了解用于铸造的主要铜类型

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  纯铜：导电性好但屈服强度低
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  黄铜：最易铸造和机加工的铜合金
• 3
  青铜：耐磨耐蚀且无锌带来的问题
• 4
  白铜：专为流动海水环境设计
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  铍铜及特种合金：导电性仍重要时的高强度选择
• 6
  铸造方法如何影响合金选择
• 7
  六类铸造用铜一览

铜铸造通常从电解韧铜 C101 或 C110 开始。当氧含量受控时，其导电率约为 100% IACS，因此母线、接触垫和感应线圈仍采用铸造而非由棒材焊接。问题在于力学性能。退火态 C110 的屈服强度接近 70 MPa，因此该合金导电好、承载差。

原因在于氧。韧铜以 Cu2O 颗粒形式含有约 0.02–0.04% 的氧。这对导电性和机加工都无碍，但在还原气氛中加热时，氧会与氢反应。结果是在晶界内产生水蒸气，这种缺陷通常称为气孔。在铸造厂中，壁厚超过 12 mm 的截面最容易出现此问题。

对于机加工后必须焊接或钎焊的铸件，无氧铜 C10200 是更安全的选择。导电率保持在同一范围，且无氢脆风险。它每公斤成本更高，小批量采购也更难，因此对于仅需导电的支架很少划算。

还有一条边界。纯铜粘刀。它在切削刃处快速加工硬化，因此内孔需要 ±0.005 mm 精度的铸坯应使用锋利硬质合金刀具、大前角和充足切削液加工。精加工留 0.3–0.5 mm 余量，并预期换刀频率高于黄铜。

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  适用母线、接触垫、感应线圈、RF 屏蔽件
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  注意还原气氛下壁厚超过 12 mm 的截面
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  加工提示切屑粘、刃口磨损快；精加工留 0.3–0.5 mm

黄铜是铜加锌，锌含量决定一切。锌低于约 35% 时，合金为单相 α 相。它塑性好、铸造干净、切屑短。超过该值会出现更硬的 β 相，合金强度提高、塑性下降。C27400 和 C28000 处于该范围中部，是水管体和阀壳的主力牌号。

C36000 是易切削牌号，加入铅以断屑。它的机加工速度超过任何其他铜合金，因此在管件和小型车削件中占主导。有两点限制。多数现行法规限制含铅黄铜用于饮用水系统，且它不适合长期接触海水的零件。

锌还带来铸造风险。锌在 907 °C 沸腾，因此若熔体过热，锌以蒸气逸出，化学成分漂移，表面质量变粗糙。铸造厂将浇注温度控制在仍能充满模具的最低值附近。对于砂型铸造，视截面厚度通常约为 980–1,050 °C。

机加工性是黄铜回本之处。切屑易断、刀具寿命长、切削后表面光滑。如果零件以特征为主且批量小，较低的熔点和易加工性往往胜过青铜更低的每公斤成本。

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  α 黄铜锌低于 35%；塑性好，适合铸后冷加工
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  α-β 黄铜强度更高、塑性更低、精加工更难
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  含铅黄铜机加工最快，饮用水用途受限
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  熔体控制保持低浇注温度，否则锌蒸气改变合金成分

青铜涵盖范围很广。经典锡青铜含锡约 5% 至 12%，锡高于约 8% 时，若冷却缓慢，合金会形成硬而脆的金属间相。这些相对轴承和轴套的耐磨性极佳，但对需要承受弯曲或冲击载荷的零件则是灾难。冷却速度是工艺决策，不只是合金决策。

工程青铜以铝、硅或锰替代锡。铝青铜是最强的常用铸造青铜，屈服强度常为锡青铜的 3 至 4 倍，且耐海水和稀酸性能好。硅青铜更易铸造和焊接，强度较低、塑性更好。

铝青铜有其自身陷阱。熔体表面几乎瞬间形成薄氧化铝膜，若该膜卷入铸件，机加工后会出现看似裂纹的冷隔。此处浇注系统和紊流充型控制比多数其他铜合金更重要。

青铜在哪些场合不再适用？大批量、中等载荷且无耐腐蚀要求的零件。此时黄铜或压铸铝件更便宜。青铜的价值体现在零件与其他金属对磨、接触海水，或需承受十万次载荷循环的场合。

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  锡青铜轴承、轴套、齿轮、泵磨损环
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  铝青铜海水阀门、螺旋桨、高载荷套筒
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  硅青铜铸焊组合件、建筑五金

铜镍铸件属于90/10和70/30系列，有时添加铁和锰。90/10牌号是海水管道、阀体和换热器水室的标准选择。70/30牌号成本更高，耐更高流速，这在冷凝器管和泵壳中很重要，因为那里的失效模式是冲蚀而非全面腐蚀。

其机理是保护膜。在清洁海水中，铜镍合金会形成一层薄而附着的氧化膜，减缓进一步侵蚀。该膜需要数周暴露才能稳定，且在停滞、富硫或受污染的水中不会形成。如果系统停用数月，铜镍合金可能比更简单的合金点蚀更严重。

铸造铜镍合金不是新手能做的活。这类合金容易吸气，需要清洁且充分除气的熔体，且厚壁部位对热裂纹敏感。良率低于黄铜，废料不经化学成分检测不能直接重熔。

加工是另一个因素。铜镍合金加工硬化快，切屑长而连绵。表面速度约60–90 m/min，配锋利正前角硬质合金刀具和恒定进给，可让刀具保持切削而非摩擦。刀具停留会硬化表面并缩短刀片寿命。

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  90/10 铜镍管道、阀体、水室；中等流速
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  70/30 铜镍冷凝器、泵壳；更高流速和温度
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  薄弱点停滞或富硫水会破坏保护膜

铍铜C17200和C17500适用于零件需同时承载电流和弹簧载荷的场合。时效硬化后，C17200抗拉强度约达1,100–1,300 MPa，同时保持22–28% IACS。没有其他铜合金能覆盖这一组合。它用于开关触点、连接器弹簧、模具镶件和航空航天轴套。

代价在工艺和安全。含铍粉尘危害健康，因此机加工、磨削和抛光需要受控切削液和粉尘收集。浇注铍铜的铸造厂需覆盖熔体，并按书面程序处理废料。此外，铍铜价格昂贵，常为黄铜的数倍，因此只用于导电性和弹簧强度均为硬性要求的场合。

特种合金覆盖其余领域。铬铜C18200保持约80% IACS，抗软化性优于纯铜，适合电阻焊电极。碲铜C14500的切削性远优于C110，导电率仅小幅下降，因此常用于车削电气零件。

明确的边界：如果零件要求导电率高于80% IACS且无强度要求，选纯铜。如果要求强度且无导电率要求，选青铜。铍铜和铬铜只在两者重叠的区间才有意义。

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  C17200时效后抗拉1,100–1,300 MPa，22–28% IACS
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  C18200约80% IACS，耐焊接温度软化
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  C14500易切削，导电率低于C110
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  安全铍粉尘需控制切削液并收集粉尘

合金与工艺是一个决策，不是两个。砂型铸造几乎适用于所有铜合金，是约200 kg以上零件的唯一实用途径，但冷却慢。慢冷会促进高锡青铜中的脆性相和铜镍合金中的粗晶，因此砂铸件常需选用与熔模铸造同件不同的合金。

熔模铸造可实现薄壁和精细细节，通常薄至1.5–2 mm，冷却快得多。因此熔模是铍铜弹簧和小型铝青铜阀件的默认工艺。蜡模成本确实存在，但产量超过几百件后即可摊薄。

压铸和金属型铸造适用于黄铜和部分青铜，受铜较高熔点驱动。模具寿命比铝压铸短，所用合金限于流动性好且不侵蚀模具的牌号。对于大批量黄铜管件，这仍是单件成本最低的途径。

离心铸造是值得了解的特例。旋转铸型将较密金属甩向外侧，把气体和夹杂物推向内孔，随后加工去除。对于轴承套和泵环，这能以相近成本获得比静态铸造更致密的耐磨表面。

铸造后，多数铜件仍需机加工。铸件公差很少优于±0.5 mm，关键内孔、端面和螺纹需要CNC加工。铸造和机加工应一起报价，因为加工余量和分型面位置决定刀具需去除多少材料。

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  砂型大型零件、多数合金、冷却慢、组织粗
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  熔模薄壁、精细细节、冷却快、单件工装成本较高
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  压铸与金属型大批量黄铜、合金牌号受限
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  离心套筒和环件、外表致密、气体向内推