铬铜合金C18200/TCr1化学成分 铜板带铜棒铜管 知乎百科

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C18200 铜合金（通常称为 铬锆铜 或 CuCrZr）是一种高性能的 沉淀硬化型铜合金。它在保持较高导电性和导热性的同时，具有优异的强度、硬度、高温稳定性和抗软化能力。以下是对 C18200 的详细介绍：

核心特性

高强度和高硬度： 通过固溶处理和时效硬化（沉淀硬化）工艺，可以达到很高的强度和硬度（远超纯铜和普通黄铜/青铜）。

优异的导电性和导热性： 尽管含有合金元素，但在高强铜合金中，其导电性（电导率）和导热性表现非常出色，通常能达到 80% IACS (国际退火铜标准) 或更高。这使得它是需要同时兼顾导电/导热和强度的理想材料。

高温稳定性与抗软化性能： 这是 C18200 最突出的优点之一。它在高温下（例如 400°C 到 500°C）仍能保持其大部分强度和硬度，远优于纯铜（纯铜在较低温度下就会显著软化）。这使得它非常适合在高温环境下工作。

良好的耐磨性： 高硬度和强度赋予其良好的耐磨性能。

良好的加工性能： 固溶态（时效硬化前）相对易于进行锻造、挤压、轧制等热加工和冷加工。冷加工后可通过时效处理进一步提高强度。

良好的焊接性能： 可通过常见的熔焊（如氩弧焊）、钎焊等方式连接。

耐腐蚀性： 具有一般铜合金在大气环境中的耐腐蚀性。但在含硫、氨等特定介质中需要注意。

化学成分 (主要元素，重量百分比 %，典型值或范围)

铜 (Cu)： 余量 (通常 > 98%)

铬 (Cr)： 0.6 - 1.2% (关键强化元素)

锆 (Zr)： 0.03 - 0.30% (关键强化元素，细化晶粒，提高高温稳定性)

其他： Fe、Si、Pb、S、P 等杂质元素含量很低 (受到严格控制)。

状态与处理工艺

C18200 的性能主要通过 热处理 来获得：

固溶处理 (Solution Treatment)： 将材料加热到接近熔点的高温（通常在 900°C - 1000°C 范围），使铬和锆元素充分溶解到铜基体中，然后快速冷却（如水淬），得到过饱和固溶体。此状态（O60 态）较软，易于加工成形。

冷加工 (可选)： 在固溶处理后，可通过冷变形（如轧制、拉伸）进一步提高强度。此状态通常称为 H 系列 (如 H04 冷轧态)。

时效处理/沉淀硬化 (Aging/Precipitation Hardening)： 将固溶态或固溶+冷加工态的合金在较低温度（通常在 400°C - 500°C 范围）保持数小时。在这个过程中，过饱和的铬和锆元素以极细小的颗粒（如 Cr 颗粒）形式沉淀析出，弥散强化 是主要的强化机制，同时锆的存在也提高了晶界稳定性。时效处理后材料达到峰值强度和硬度（如 TF00, TH04 态）。

时效态 是 C18200 最常用和使用性能最佳的状态。

抗软化性能测试： 将时效后的样品在高温（如 500°C）下保持一段时间（如 2 小时），然后测量其硬度（通常为维氏硬度 HV）。HV 降低的数值越少，说明抗软化性能越好。C18200 在这方面表现优异。

典型力学性能 (时效硬化态 - TH04 举例)

抗拉强度 (Tensile Strength)： ≥ 450 MPa (可高达 500 MPa 以上)

屈服强度 (0.2% Offset Yield Strength)： ≥ 400 MPa (可高达 450 MPa 以上)

伸长率 (Elongation)： ≥ 10% (依据规格和尺寸)

硬度 (Hardness)： ≥ 130 HB (布氏) / ≥ 140 HV (维氏) (具体值取决于状态和规格)

导电率 (Electrical Conductivity)： ≥ 75% IACS (时效态通常在 80-85% IACS 范围)

典型物理性能

密度 (Density)： ≈ 8.89 g/cm³

热膨胀系数 (Coeff. of Thermal Expansion)： ≈ 17.0 x 10⁻⁶/K (20-300°C)

热导率 (Thermal Conductivity)： ≈ 300-340 W/(m·K) (取决于状态)

熔点 (Melting Point)： ≈ 1075 - 1080°C

主要应用领域

C18200 的核心优势（高强度、高导电/导热性、优异的高温稳定性和抗软化性）使其在以下领域广泛应用：

电阻焊电极 (Spot & Seam Welding Electrodes)： 这是最大也是最重要的应用！用于点焊、缝焊等设备，作为电极帽、电极臂、电极杆等。

为什么？需要导电性好以通过大电流，同时强度硬度要高以承受巨大的焊接压力和防止电极变形，高温抗软化能力确保电极在焊接过程中产生的瞬间高温下不易变形失效，延长使用寿命。

焊接轮/滚轮 (Welding Wheels/Rolls)： 缝焊机上的重要部件，要求与电极类似。

导电嘴/导丝嘴 (Welding Contact Tips)： 自动焊机(MIG/MAG)中用到的关键易损件，需要耐磨、耐高温熔蚀，并导电良好。

开关装置电触头 (Electrical Contacts)： 在中高电压/电流开关设备中用作触头材料（通常需要复合银等更贵金属层），承载电流并承受开关电弧。

高强导电结构件 (High Strength Electrical Components)：

高压断路器导电元件、开关设备导体和触头支持件。

高功率电子器件（如IGBT模块）的散热基板、连接件。

电气化铁路接触线线夹、连接器等。

大型电机/发电机中需要导电磁性的高强度部件（如端环、导条、槽楔）。

散热器元件 (Heat Sink Components)： 特别是在要求高强度或需要承受一定温度的场合。

热加工模具部件 (Hot Work Tooling Components)： 如压铸模具中的内衬、浇口、分流锥，塑料/玻璃模具核心件等，利用其导热性带走热量和高温强度。

耐高温机械部件 (High Temperature Mechanical Components)： 如炉内构件、高温垫片等。

材料对比

与纯铜相比： C18200 强度、硬度、高温稳定性远优于纯铜，但导电/导热性略低（仍很高）。

与普通黄铜/青铜相比： C18200 的强度硬度相当或更高，但导电/导热性好得多，抗软化能力极佳。

与氧化铝弥散强化铜 (CuAl₂O₃ - Glidcop®等) 相比： C18200 成本较低，导电率相当或略优（尤其是高铬锆铜），但高温强度和抗软化性通常不如后者（尤其长时间暴露在高温下时）。Glidcop® 等材料在超高抗软化要求场合（如聚变堆）具有优势，但制造难度和成本更高。

与其他铬铜 (如 C18150) 或锆铜相比： C18150 是只含铬不含锆的高铜合金（CuCr），其高温性能稍逊于同时含 Cr 和 Zr 的 C18200 (CuCrZr)。C15000 (锆铜) 含有更多的锆（~0.15% Cr），但不含铬，强度略低于 C18200。

可用形式

圆棒 (Round Bars)

扁棒 (Flat Bars)

板材 (Plates / Sheets)

带材/条材 (Strips)

管材 (Tubes)

线材 (Wires) - 主要用于制作导电嘴

锻件 (Forgings)

铸锭 (Billets / Ingots - 供进一步加工)

供应商与标准

主要国际标准：

ASTM: B196 (挤压棒材), B301 (锻件), B441 (锻棒), B963 (烧结粉末冶金), B703 (线材), F1828 (焊接电极材料 - 非常详细地规定了 C18200 的性能要求，特别是抗软化性要求)。其中 ASTM F1828 是焊接电极用途最广泛遵循的标准。

UNS: C18200

DIN / EN: CuCr1Zr (如 CW106C, EN 12163, EN 12164, EN 12167)

JIS: C18140

GB: QCr1-0.15 (老标准) / QCr0.6-0.08 (新标准名称，指 CuCrZr，但不特指 C18200 成分)。

ISO: ISO 5182 也涵盖了此类材料。

常见供应商: 美国如 Materion, Wieland Chase, Hussey Copper, National Bronze; 欧洲如 KME, Diehl Metall; 中国也有很多生产厂家。具体选择取决于所需的形态和规格。

加工与操作注意事项

机加工： 时效硬化后的材料非常坚硬，需要使用硬质合金或涂层刀具，低速大进给加工效果往往较好。冷却液很重要。

热处理： 严格控制固溶温度和时间，以及时效温度和时间是获得最佳性能的关键。

焊接： 可焊性好，但需注意焊接热影响区可能导致性能下降（可能需要焊后局部时效处理）。

储存： 避免与可能导致表面腐蚀的物质接触。

总结

C18200 (铬锆铜，CuCrZr) 是一种性能均衡且出色的高性能铜合金。它将高强度、高硬度、优异的导电/导热性和卓越的高温稳定性/抗软化能力完美结合。这使得它成为电阻焊电极（点焊、缝焊） 领域的无可争议的首选材料，同时也广泛应用于高强导电结构件、开关触头、导电嘴、散热组件、高温模具及其他需要承受高温和高机械负荷的关键部件。其性能主要通过固溶处理加时效硬化来获得。

在选择时，务必明确应用需求（尤其是温度、强度、导电率和寿命要求），并参考具体的标准规范（如 ASTM F1828 对于焊接电极特别重要），以确保所选材料的性能和状态符合使用要求。