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因呈紫紅色而得名。它不一定是純銅,有時還加入少量脫氧元素或其他元素,以改善材質和性能,因此也歸入銅合金。中國紫銅加工材按成分可分為:普通紫銅(T1、T2、T3、T4)、無氧銅(TU1、TU2和高純、真空無氧銅)、脫氧銅(TUP、TUMn)、添加少量合金元素的特種銅(砷銅、碲銅、銀銅)四類。紫銅的電導率和熱導率僅次于銀,廣泛用于制作導電、導熱器材。紫銅在大氣、海水和某些非氧化性酸(鹽酸、稀硫酸)、堿、鹽溶液及多種有機酸(醋酸、檸檬酸)中,有良好的耐蝕性,用于化學工業。另外,紫銅有良好的焊接性,可經冷、熱塑性加工制成各種半成品和成品。20世紀70年代,紫銅的產量超過了其他各類銅合金的總產量。
紫銅中的微量雜質對銅的導電、導熱性能有嚴重影響。其中鈦、磷、鐵、硅等顯著降低電導率,而鎘、鋅等則影響很小。氧、硫、硒、碲等在銅中的固溶度很小,可與銅生成脆性化合物,對導電性影響不大,但能降低加工塑性。普通紫銅在含氫或一氧化碳的還原性氣氛中加熱時,氫或一氧化碳易與晶界的氧化亞銅(Cu2O)作用,產生高壓水蒸氣或二氧化碳氣體,可使銅破裂。這種現象常稱為銅的“氫病”。氧對銅的焊接性有害。鉍或鉛與銅生成低熔點共晶,使銅產生熱脆;而脆性的鉍呈薄膜狀分布在晶界時,又使銅產生冷脆。磷能顯著降低銅的導電性,但可提高銅液的流動性,改善焊接性。適量的鉛、碲、硫等能改善可切削性。
黃銅:以鋅作主要添加元素的銅合金,具有美觀的黃色,統稱黃銅。銅鋅二元合金稱普通黃銅或稱簡單黃銅。三元以上的黃銅稱特殊黃銅或稱復雜黃銅。含鋅低於36%的黃銅合金由固溶體組成,具有良好的冷加工性能,如含鋅30%的黃銅常用來制作彈殼,俗稱彈殼黃銅或七三黃銅。含鋅在36~42%之間的黃銅合金由和固溶體組成,其中常用的是含鋅40%的六四黃銅。為了改善普通黃銅的性能,常添加其他元素,如鋁、鎳、錳、錫、硅、鉛等。鋁能提高黃銅的強度、硬度和耐蝕性,但使塑性降低,適合作海輪冷凝管及其他耐蝕零件。錫能提高黃銅的強度和對海水的耐腐性,故稱海軍黃銅,用作船舶熱工設備和螺旋槳等。鉛能改善黃銅的切削性能;這種易切削黃銅常用作鐘表零件。黃銅鑄件常用來制作閥門和管道配件等。
特種這里主要指含鋁量在11.5%以上、15%以下的鋁青銅。除鋁外的元素組分和普通鋁青銅相差不大。因為含鋁量的差異,使得特種鋁青銅有著比合金鋼更加高的強度和接近合金鋼的硬度。被廣泛用于力結構件、傳動件等。
此外,因其良好的耐腐蝕性、抗壓抗磨能力,還用于高速列車的傳動軸齒輪。中國不能量產。
鋁青銅焊接要點焊接鋁青銅的主要困難是鋁的氧化,生成致密而難熔的Al2O3薄膜覆蓋在熔滴和熔池表面。易在焊縫中產生夾渣、氣孔和未熔合等缺陷。鋁的氧化物和防止鋁的氧化成為焊接鋁青銅成敗的關鍵。此外w(Al)<7%的單相鋁青銅具有熱脆性,在熱影響區易產生裂紋,比較難焊。w(A1)≥7%的單相合金和雙相合金,采取一些防裂措施是可以焊接的。
一般不采用氣焊,因為很難完全鋁的氧化物有害作用。如果必須采用氣焊,則須對焊絲、焊接坡口作徹底清理,使用含氯化鹽和氟化鹽的熔劑。嚴格采用中性焰等措施。
焊條電弧焊一般用于鋁青銅鍛件或鑄件的焊補。采用ECuAl-c(即T237)焊條。除薄件(≤3mm)外,需采用70°~90°的V形坡口;薄件常不預熱,對于 w(Al)<10%的合金,預熱和層間溫度一般不應超過150℃。焊接鋁含量為10%~13%的鋁青銅,厚工件預熱和層間溫度約260℃,焊件宜快速冷卻。采用直流反接,短弧和窄焊道施焊。多層焊時層間必須徹底清渣。
以錫為主要合金元素的青銅。含錫量一般在3~14%之間,主要用于制作彈性元件和耐磨零件。變形錫青銅的含錫量不超過 8%,有時還添加磷、鉛、鋅等元素。磷是良好的脫氧劑,還能改善流動性和耐磨性。錫青銅中加鉛可改善可切削性和耐磨性,加鋅可改善鑄造性能。這種合金具有較高的力學性能、減磨性能和耐蝕性,易切削加工,釬焊和焊接性能好,收縮系數小,無磁性。可用線材火焰噴涂和電弧噴涂制備青銅襯套、軸套、抗磁元件等涂層。尺寸規格有Ф1.6mm、Ф2.3mm。具有較高的強度、耐蝕性和優良的鑄造性能,長期以來廣泛應用于各工業部門中
錫磷青銅磷是銅合金的良好脫氧劑,可增加合金的流動性,改善錫青銅的工藝和力學性能,但加大逆偏析程度。
錫青銅中磷的極限溶解度為0.15%,過多時將形成a+δ+Cu3P三元共晶,熔點為628℃,熱軋時易產生熱脆性,只能冷加工。因此,變形錫青銅中含磷量不應大于0.5%,熱加工時,磷應小于0.25%。
含磷錫青銅是有名的彈性材料,在加工時,控制冷加工前的晶粒大小和加工后的低溫退火很有必要。細晶粒加工材的強度、彈性模量和疲勞強度比其粗晶粒加工材為高,但塑性較低。冷加工材在200~260℃經1~2h低溫退火、產生退火硬化效應,可進一步提高制品的強度、塑性、彈性極限和彈性模量,并增加彈性的穩定性。
現已列入中國標準中的含磷錫青銅共4個牌號。
其中QSn6.5-0.1合金主要制作彈性元件特別是電導性好的彈簧接觸片,儀器儀表中的耐磨零件和抗磁元件等;
Qsn6.5一0.4合金主要用于造紙、化工和食品等工業制造金屬網,也用于制造耐磨和彈簧零件;
QSn7-0.2合金用于在中等的載荷和滑動速度下承受摩擦的零件,如軸承、軸套、渦輪等,亦可制造彈性元件和其他機械電氣零件;
QSn4-0.3合金用于生產壓力表中的各種管材,作敏感元件,有壓力表青銅之稱。
錫鋅青銅鋅大量溶解于銅錫合金中,在變形錫青銅中鋅的加入量一般不大于4%。鋅能改善合金的流動性,縮小結晶溫度范圍,減輕逆偏析。
列入現行中國標準中的錫鋅青銅牌號為QSn4-3,具有良好的彈性、耐磨性和抗磁性,可在冷態和熱態下壓力加工,易于焊接和釬焊,切削性較好,在大氣和淡水、海水中抗蝕性良好,用于各種彈性元件以及管配件、化工器械、耐磨零件和抗磁零件等。
錫鋅鉛青銅鉛實際不固溶于銅錫合金中,它以單相、呈黑色夾雜物分布在枝晶間。鑄錠中鉛分布不易均勻,通常加入少量鎳可改善其分布,并細化組織。鉛降低錫青銅的摩擦系數,改善耐磨性和切削性,但略降低力學性能。
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