1簡史
早在公元前3000年以前,人們就開始制造和使用銅。但是,煉銅制成的物件太軟,容易彎曲,并且很快就鈍。接著人們發(fā)現(xiàn)把錫摻到銅里去制成銅錫合金——青銅。青銅器件的熔煉和制作比純銅容易的多,比純銅堅硬(假如把錫的硬度值定為5,那么銅的硬度就是30,而青銅的硬度則是100~150),歷稱這個時期為青銅時代。
我國戰(zhàn)國時代的著作《周禮·冬官·辀人》總結(jié)了熔煉青銅的經(jīng)驗,講述青銅鑄造各種不同物件采用銅和錫的不同比例:“金有六齊(方劑)。六分其金(銅)而錫居一,謂之鐘鼎之齊;五分其金而錫居一,謂之斧斤之齊;四分其金而錫居一,謂之戈戟之齊;三分其金而錫居一,謂之大刃之齊;五分其金而錫居二,謂之削殺矢(箭)之齊;金錫半,謂之鑒(鏡子)燧(利用鏡子聚光取火)之齊。”這表明在3000多年前,我國勞動人民已經(jīng)認識到,用途不同的青銅器所要求的性能不同,用以鑄造青銅器的金屬成分比例也應(yīng)有所不同。
青銅由于堅硬,易熔,能很好的鑄造成型,在空氣中穩(wěn)定,因而即使在青銅時代以后的鐵器時代里,也沒有喪失它的使用價值。例如在公元前約280年,歐洲愛琴海中羅得島上羅得港口矗立的青銅太陽神,高達46米,其手指高度超過成人身高。
2特性
錫青銅除了含有3%~14%錫,此外還常常加入磷、鋅、鉛等元素。是人類應(yīng)用的合金,至今已有約4000年的使用歷史。它耐蝕、耐磨,有較好的力學性能和工藝性能,并能很好地焊接和釬焊,沖擊時不產(chǎn)生火花。分為加工錫青銅和鑄造錫青銅。用于壓力加工的錫青銅含錫量低于6%~7%,鑄造錫青銅的含錫量為10%~14%。常用牌號有QSn4-3,QSn4.4-2.5,QSn7-O.2,ZQSn10,ZQSn5-2-5,ZQSN6-6-3等。錫青銅是鑄造收縮率最小的有色金屬合金,可用來生產(chǎn)形狀復雜、輪廓清晰、氣密性要求不高的鑄件。錫青銅在大氣、海水、淡水和蒸汽中十分耐蝕,廣泛用于蒸汽鍋爐和海船零件。含磷錫青銅具有良好的力學性能,可用作高精密工作母機的耐磨零件和彈性零件。含鉛錫青銅常用作耐磨零件和滑動軸承,含鋅錫青銅可作高氣密性鑄件。
錫青銅的凝固范圍大,枝晶偏析嚴重;凝固時不易形成集中縮孔,體積收縮很??;鑄錠中易出現(xiàn)錫的逆偏析,嚴重時鑄錠表面可見到白色斑點(8相析出),甚至出現(xiàn)富錫顆粒,一般稱為錫汗(tinsweat),改進鑄造方法和工藝條件可減輕逆偏析程度;液態(tài)合金中,錫易生成硬脆的夾雜物SnO2,熔煉要充分脫氧,防止由于夾雜物引起的合金力學性能的降低;對過熱和氣體的敏感性很小,能很好地焊接和釬焊;沖擊時不發(fā)生火花,無磁性、耐寒,并有的耐磨性。
3分類
工業(yè)錫青銅錫青銅是工業(yè)上使用的重要銅合金。為改善其鑄造、力學和耐磨性能,以及節(jié)約錫,在錫青銅中加入磷、鋅、鉛等合金元素。因而可把錫青銅分為錫磷青銅、錫鋅青銅和錫鋅鉛三類。
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(chǎn)生熱脆性,只能冷加工。因此,變形錫青銅中含磷量不應(yīng)大于0.5%,熱加工時,磷應(yīng)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(jīng)1~2h低溫退火、產(chǎn)生退火硬化效應(yīng),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(wěn)定性。
現(xiàn)已列入中國國家標準中的含磷錫青銅共4個牌號。錫(Sn)×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(yè)制造金屬網(wǎng),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(chǎn)壓力表中的各種管材,作敏感元件,有壓力表青銅之稱。
錫磷青銅牌號的意義
為什么牌號為QSn6.5-0.1,可能很多人會為這個問題,其實這個是根據(jù)錫磷青銅的含量不同來命名的,比如
QSn6.5-0.1的理論意義:含錫(Sn)6.5%,含鋅(Zn)+其他雜志0.1%,銅(Cu)為余量
同樣的 QSn4-0.3 和 QSn7-0.2 這兩個也是用同樣的理解去看牌號的含量,但是實際的熔煉過程中總是會有一定的誤差范圍,每個牌號都會有一定的范圍標準 根據(jù)國標:
牌號:QSn6.5-0.1 標準:GB/T 4423-1992
化學成份:銅 Cu :余量,錫 Sn :6.0~7.0,鉛 Pb:≤0.02 ,磷 P:0.10~0.25 ,鋁 Al:≤0.002,
鐵 Fe:≤0.05 ,硅 Si :≤0.002,銻 Sb :≤0.002,鉍 Bi:≤0.002 注:≤0.1(雜質(zhì))
牌號:QSn6.5-0.4 標準:GB/T 13808-1992
化學成分:Sn:6.0-7.0,Al:0.002 ,Zn:0.3,F(xiàn)e:0.02,Pb:0.02,Ni:0.2,P:0.26-0.40 ,
Cu:余量,雜質(zhì):0.1
牌號:QSn7-0.2 標準:GB/T 2059-2000
化學成份:銅 Cu :余量,錫 Sn :6.0~8.0,鉛 Pb:≤0.02,磷 P:0.10~0.25,
鋁 Al:≤0.01,鐵 Fe:≤0.05,硅 Si :≤0.02,銻 Sb :≤0.002,鉍 Bi:≤0.002,注:≤0.15(雜質(zhì))
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(jié)晶溫度范圍,減輕逆偏析。
列入現(xiàn)行中國國家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(tài)和熱態(tài)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(shù),改善耐磨性和切削性,但略降低力學性能。
在銅錫鉛合金中常加入3%~5%的鋅,以再提高力學性能。
加入0.02%~0.1%鋯或0.02%~0.1%硼,特別是加入0.02%~0.2%稀土元素能細化鉛質(zhì)點,使之分布均勻,以改善含鉛錫青銅的組織、鑄造和力學性能。
列入現(xiàn)行中國國家標準的錫鋅鉛青銅有QSn4-4-2.5和QSn4-4-4兩個牌號,具有高的耐磨性、易切削加工,主要以板、帶材形式用于汽車、拖拉機、航空和機械工業(yè),制造軸套和軸承襯墊,有汽車青銅之稱。
4應(yīng)用
銅是與人類關(guān)系非常密切的有色金屬,被廣泛地應(yīng)用于電氣、輕工、機械制造、建筑工業(yè)、國防工業(yè)等領(lǐng)域,在我國有色金屬材料的消費中僅次于鋁。
錫青銅是鑄造收縮率最小的有色金屬合金,用來生產(chǎn)形狀復雜、輪廓清晰、氣密性要求不高的鑄件。錫青銅在大氣、海水、淡水和蒸汽中十分耐蝕,廣泛用于蒸汽鍋爐和海船零件。含磷錫青銅具有良好的力學性能,可用作高精密工作母機的耐磨零件和彈性零件。含鉛錫青銅常用作耐磨零件和滑動軸承。含鋅錫青銅可作高氣密性鑄件。
錫青銅在電氣、電子工業(yè)中應(yīng)用、用量,占總消費量一半以上。用于各種電纜和導線,電機和變壓器的這種,開關(guān)以及印刷線路板 在機械和運輸車輛制造中,用于制造工業(yè)閥門和配件、儀表、滑動軸承、模具、熱交換器和泵等。
在化學工業(yè)中廣泛應(yīng)用于制造真空器、蒸餾鍋、釀造鍋等。
在國防工業(yè)中用以制造、炮彈、零件等,每生產(chǎn)300萬發(fā),需用銅130-140噸。
在建筑工業(yè)中,用做各種管道、管道配件、裝飾器件等。