铜、黄铜和青铜通常被归类为有色金属,属于同一类红色金属。它们均具有耐腐蚀、高导电/导热性和可焊接性等特点,使其广泛应用于建筑、电子、艺术品、机械等行业。
虽然这些金属具有相似的特性,但每种金属都具有对于特定应用至关重要的独特特性。了解它们的差异对于选择最适合您的项目的非常重要。
本文展示了每种材料的独特特性,阐明了铜、黄铜和青铜之间的差异。我们将指导您找到更好的解决方案,为您的项目选择合适的材料。

铜,在元素周期表中标记为Cu,是一种天然存在的金属元素,具有独特的红橙色。它是自然界中发现的少数可以直接加工的金属之一,而且由于铜更纯净,它通常具有更高的价值,并且能够在不损失任何质量的情况下回收利用。
铜根据其纯度以及其他添加元素的类型和含量分为各种等级。以下是一些常见的铜牌号:
电解韧铜(ETP)铜(C11000):含铜量至少为99.90%,是最常见的铜牌号。它不仅具有最高水平的导热性和导电性,而且还具有出色的成型性和延展性。
无氧高导 (OFHC) 铜 (C10100):一种含氧量极低的高导铜。这一特性增强了其导电性并降低了氧化风险。
脱氧高磷(DHP)铜(C12200):机械性能与C11000相似,但含有少量磷。这种添加可以去除金属中的氧,增强其可焊性和钎焊能力,同时还可以防止氢脆。
碲铜(C14500):含有少量碲,通常在0.4%至0.7%之间。碲的添加增强了机械加工性,而不会显着影响电导率。

黄铜是一种主要由铜和锌以及微量其他金属组成的合金。锌和这些附加元素的比例显着影响黄铜的颜色(从更深的红铜到浅金)和机械性能。例如,增加锌含量通常会提高强度,但可能会降低延展性,使合金更硬、更脆。此外,由于含有锌,黄铜的成本通常比纯铜便宜。
黄铜有多种等级,主要根据铜与锌的比例以及其他合金元素的添加量进行分类。常见的有以下几种:
插装式黄铜 (C26000): 这种合金通常由 70% 的铜和 30% 的锌组成,擅长冷加工,具有良好的强度和延展性。它非常适合弹药外壳、散热器芯、热交换器以及连接器和端子等电气部件。
黄黄铜(C27200):锌含量比C26000高,具有亮黄色,成型性良好。它经常用于工业和建筑应用。
低铅黄铜 (C33000):这种合金具有低铅含量,易于加工,符合更严格的环境标准,非常适合饮用水系统等配件。
钟表黄铜(C35300):其优异的机械加工性能可实现精密加工,特别是在钟表制造中。
易切削黄铜 (C36000):以出色的延展性和机械加工性而闻名,广泛用于软焊、钎焊以及制造配件、紧固件和阀门。这是最常见的黄铜类型。
建筑青铜(C38500):因其出色的机械加工性和精美的外观而被选择,是建筑五金和装饰元素的理想选择。
海军黄铜 (C46400): 含有少量锡,具有卓越的耐海水腐蚀性能,非常适合海洋应用和暴露在恶劣环境中的部件。

青铜是一种金棕色合金,主要由铜和锡组成,还含有少量铝、锰、硅和磷等元素。它已经使用了数千年,可以追溯到公元前 3500 年的古代文明。
随着金属加工技术的进步和对改善材料性能的需求的增加,研究人员已经探索添加其他元素来增强青铜的性能。以下是青铜器的常见品种。
高铅锡青铜(C93200):常用于轴承(通常称为“轴承青铜”)、衬套、泵和阀门组件以及中等强度和良好耐磨性的机械应用。需要撕裂。
铝青铜(C95400):被称为最硬、最强的青铜类型,在盐水中具有很强的耐腐蚀性,适用于泵、阀门和船舶部件。它还用于重型应用,例如飞机起落架。
磷青铜(C51000):磷青铜以其优异的抗疲劳性、良好的耐腐蚀性和高强度而闻名,通常用于弹簧、紧固件、电气连接器和轴承等部件承受重复的压力和恶劣的环境。
硅青铜(C65500):具有高强度、优异的耐腐蚀性(特别是在海洋条件下)和良好的机械加工性。它广泛用于船舶硬件、建筑应用以及泵和阀门组件,这些领域的使用寿命和美观性至关重要。
为了区分它们的不同属性,我们先通过下表进行初步比较。
| 财产 | 青铜 | 黄铜 | 铜 |
| 元素组成 | 铜、锡、其他 | 铜、锌、其他 | 纯铜 |
| 颜色/外观 | 红棕色 | 黄金般的 | 橙红色 |
| 耐腐蚀 | 出色的 | 中间的 | 非常好 |
| 电导率 | 缓和 | 高的 | 非常高 |
| 导热系数 | 229~1440 BTU/小时-英尺²-°F | 64 BTU/小时-英尺²-°f。 | 223 BTU/小时-ft²-°f |
| 熔点 | 大约。 950 - 1050°C | 大约。 900-940℃ | 1085℃ |
| 密度 | 7.5~8.8g/c㎥ | 8.4~8.7g/c㎥ | 8.96g/c㎥ |
| 硬度 | 40~420 BHN | 55~73 伯明翰 | 35 BHN |
| 屈服强度 | 125-800兆帕 | 95至124兆帕 | 33.3兆帕 |
| 抗拉强度 | 350至635兆帕 | 338至469兆帕 | 210兆帕 |
| 机械加工性 | 从公平到良好 | 良好到优秀 | 公平的 |
| 焊接性 | 贫穷的 | 好的 | 出色的 |
接下来我们从元素成分、外观、耐蚀性、导电性、密度重量、硬度、强度、切削加工性、焊接性等方面进行具体比较。
铜是一种纯元素金属,化学符号为Cu,原子序数为29,在元素周期表中。
黄铜是一种铜锌合金,含有铜(60%~90%)和锌(10%~40%),偶尔还与锡、铅、铝或镍形成合金。
青铜主要由铜(80%~90%)和锡(10%~20%)组成,偶尔添加铝或锌等其他元素。
黄铜,顾名思义,具有类似黄金的外观。这使得很容易与其他两者区分开来。青铜和红铜具有相似的红棕色。相比之下,与青铜的暗金色相比,铜具有独特的红橙色。此外,青铜的表面经常呈现出微弱的环,这可以作为一个重要的区分特征。

青铜通常比铜和黄铜表现出更好的耐腐蚀性,特别是由于其锡含量,在盐水环境中。此外,通过加入铝和磷等附加元素可以增强其抵抗力。
铜虽然在海洋环境中的抵抗力稍差,但随着时间的推移会形成一层铜绿保护层,有助于防止进一步恶化。
黄铜虽然仍具有一定的抵抗力,但通常抵抗力较差,并且在暴露于特定化学品或盐水条件时可能会加速腐蚀。
铜、黄铜和青铜由于其不同的成分而表现出不同水平的导电性和导热性。
在电气方面,铜因其出色的导电性而成为最著名的金属之一,拥有 100% 的导电率。黄铜的电导率约为铜的 28%,而青铜则落后于铜,约为 15%。
从热学角度来看,青铜在三者中具有最高的导热率,铜位居第二,黄铜的导热率最低。
铜是一种纯元素,密度相对较高,为 8.96g/cm3,是三种金属中重量最高的。黄铜是铜和锌的合金,其密度随着锌比例的增加而降低。这是因为与铜相比,锌的密度较低(7.14 克/立方厘米)。青铜主要是铜和锡的合金,其密度根据锡或其他附加元素(例如铝、硅或磷)的用量而变化。锡的密度约为7.31克/立方厘米,低于铜的密度。
根据布氏硬度值,青铜>黄铜>铜。
纯铜是三种金属中最软的,而青铜是最硬的,但由于更脆而容易破裂。
强度是指材料在受到外力作用时抵抗变形和破坏的能力。硬度和强度(屈服强度和拉伸强度)之间存在很强的相关性。较硬的材料通常强度更高,但延展性可能较差。因此,就强度而言,青铜>黄铜>紫铜。
由于铜质较软,加工起来有点困难。一般来说,有效的加工需要正确的工具和技术。在加工过程中,它往往会产生长而粘的切屑,如果管理不当,有时会导致问题。
青铜具有良好的切削加工性。其适度的硬度和强度可降低变形风险,使其能够承受切割和其他加工操作。此外,大多数青铜合金的磨损率相对较低,有助于提高加工工具的耐用性。然而,一些青铜合金,如高硅青铜或其他特殊青铜合金,可能含有磨料颗粒,会加速加工过程中的刀具磨损。
与铜和青铜相比,黄铜具有高度可加工性。它产生更短、更易于管理的切屑,使其更易于加工。此外,黄铜有时含有铅,可提高机械加工性。
所有三种金属都是可焊接的。铜通常被认为适合焊接,但其高导热性需要更高的能量输入才能实现最佳焊接。然而,无氧铜和脱氧铜由于在焊接过程中不易氧化,因此具有优异的焊接性,使其在各种应用中备受青睐。
黄铜含有锌,其沸点比铜低。焊接过程中,锌的蒸发会导致焊缝出现气孔并释放出有害的氧化锌烟雾。通常采用 MIG、TIG,尤其是钎焊等技术来缓解这些挑战。
青铜在热影响区可能会出现脆性并产生孔隙。 TIG 焊接通常用于青铜,以减少这些问题。

为项目选择合适的材料时,重要的是要考虑每种金属的所有特性以及它们将如何影响您的项目。需要记住的一些关键点将帮助您选择更好的材料。
青铜因其优异的耐海水腐蚀性能而成为海洋应用的最佳选择。
黄铜因其类似黄金的外观而广泛应用于日常生活中,例如门把手和乐器。
铜卓越的导电性使其在电线和热交换器中不可或缺。此外,由于其抗菌特性,铜经常被用来制造食品烧瓶和食品加热器。
虽然铜、黄铜和青铜都是耐用金属,但它们具有不同程度的多功能性。
铜以其卓越的延展性而脱颖而出,为涉及金属成型和弯曲的制造工艺提供了出色的灵活性。
黄铜具有优异的机械加工性和良好的延展性,使其适用于需要复杂机械加工的装饰性和功能性部件。
青铜虽然具有良好的机械加工性,但缺乏铜和黄铜的延展性,使其不太适合需要变形的应用,但非常适合暴露在腐蚀环境中的耐磨零件和组件。
铜、黄铜、青铜的成本主要由成分和加工要求决定。就其成分和元素比例而言,铜是三种金属中最昂贵的。虽然这三种材料都含有铜,但由于混入了合金元素,黄铜和青铜的含量远低于纯铜。这降低了黄铜和青铜的成本。
铜、黄铜、青铜的成本主要由成分和加工要求决定。就其成分和元素比例而言,铜是三种金属中最昂贵的。虽然这三种材料都含有铜,但由于混入了合金元素,黄铜和青铜的含量远低于纯铜。这降低了黄铜和青铜的成本。

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通过机械加工的制造过程,可以将材料成型为所需的产品。然而,加工材料并不总是一件容易的事,因为材料的特性和具体的加工条件在决定整个过程的平稳性和效率方面起着至关重要的作用。所有这些考虑都与一个关键词“机械加工性”有关。
类似于所有其他3D打印过程(例如聚合物3D打印),Metal 3D打印机通过基于数字3D设计的一次添加材料来构建零件,因此添加了添加剂制造。仅此一次,该过程使用金属粉末,电线或聚合物结合丝而不是塑料。
什么是管道线? 管螺纹是螺丝线程专为连接管道和配件而设计。它们允许将管道拧紧在一起,形成一个紧密的压力密封,用于流体或气体。管道线程有两种基本类型: 锥形线直径逐渐减小,形成锥状形状。 平行(直)线沿其长度保持恒定直径。 锥形管螺纹对于实现泄漏密接头尤为重要。当雄性和雌性锥形线被拧紧时,它们会互相楔入并形成压缩拟合度。这种锥形楔子会产生密封和强大的机械固定。但是,即使是经济良好的金属线的间隙也很小,因此通常将密封剂(例如水管工的PTFE胶带或管道涂料)应用于螺纹上,以填充任何空隙并确保完全无泄漏的连接。 另一方面,平行(直(直)管道线不提供密封;他们拧在一起而无需楔入。直线螺纹通常用扁平的洗衣机,O形环或垫圈密封,以防止泄漏。两种类型的线程都是常见的,但是选择取决于应用程序的密封需求。例如,花园软管使用带有橡胶洗衣机的直线来密封,而钢制管道则使用带胶带的锥形线。 什么是Tap Drill图表? Tap Drill图表是一张表格,可以告诉您在敲击线程之前要使用哪个钻头。钻得太大的孔,螺纹将很浅,容易泄漏。钻得太小,在切割过深的螺纹时,水龙头可能会结合甚至破裂。遵循图表可为您提供最佳的线程参与度,通常约为75%,这可以使强度与轻松敲击。换句话说,大约四分之三的全螺纹高度形成,在敲击过程中产生强烈的固定,没有过多的扭矩。在下一部分中,我们将重点介绍北美最常见的管道螺纹标准:NPT:NPT,并为NPT管道TAPS提供全面的Tap Drill图表。 了解NPT(国家管道锥度)线程 NPT代表国家管道锥线。它是美国和加拿大用于管道,空气软管,燃油管线和许多其他应用的标准锥形管线。如果您曾经将PTFE(Teflon)胶带包裹在管道或安装中,那么您很可能已经使用了NPT线。这些线的比例为1:16,这意味着每16英寸长的直径增加1英寸(每英尺约0.75英寸)。相对于管道的中心线,这对应于1.79°半角度。这似乎似乎很小,但是足以确保雄性NPT拟合被拧入女性端口,它们越远,螺纹楔子更紧密,从而产生了自封的干扰。 NPT使用与标准的美国螺纹相同的60°螺纹轮廓,但具有扁平的波峰和根源,以增加强度。在ANSI/ASME B1.20.1中定义了所有临界维度和公差,包括每英寸线(TPI),音高直径限制和线程接合长度。管道尺寸由名义内径(例如½“或¾”)命名,但该数字不能反映实际的外径。例如,¾“ NPT管道的测量约为1.050”。此外,由于诸如BSPT和NP之类的标准共享标称大小,但使用不同的音高或线程表单,因此您必须指定名义大小(以匹配OD)和TPI(以匹配线程螺距)以选择正确的点击或拟合。 为了给出正式的NPT几何感,以½英寸的NPT线程为例:它具有14个TPI和16个锥度的1个。螺纹形式是扁平的60°“ V”,其半角度的圆锥形为1°47'24''(1.7899°),与中心线同样应用于男性和女性线。当您手动安装配件时,大约3-4个线(“ L1尺度长度”)的尺寸很小;然后,使用扳手添加另外1.5-3个“扳手化妆”线以完成密封。 您经常会看到商店的速记,例如“ MIP/FIP”或“ MNPT/FNPT”(雄性/雌性铁管或NPT),以区分外部线和内部线,而ANSI则将其称为外部或内部NPT,但昵称使其很快识别出哪个在商店地面上。 NPT线程如何工作 因为雄性和女性线都是锥形的,因此拧紧它们会产生楔子效果。螺纹侧面互相挤压,形成一个机械强度且非常紧密的关节。您会注意到,只需几回合后,正确收紧的NPT关节就会感到贴合 - 这是锥度完成工作的锥度。不过,NPT线程并不是完全防漏的。螺纹之间存在很小的螺旋间隙,如果您不使用密封剂,则可能会泄漏。这就是为什么安装程序在组装前将雄性螺纹包裹在液体/粘贴密封剂上的雄性线:它可以润滑螺纹并填充微间隙,从而确保气体或水密密封。在燃油气或液压系统中,切碎的胶带可以堵塞阀,技术人员通常更喜欢糊密封剂。 NPT线程的应用 NPT线程在日常和工业环境中无处不在。住宅水和天然气管道依赖于NPT配件来可靠泄漏。气动工具和空气压缩机在软管,阀门和快速连接耦合器上使用NPT连接器。在汽车和重型机械中,NPT配件可为传感器(例如油压发件人)和流体线(制动或冷却液系统)提供,并为其简单起见以及广泛的现成零件而珍贵。由于符合ANSI的水龙头,死亡和配件都遵循相同的规格,因此您可以不用担心混合品牌。这种通用的兼容性使NPT成为北美的首选管道。 NPT Tap Drill图表 当在孔中创建内部NPT螺纹(例如,敲击管道装件或储罐中的一个孔中的孔)时,您必须首先钻一个适当的尺寸孔。由于NPT螺纹是锥形的,因此钻孔通常比水龙头的最大直径小一点,以使水龙头随着锥度的前进而切割锥度。下面是通用管道尺寸的全面NPT Tap钻图: 名义管尺寸(英寸)每英寸线(TPI)点击钻(英寸)抽气钻(mm)线程参与(%)1/16270.2426.15〜75%1/8270.3328.43〜75%1/4180.4375(7/16英寸)11.11〜75%3/8180.5625(9/16英寸)14.29〜75%1/2140.7031(45/64英寸)17.86〜75%3/4140.9063(29/32“)23.02〜75%111½1.1406(1-9/64英寸)28.97〜75%1¼11½1.4844(1-31/64英寸)37.70〜75%1½11½1.7188(1-23/32英寸)43.66〜75%211½2.2188(2-7/32英寸)56.36〜75%2½82.6250(2-5/8“)66.67〜75%383.2500(3-1/4英寸)82.55〜75%3½83.7500(3-3/4英寸)95.25〜75%484.2500(4-1/4英寸)107.95〜75% 笔记: 上面列出的Tap Drill尺寸假定直接敲击而无需转换。线程参与度(%)表示已达到的全线深度的百分比 - 典型的管道螺纹典型,平衡关节强度和敲击扭矩。括号中的钻头大小是标准字母或折射尺寸的标准尺寸(例如1/8-27 NPT使用字母Q钻,0.332“)。 管道水龙头是锥形的,因此您必须深入到足够深的深处以形成正确的螺纹锥度。制造商通常会指定所需的卷入线数,也可以使用NPT插头量表进行验证。定期退缩以清除芯片并在挖掘金属时使用切割液 - 水管水龙头由于直径较大和锥度而去除大量材料。 如果有锥形介孔器,您可以先用1:16锥形铰刀在攻击之前将钻孔钻孔。这会减少敲击扭矩,并可以在孔的末端稍微增加螺纹互动。但是,大多数字段和DIY应用都使用上面显示的直钻和tap方法,该方法提供了足够紧密的接头。 将NPT与其他线程类型进行比较 NPTF(国家管道锥度燃料) 这是一个干密封的锥形管螺纹,通常称为dryseal NPT或管道螺纹燃料。它具有与标准NPT相同的锥度(1:16)和线螺距,也具有60°螺纹角度。关键区别在于螺纹的顶峰和根设计:NPTF线在波峰和根上的间隙为零,从而形成了一种干扰拟合,可将金属对金属固定而无需任何密封剂。这使得NPTF非常适合对超透露率敏感的应用,即使是微小的泄漏或密封剂污染也是不可接受的。尽管NPTF和NPT具有尺寸并将其物理贴合,但仅交配NPTF雄性和女性会产生干密封。 NPTF由ANSI/ASME B1.20.3定义,而标准NPT则使用B1.20.1。 典型用途:高压液压系统;燃料系统;和其他流体功率应用(例如,制动系统组件或燃油轨配件)。 NPS(国家管道直线) 该螺纹标准具有与相应的NPT大小相同的螺纹角,形状和音高,但它是直(平行)而不是锥形的。虽然NPS线将拧到相同尺寸和TPI的NPT拟合上,但其缺乏锥度会阻止楔形密封件,并且可能会泄漏。 NPS线用于机械连接或由O形圈或垫圈等单独元素提供密封的地方。 典型用途:电导管螺纹(通常称为NPSM),消防软管耦合或大型直径水管工会以及燃气灯笼或老式的管道工会,密封垫圈或垫圈会产生密封。 […]
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