EN 12163 CuZr TH 锆铜合金 – 高强度高导电低合金铜
材料概述
CuZr (材料号 CW120C，对应 DIN 17666 2.1580) 是可时效硬化的低合金铜。虽强度不如 CuCrZr，但具有优异的抗回火软化性和高温蠕变强度，同时保持高导电率。加工硬化消除温度约 525 °C。适用于高负荷换向器片、大型电机转子绕组、二极管基座、电阻焊电极、电子计算机元件等。
加工性能评级
| 加工项目 | 评级 |
|---|
| 热/冷成形 | 良好 |
| 切削加工 | 中等 |
| 软钎焊 | 中等 |
| 硬钎焊 | 中等 |
| 气体保护焊 | 中等 |
| 抛光/烧光 | 良好 |
化学成分 (质量分数 %)
| 元素 | 含量范围 |
|---|
| 铜 (Cu) | 余量 (≥ 99.7) |
| 锆 (Zr) | 0.10 – 0.20 |
| 杂质总量 | ≤ 0.1 |
主要性能参数 (TH 时效硬化态)
一般性能
| 性能项目 | 温度 | 数值 |
|---|
| 密度 | 20.0 °C | 8.9 g/cm³ |
力学性能
| 性能项目 | 温度 | 数值 | 备注 |
|---|
| 弹性模量 | 23.0 °C | 95 – 98 GPa | 纯铜/低合金铜典型值 |
| 延伸率 (A) | 20.0 °C | 18 – 20 % | |
| 延伸率 A10 | 20.0 °C | 14 – 15 % | |
| 布氏硬度 (HB) | 20.0 °C | 90 – 130 | |
| 维氏硬度 (HV) | 20.0 °C | 95 – 135 | |
| 泊松比 | 23.0 °C | 0.34 | 纯铜/低合金铜典型值 |
| 剪切模量 | 23.0 °C | 48 GPa | 纯铜/低合金铜典型值 |
| 抗拉强度 | 20.0 °C | 280 – 350 MPa | |
| 屈服强度 Rp0.2 | 20.0 °C | 180 – 300 MPa | |
热学性能
| 性能项目 | 温度 | 数值 | 备注 |
|---|
| 热膨胀系数 | 23.0 °C | 1.6×10⁻⁵ – 1.8×10⁻⁵ 1/K | 纯铜/低合金铜典型值 |
| 熔点范围 | – | 965 – 1100 °C | 纯铜/低合金铜典型值 |
| 比热容 | 23.0 °C | 377 – 420 J/(kg·K) | 纯铜/低合金铜典型值 |
热处理工艺 (关键)
- 固溶处理：920–980 °C × 1–3 h → 水/油快冷 (获得过饱和固溶体)
- 时效硬化：400–500 °C × 1–4 h → 空冷 (析出细微 Cu₅Zr 强化相)
- 去应力退火：200–300 °C × 1–2 h (如需)
- 退火软化：550–650 °C × 1–2 h → 炉冷 (恢复高延展性以便进一步冷加工)
CuZr 与 CuCrZr 对比选用
| 性能指标 | CuZr (CW120C) | CuCrZr (CW106C) | 选用建议 |
|---|
| 抗拉强度 (MPa) | 280–350 | 350–450 | 极高强度选 CuCrZr |
| 导电率 (% IACS) | 80–85 | 75–80 | 极高导电率选 CuZr |
| 抗回火软化 (500°C) | 优秀 | 良好 | 高温长期工作选 CuZr |
| 蠕变强度 (300°C) | 高 | 中等 | 高温结构件选 CuZr |
| 焊接性 | 中等 | 较差 (Cr 析出) | 需焊接优先 CuZr |
| 成本 | 较低 | 较高 | 综合性价比 CuZr 优 |
典型应用
- 大型电机/发电机转子绕组导条、换向器片 (高离心力+高导电)
- 电阻焊电极 (高硬度+高导电+抗粘连)
- 高压开关触头、真空断路器导电杆
- 电子计算机/功率电子散热基板、引线框架
- 高温蠕变环境下的结构导电部件 (≤ 400 °C)
设计提示
锆含量 0.1–0.2% 是强度与导电率平衡的关键。实际生产中需严格控制杂质 (特别是 Si, Fe, P)，因其显著降低导电率。时效工艺窗口较宽，便于工厂批量稳定生产。TH 状态材料无需进一步热处理可直接加工使用。
