杂质及微量元素对铜压力加工性能的影响
发布时间：2025-11-28 点击：3
纯铜中的杂质分为三类：
⑴固溶于铜的杂质及微量元素；
⑵很少固溶于铜，并与铜形成易熔共晶的杂质及微量元素；
⑶几乎不固溶于铜，并与铜形成熔点较高的脆性化合物的杂质及微量元素。
杂质元素对铜塑性的影响，取决于铜与元素的相互作用。当杂质元素固溶于铜时，影响不大；若杂质元素与铜形成低熔点共晶时，则会产生“热脆”。若杂质元素与铜形成脆性化合物分布于晶界时，则产生“冷脆”。
磷：固溶于铜的杂质磷熔点44℃，700℃时磷在铜中的溶解度为1.75％，而200℃时则只溶解0.4％，温度下降磷在铜中的溶解度也下降。磷显著降低铜的导电、导热性，但对铜的机械性能特别是对焊接性能有益。磷常作为铜的脱氧剂使用，并提高铜液的流动性。过量的磷会生成cu3p脆性化合物，造成“冷脆”，所以过量的磷有害。
砷：熔点613℃，在固态铜中可溶解7.5％。少量as对机械性能没明显影响，但显著降低铜的导电、导热性。砷可提高铜的再结晶温度，提高铜的耐热性；此外，砷显著提高铜的耐蚀性，作冷凝管用的铜管中均加入少量的砷；还可改善含氧铜的加工性能。
锑： 熔点630℃，共晶温度（645℃）下锑在铜中的固溶度11％。随温度降低，锑在铜中的溶解度急剧降低，并形成脆性cu3sb，分布在晶界上而造成“冷脆”。锑同时造成铜的导电性和导热性的严重降低，导电用铜的含锑量不允许超过0.002％。
铅： 熔点327℃，基本上不溶解于铜，微量的铅与铜形成低熔点共晶组织(cu＋pb)，共晶温度为326℃，共晶体最后结晶并集中在晶界上，铅呈黑色颗粒状分布在晶界上，热加工时，铅先熔化，使金属晶粒之间的结合力受到破坏，造成“热脆”。铅限制在0.005～0.05％。
铋： 熔点为271℃，不溶于cu中，在270℃与cu生成低熔点共晶(cu+bi) 。bi在低熔点共晶中呈薄膜状分布在铜的晶界上，热加工时，薄膜熔化而造成“热脆”。bi本身也是脆性相，使铜在冷态下也会变脆，所以bi不但造成“热脆”，也造成“冷脆”，对铜危害严重。铋的极限含量不大于0.002％。
氧：不固溶于铜，与铜形成高熔点脆性化合物cu2o，含氧铜冷凝时，氧呈共晶体(cu+cu2o)析出，分布在晶界上。共晶温度很高(1066℃)，对热变形性能不产生影响，但cu2o硬而脆，使冷变形产生困难，致使金属发生“冷脆"。含氧铜在氢或还原性气氛中退火时，会出现“氢病”.“氢病”的本质是由于退火时，氢或还原性气氛易于渗入铜中与cuo的氧化合而形成水蒸气或co2。
100g含氧0.01％的铜在氢气中退火，会形成140cm3的蒸汽。生成的水蒸汽无法扩散，在铜中形成很高的压力，使铜遭到破坏。含氧量达0.005％的铜，即出现“氢病”。
根据氧含量和生产方法，纯铜可分无氧铜、脱氧铜和纯铜三类，其中只有无氧铜才能在高温还原性气氛中加工使用。
硫：形成共晶系相图，共晶温度较高，对铜热变形影响不明显，共晶体(α+cu2s)集中在晶界上，cu2s硬而脆，致使金属发生“冷脆”。 硫的最大允许含量为0.005～0.01％。
硒，碲：在固态铜中的溶解度极小，生成cu2se、cu2te脆性化合物，凝固时沿晶界析出，造成“冷脆”。铜中含0.003％硒和0.005～0.003％碲即可使其焊接性能恶化。
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⑴固溶于铜的杂质及微量元素；
⑵很少固溶于铜，并与铜形成易熔共晶的杂质及微量元素；
⑶几乎不固溶于铜，并与铜形成熔点较高的脆性化合物的杂质及微量元素。
杂质元素对铜塑性的影响，取决于铜与元素的相互作用。当杂质元素固溶于铜时，影响不大；若杂质元素与铜形成低熔点共晶时，则会产生“热脆”。若杂质元素与铜形成脆性化合物分布于晶界时，则产生“冷脆”。
磷：固溶于铜的杂质磷熔点44℃，700℃时磷在铜中的溶解度为1.75％，而200℃时则只溶解0.4％，温度下降磷在铜中的溶解度也下降。磷显著降低铜的导电、导热性，但对铜的机械性能特别是对焊接性能有益。磷常作为铜的脱氧剂使用，并提高铜液的流动性。过量的磷会生成cu3p脆性化合物，造成“冷脆”，所以过量的磷有害。
砷：熔点613℃，在固态铜中可溶解7.5％。少量as对机械性能没明显影响，但显著降低铜的导电、导热性。砷可提高铜的再结晶温度，提高铜的耐热性；此外，砷显著提高铜的耐蚀性，作冷凝管用的铜管中均加入少量的砷；还可改善含氧铜的加工性能。
锑： 熔点630℃，共晶温度（645℃）下锑在铜中的固溶度11％。随温度降低，锑在铜中的溶解度急剧降低，并形成脆性cu3sb，分布在晶界上而造成“冷脆”。锑同时造成铜的导电性和导热性的严重降低，导电用铜的含锑量不允许超过0.002％。
铅： 熔点327℃，基本上不溶解于铜，微量的铅与铜形成低熔点共晶组织(cu＋pb)，共晶温度为326℃，共晶体最后结晶并集中在晶界上，铅呈黑色颗粒状分布在晶界上，热加工时，铅先熔化，使金属晶粒之间的结合力受到破坏，造成“热脆”。铅限制在0.005～0.05％。
铋： 熔点为271℃，不溶于cu中，在270℃与cu生成低熔点共晶(cu+bi) 。bi在低熔点共晶中呈薄膜状分布在铜的晶界上，热加工时，薄膜熔化而造成“热脆”。bi本身也是脆性相，使铜在冷态下也会变脆，所以bi不但造成“热脆”，也造成“冷脆”，对铜危害严重。铋的极限含量不大于0.002％。
氧：不固溶于铜，与铜形成高熔点脆性化合物cu2o，含氧铜冷凝时，氧呈共晶体(cu+cu2o)析出，分布在晶界上。共晶温度很高(1066℃)，对热变形性能不产生影响，但cu2o硬而脆，使冷变形产生困难，致使金属发生“冷脆"。含氧铜在氢或还原性气氛中退火时，会出现“氢病”.“氢病”的本质是由于退火时，氢或还原性气氛易于渗入铜中与cuo的氧化合而形成水蒸气或co2。
100g含氧0.01％的铜在氢气中退火，会形成140cm3的蒸汽。生成的水蒸汽无法扩散，在铜中形成很高的压力，使铜遭到破坏。含氧量达0.005％的铜，即出现“氢病”。
根据氧含量和生产方法，纯铜可分无氧铜、脱氧铜和纯铜三类，其中只有无氧铜才能在高温还原性气氛中加工使用。
硫：形成共晶系相图，共晶温度较高，对铜热变形影响不明显，共晶体(α+cu2s)集中在晶界上，cu2s硬而脆，致使金属发生“冷脆”。 硫的最大允许含量为0.005～0.01％。
硒，碲：在固态铜中的溶解度极小，生成cu2se、cu2te脆性化合物，凝固时沿晶界析出，造成“冷脆”。铜中含0.003％硒和0.005～0.003％碲即可使其焊接性能恶化。
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