1特性
锡青铜除了含有3%~14%锡,此外还常常加入磷、锌、铅等元素。是人类应用最早的合金,至今已有约4000年的使用历史。它耐蚀、耐磨,有较好的力学性能和工艺性能,并能很好地焊接和钎焊,冲击时不产生火花。分为加工锡青铜和铸造锡青铜。用于压力加工的锡青铜含锡量低于6%~7%,铸造锡青铜的含锡量为10%~14%。常用牌号有QSn4-3,QSn4.4-2.5,QSn7-O.2,ZQSn10,ZQSn5-2-5,ZQSN6-6-3等。锡青铜是铸造收缩率最小的有色金属合金,可用来生产形状复杂、轮廓清晰、气密性要求不高的铸件。锡青铜在大气、海水、淡水和蒸汽中十分耐蚀,广泛用于蒸汽锅炉和海船零件。含磷锡青铜具有良好的力学性能,可用作高精密工作母机的耐磨零件和弹性零件。含铅锡青铜常用作耐磨零件和滑动轴承,含锌锡青铜可作高气密性铸件。
锡青铜的凝固范围大,枝晶偏析严重;凝固时不易形成集中缩孔,体积收缩很小;铸锭中易出现锡的逆偏析,严重时铸锭表面可见到白色斑点(8相析出),甚至出现富锡颗粒,一般称为锡汗(tinsweat),改进铸造方法和工艺条件可减轻逆偏析程度;液态合金中,锡易生成硬脆的夹杂物SnO2,熔炼要充分脱氧,防止由于夹杂物引起的合金力学性能的降低;对过热和气体的敏感性很小,能很好地焊接和钎焊;冲击时不发生火花,无磁性、耐寒,并有极高的耐磨性。
2分类
工业锡青铜锡青铜是工业上使用的重要铜合金。为改善其铸造、力学和耐磨性能,以及节约锡,在锡青铜中加入磷、锌、铅等合金元素。因而可把锡青铜分为锡磷青铜、锡锌青铜和锡锌铅三类。
锡磷青铜
磷是铜合金的良好脱氧剂,可增加合金的流动性,改善锡青铜的工艺和力学性能,但加大逆偏析程度。
锡青铜中磷的极限溶解度为0.15%,过多时将形成a+δ+Cu3P三元共晶,熔点为628℃,热轧时易产生热脆性,只能冷加工。因此,变形锡青铜中含磷量不应大于0.5%,热加工时,磷应小于0.25%。
含磷锡青铜是有名的弹性材料,在加工时,控制冷加工前的晶粒大小和加工后的低温退火很有必要。细晶粒加工材的强度、弹性模量和疲劳强度比其粗晶粒加工材为高,但塑性较低。冷加工材在200~260℃经1~2h低温退火、产生退火硬化效应,可进一步提高制品的强度、塑性、弹性极限和弹性模量,并增加弹性的稳定性。
现已列入中国国家标准中的含磷锡青铜共4个牌号。锡(Sn)×其中
QSn6.5-0.1合金主要制作弹性元件特别是电导性好的弹簧接触片,仪器仪表中的耐磨零件和抗磁元件等;Qsn6.5一0.4合金主要用于造纸、化工和食品等工业制造金属网,也用于制造耐磨和弹簧零件;
QSn7-0.2合金用于在中等的载荷和滑动速度下承受摩擦的零件,如轴承、轴套、涡轮等,亦可制造弹性元件和其他机械电气零件;
QSn4-0.3合金用于生产压力表中的各种管材,作敏感元件,有压力表青铜之称。
锡磷青铜牌号的意义
为什么牌号为QSn6.5-0.1,可能很多人会为这个问题,其实这个是根据锡磷青铜的含量不同来命名的,比如
QSn6.5-0.1的理论意义:含锡(Sn)6.5%,含锌(Zn)+其他杂志0.1%,铜(Cu)为余量
同样的 QSn4-0.3 和 QSn7-0.2 这两个也是用同样的理解去看牌号的含量,但是实际的熔炼过程中总是会有一定的误差范围,每个牌号都会有一定的范围标准 根据国标:
牌号:QSn6.5-0.1 标准:GB/T 4423-1992
化学成份:铜 Cu :余量,锡 Sn :6.0~7.0,铅 Pb:≤0.02 ,磷 P:0.10~0.25 ,铝 Al:≤0.002,
铁 Fe:≤0.05 ,硅 Si :≤0.002,锑 Sb :≤0.002,铋 Bi:≤0.002 注:≤0.1(杂质)
牌号:QSn6.5-0.4 标准:GB/T 13808-1992
化学成分:Sn:6.0-7.0,Al:0.002 ,Zn:0.3,Fe:0.02,Pb:0.02,Ni:0.2,P:0.26-0.40 ,
Cu:余量,杂质:0.1
牌号:QSn7-0.2 标准:GB/T 2059-2000
化学成份:铜 Cu :余量,锡 Sn :6.0~8.0,铅 Pb:≤0.02,磷 P:0.10~0.25,
铝 Al:≤0.01,铁 Fe:≤0.05,硅 Si :≤0.02,锑 Sb :≤0.002,铋 Bi:≤0.002,注:≤0.15(杂质)
锡锌青铜
锌大量溶解于铜锡合金中,在变形锡青铜中锌的加入量一般不大于4%。锌能改善合金的流动性,缩小结晶温度范围,减轻逆偏析。
列入现行中国国家标准中的锡锌青铜牌号为QSn4-3,具有良好的弹性、耐磨性和抗磁性,可在冷态和热态下压力加工,易于焊接和钎焊,切削性较好,在大气和淡水、海水中抗蚀性良好,用于各种弹性元件以及管配件、化工器械、耐磨零件和抗磁零件等。
锡锌铅青铜
铅实际不固溶于铜锡合金中,它以单相、呈黑色夹杂物分布在枝晶间。铸锭中铅分布不易均匀,通常加入少量镍可改善其分布,并细化组织。铅降低锡青铜的摩擦系数,改善耐磨性和切削性,但略降低力学性能。
在铜锡铅合金中常加入3%~5%的锌,以再提高力学性能。
加入0.02%~0.1%锆或0.02%~0.1%硼,特别是加入0.02%~0.2%稀土元素能细化铅质点,使之分布均匀,以改善含铅锡青铜的组织、铸造和力学性能。
列入现行中国国家标准的锡锌铅青铜有QSn4-4-2.5和QSn4-4-4两个牌号,具有高的耐磨性、易切削加工,主要以板、带材形式用于汽车、拖拉机、航空和机械工业,制造轴套和轴承衬垫,有汽车青铜之称。
3应用
锡青铜管
铜是与人类关系非常密切的有色金属,被广泛地应用于电气、轻工、机械制造、建筑工业、国防工业等领域,在我国有色金属材料的消费中仅次于铝。
锡青铜是铸造收缩率最小的有色金属合金,用来生产形状复杂、轮廓清晰、气密性要求不高的铸件。锡青铜在大气、海水、淡水和蒸汽中十分耐蚀,广泛用于蒸汽锅炉和海船零件。含磷锡青铜具有良好的力学性能,可用作高精密工作母机的耐磨零件和弹性零件。含铅锡青铜常用作耐磨零件和滑动轴承。含锌锡青铜可作高气密性铸件。
锡青铜在电气、电子工业中应用最广、用量最大,占总消费量一半以上。用于各种电缆和导线,电机和变压器的这种,开关以及印刷线路板 在机械和运输车辆制造中,用于制造工业阀门和配件、仪表、滑动轴承、模具、热交换器和泵等。
在化学工业中广泛应用于制造真空器、蒸馏锅、酿造锅等。
在国防工业中用以制造子弹、炮弹、枪炮零件等,每生产300万发子弹,需用铜130-140吨。
在建筑工业中,用做各种管道、管道配件、装饰器件等。
铝青铜 简介
含铝量一般不超过11.5%,有时还加入适量的铁、镍、锰等元素,
以进一步改善性能。铝青铜可热处理强化,其强度比锡青铜高,抗高温氧化性也较好。
有较高的强度 良好的耐磨性 用于强度比较高的螺杆、螺帽、铜套、密封环等,和耐磨的零部件,最突出的特点就是其良好的耐磨性。
为含有铁、锰元素的铝青铜有高的强度和耐磨性,经淬火、回火后可提高硬度,有较好的高温耐蚀性和抗氧化性在大气、淡水和海水中抗蚀性很好,可切削性尚可,可焊接不易纤焊,热态下压力加工良好。
目前我国已能量产。
国内常用牌号
QAL7 | 板、带、线 | 具有高的强度和弹性,在大气、淡水、海水和某些酸中耐蚀性高,可热、冷态压力加工,可电焊和气焊,不易钎焊。 | 弹簧盒要求耐蚀的其它弹性元件 |
QAL9-4 | 板、管、棒 | 具有高的强度,良好的减摩性和很好的耐蚀性,可热加工,可焊接,但不易钎焊。 | 高强、耐磨零件,如轴承、轴套、齿轮、涡轮等;还可制造接管嘴、法兰盘、扁形摇臂、支架等 |
QAL10-4-4 | 板、管、棒 | 在400℃以下具有稳定的力学性能,有良好的减摩性,在大气、淡水、海水中耐蚀性很好,可热加工,可焊接,但不易钎焊。 | 高强度的耐磨零件盒在400℃以下工作的零件,如轴承、轴套、齿轮、球形座、螺帽、法兰盘等 |
| 主要分析方法 | 标准值 | 不确定度 | 单位 |
Al | 9.03 | 0.05 | 质量分数(10) |
Cu | 余量 | 余量 | 质量分数(10) |
Fe | 0.55 | 0.01 | 质量分数(10) |
Mn | 2.04 | 0.04 | 质量分数(10) |
Ni | 0.48 | 0.01 | 质量分数(10) |
P | 0.0158 | 0.0005 | 质量分数(10) |
Pb | 0.022 | 0.002 | 质量分数(10) |
Si | 0.115 | 0.003 | 质量分数(10) |
Sn | 0.091 | 0.001 | 质量分数(10) |
Zn | 0.99 | 0.02 | 质量分数(10) |
2特种
这里主要指含铝量在11.5%以上、15%以下的铝青铜。除铝外的元素组分和普通铝青铜相差不大。
因为含铝量的差异,使得特种铝青铜有着比合金钢更加高的强度和接近合金钢的硬度。被广泛用于力结构件、传动件等。
此外,因其良好的耐腐蚀性、抗压抗磨能力,还用于高速列车的传动轴齿轮。
铍青铜编辑
铍青铜是一种含铍铜基合金(Be0.2~2.75%wt%),在所有的铍合金中是用途最广的一种, 其用量在当今世界已超过铍消费总量的70%。铍青铜是沉淀硬化型合金,固溶时效处理后具有很高的强度、硬度、弹性极限和疲劳极限,弹性滞后小,并具有耐蚀特性(铍青铜合金在海水中耐蚀速度:(1.1-1.4)×10-2mm/年。腐蚀深度:(10.9-13.8)×10-3mm/年。)。腐蚀后,铍青铜合金强度、延伸率均无变化,故在海水中可保持40年以上,铍铜合金是海底电缆中继器构造体不可替代的材料。
简介
在硫酸介质中:铍青铜在小于80%浓度的硫酸中(室温)年腐蚀深度为0.0012-0.1175mm,浓度大于80%则腐蚀稍加快。
铍青铜还具有耐磨、 耐低温、无磁性、高的导电性、冲击无火花等特点。同时还具有较好的流动性和重现精细花纹的能力。由于铍铜合金的诸多优越性能,使其在制造业中获得了广泛的应用。
2牌号
1.中国:QBe2,QBe1.7
2.美国(ASTM):C17200, C17000
3.美国(CDA):172, 170
4.德国(DIN):QBe2, QBe1.7
5.德国(数字系统):2.1247, 2.1245
6.日本:C1720, C1700
3用途
高性能铍青铜硬度在(HRC)38—43之间,密度8.3g/cm3,含铍1.9%-2.15%,其广泛适用于塑胶注塑成型模具的内镶件、模芯、压铸冲头、热流道冷却系统、导热嘴、吹塑模具的整体型腔、汽车模具、磨耗板等。
4工艺问题
松杉铍铜主要围绕有色金属低压、重力铸造模具使用的各种工况,通过深入研究铍青铜模具材料失效原因、成份和耐金属液侵蚀性内在关系,开发了高导电(热)性、高强度、耐磨性、耐高温性、高韧性、耐金属液侵蚀相结合的高性能铍青铜模具材料,解决了国内有色金属低压、重力铸造模具易裂、易磨损等难题,显著提高了模具寿命、脱模速度和铸件强度;克服了金属液渣粘附和侵蚀模具;改善了铸件表面质量;降低了生产成本;使模具寿命接近进口水平。
5工艺说明
固溶:铍青铜工件加热到高温(800-815℃)并恒温2-3小时,使铍完全溶解到铜中,形成均匀的状态。
淬火:将铍铜在水中急速冷却,使铍原子来不及扩散,形成过饱和状态。
时效:使用真空热处理炉将过饱和工件加热至较低的时效温度(340正负5℃),因过饱和状态不稳定,额外的铍原子短距地扩散并析出,经保温2-3小时,析出的过量铍和铜将达到平衡,此时的机械性能明显提高。
6参数
密度8.3g/cm
淬火前硬度200-250HV
淬火后硬度≥36-42HRC
淬火温度315℃≈600℉
淬火时间2 hours
软化温度930℃
软化后硬度135±35HV
抗拉强度≥1000mPa
屈服强度(0.2%)MPa:1035
弹性模量(GPa):128
电导率≥18%IACS
导热率≥105w/m.k20℃
硅青铜
1 概论
硅青铜(silicon bronze)以硅为主要合金元素的青铜。工业上应用的硅青铜除含硅外,还含有少量的锰、镍、锌或其他元素。硅在铜中呈有限固溶,在852C时最大溶解度可达5.3%,并随温度降低而减小,但时效硬化效应不强,一般不进行强化热处理。
2性质
变形硅青铜含硅量为1%一4%,硅增高会出现脆性相,铜的代用品。列入中国国家标准中的变形硅青铜共2 降低塑性。硅青铜的结晶温度范围较小,有足够的流动种牌号,其主要化学成分和力学性能列于表。 性力学性能较锡青铜高,在机械制造工业中可作锡青 变形硅青铜的主要化学成分和力学性能 才仁莽口牛 在铜硅合金中加入适量的锰可改善力学性能、耐蚀性和工艺性能。常采用的是含硅3%和锰1%的硅青 铜QSi3一1,高温时为单相。固溶体,冷却到450℃以下时,有少量化合物MnZSi或Mnsi析出,但强化效果极弱,通常是在退火或加工硬化状态下使用。QSi3一1拉制棒材由于相变应力,在存放过程中易出现自行破裂 现象,故成品应进行低温退火,且合金硅含量宜取下限。QSi3一1硅青铜可在冷、热态下压力加工,力学、耐蚀、耐磨和焊接性能好,无磁,冲击时不发生火花,在机械、化工、石油、船舶等工业部门都被广泛应用。 镍能提高硅青铜的力学性能和耐蚀性,且兼有良好的电导性。镍与硅形成能固溶于铜的化合物NiZSi, 在共晶温度(1025C)的最大溶解度为9.0%,并随温 度降低而减小,在室温几乎为零。镍与硅的比值为4: 1的铜合金在时效处理中会因NiZSi相沉淀而强化,获得良好的综合性能。工业上常用的含硅1%和镍3%的 硅青铜QSil一3,在900一950‘C淬火后塑性良好,再经 350一55oC时效处理1一4h,强度可提高1倍以上。这种合金的耐磨性、高温强度较高。其电导性亦比一般高强度的铜合金为高。因此在机械工业等部门制造重要零件,也可作通讯用高强度架空线和导电极等。 铅、锑、铋、砷、硫、磷等元素对合金有害,应严加控制。
3成分
QSi3.5-3-1.5硅青铜:QSi3.5-3-1.5为含有锌、锰、铁等元素的硅青铜,性能同QSi3-1,但耐热性较好,棒材、线材存放时自行开裂的倾向性较小。QSi3.5-3-1.5主要用作在高温工作的轴套材料。
QSi3.5-3-1.5化学成分:锑(Sb)≤0.002,铁(Fe)1.2~1.8,镍(Ni)≤0.2,硅(Si)3.0~4.0,锡(Sn)≤0.25,铅(Pb)≤0.03,铜(Cu)余量,锌(Zn)2.5~3.5,锰(Mn)0.5~0.9,磷(P)≤0.03,砷(As)≤0.002,杂质总和%≤1.1
4化学性能
硅青铜棒对大气、水气、自然淡水、海水有很强的抗蚀性,由于其表面会形成一层致密而坚固的氯化物膜,但它们的流速不能超过1. 5m,否则,氧化膜会遭到破坏,失去保护力。假如温度大于60℃或水中含有CQ与氧,则侵蚀速度加快。
硅青铜棒对低浓度、温度不高的碱溶液有高的抗蚀性。在稀硫酸,盐酸、醋酸、柠檬酸溶液中很不乱,但温度升高或浓度增大,会导致侵蚀速度上升,含Fe2( SO4)3的酸性水对硅青铜棒会产生强烈侵蚀,由于Fe2( SO4)3有阴极去极化作用。铬酸盐、氯化铁溶液和浓氯化锌溶液会强烈地侵蚀硅青铜棒。干燥的氯、澳、氟化氢、硫化氢、氯化氢、二氧化硫、氨以及四氯化碳等均不侵蚀硅青铜棒,若其中含有水气则对硅青铜棒有侵蚀作用。乙炔、氢氧化铵、氯化铵、硝酸饺、铬酸、氯化铁、硫酸铁、汞、汞盐、硝酸、氰化钾、氢化钠、重铬酸钾、银盐、氢氯化钠、熔融硫、氰酸都会侵蚀硅青铜棒。
锰青铜
定 义 以铜为基体元素,锰为主要合金元素组成的合金。主要牌号有QMn1.5(Cu-1.5Mn)、QMn5(Cu-5Mn)等。应用学科材料科学技术(一级学科),金属材料(二级学科),有色金属材料(三级学科),铜及其合金(四级学科)
镉青铜
以镉作为主要合金元素的特殊青铜。
有时还加入0.35%~0.65%铬。有高强度、高硬度、良好的耐磨性和耐热性。良好的导电性和导热性。易于压力加工,镉的挥发物有毒。熔融法制备。熔炼时要注意防护。常见镉青铜牌号为QCd1.0。又叫镉铜。
铬青铜介绍
国产铬青铜的牌号主要有QCr0.5、QCr0. 5-0. 2-0.1、QCr0. 6-0. 4-0. 05等,美国ASTM标准中铬青铜的牌号较多,有C18150、C18200、C18400、C18500等。铬青铜是含0. 4%~1.1%Cr(质量分数,以下同)的高铜合金Cu-Cr二元相图见图1-12。在共晶温度1072℃下,铬在铜中的最大溶解度为0. 65%(有文献认为0.68%)。随温度的降低,固溶度急剧下降,固溶后时效处理析出Cr粒子相。铬青铜可以通过淬火·时效或淬火一冷变形,时效处理获得强化。铬的加入,一方面明显提高合金的再结晶温度和热强性;另一方面使铜的导电性略有下降。固溶处理的铬青铜棒导电率为450/0 IACS,时效处理后上升到80% IACS。时效态铬青铜的软化温度为400℃,是冷加工铜的两倍。这种合金可在铸造状态和变形状态下使用。Al及Mg作为铬青铜的合金元素添加时,可在Cu-Cr合金表面形成一层薄的、致密的与基体金属结合牢靠的氧化物膜,提高合金的高温抗氧化性能与耐热性,Al及Mg在合金中的含量通常各不大于0. 3%。Zr在铬青铜中可与Cr形成固溶于Cu的化合物Cr2 Zr,其溶解度随温度的降低而明显减少,使合金的强度、硬度、耐热性有所提高,同时对合金电导率的影响很小。因此铜一铬一锆合金为典型的高强高导铜合金。
主要特点和用途
成形性能:合金冷、热加工性能良好,可进行挤压、热轧、锻造(要求锻后进行固溶处理)等热加工,热加工温度为820~930℃,热锻性为锻造黄铜HPb60_2的80%。在固溶、退火或适当的拉拔状态下,可进行拉拔、冷轧、镦锻、型锻或弯曲等冷加工。
焊接性能:合金能锡焊、银焊和钎焊,易于进行气体保护电弧焊,对散热好的焊接部位采用电子.束焊接效果好。熔焊和硬钎焊会降低热处理后材料获得的性能,这种焊接通常用于软状态,并随之施以必要的热处理。软钎焊性能良好,不推荐氧乙炔焊、保护金属弧焊、电阻点焊和电阻缝焊。
切削加工与磨削性能:合金的切削加工性为易切削黄铜HPb63-3的20%。切削时使用含20%铅油的矿物油作冷却润滑剂。
主要特点和用途:铬青铜在室温及400℃以下具有较高的强度和硬度,导电性和导热性好,加工成形性能良好。广泛用于电气设备的高温导电耐磨零件。主要用途有:电动机整流子、集电环、高温开关、电焊机的电极、滚轮、夹持器、以双金属形式使用的刹车盘、圆盘及其他要求高导热、导电率、高热强性的零部件。
锆青铜
以锆���主要合金元素的一类特殊青铜。为提高强度有时加入少量锆。常见牌号有QZr0.2和QZr0.4。有良好的热强性和抗蠕变性能,高温下有较好的塑性和导电性。熔融法制备。主要用作电阻焊接零件、高强度电极材料等