃銅，用作船舶熱工設(shè)備和螺旋槳等。鉛能改善黃銅的切削性能；這種易切削黃銅常用作鐘表零件。黃銅鑄件常用來制作閥門和管道配件等。船舶常用的消防栓防爆月牙扳手，就是黃銅加鋁鑄造而成。

阻尼銅合金是指具有減振降噪功能的銅合金 。

銀銅合金的硬度比銀高，其導電、導熱性能比其他系合金好，而且價格低廉。這種合金包括觸頭材料已在實際中廣泛應(yīng)用。銀銅合金的牌號很多，92.5%銀銅合金稱為貨幣銀合金，90%銀銅合金稱為鑄幣銀合金，71.9%銀銅稱為共晶合金，10%銀銅合金稱為硬銀。

在小電流的使用領(lǐng)域內(nèi)，該系合金可用作微電機的換相器和旋轉(zhuǎn)開關(guān)等滑動觸頭，在電流較大的使用領(lǐng)域內(nèi)，可用于接觸壓力大以及有油保護的裝備中。銀銅合金的代表組成是95%銀銅、92.5%銀銅、90%銀銅、60%銀銅和5%銀銅合金等。

如圖1所示的平衡相圖，銀和銅是具有互相固溶界限的共晶型合金。在圖中AE，CE是液相線，AB，CD是固相線，BED是共晶反應(yīng)線，E是共晶點，BF，DG表示溶解度曲線，α（Ag）相和β（Cu）相的最大固溶度是B和D。

銅能強化銀，并使熔點和導熱性能顯著降低。銅在銀以固熔體形式存在時，對合金的耐腐蝕性能影響不大。含7.5%～l0%Cu的合金，在705～732℃固熔處理后，淬水，再在280℃時效2h或在300℃時效1h，可使合金顯著強化。如果合金先在氧或含氧氣氛中加熱，然后在氫氣中加熱，就會產(chǎn)生“氫脆”現(xiàn)象。合金中的氧化銅也會降低合金的塑性。銀一銅合金有偏析現(xiàn)象，添加適量的鎳，可以有效降低合金的偏析。如Ag78Cu20Ni2合金比相應(yīng)的銀一銅合金具有較高的耐腐蝕性能和耐磨性能，少量的鎳可提高合金的浸潤性，是首飾加工中應(yīng)用較廣的焊料合金（Ag75Cu24.5Ni0.5，Ag71.5Cu28Ni0.5，Ag71.15Cu28.1Ni0.75等）。銀一銅合金中加入少量的礬元素，可顯著提高合金的硬度和強度，如Ag89.6Cu10V0.4合金。尤其是可提高對硫化氫、二氧化硫及濕熱氣氛的抗腐蝕性能。

耐磨銅合金是指以銅為基的耐磨合金，有青銅及黃銅兩大類 。