四、青铜

四、青铜

青铜种类很多,锡青铜是最常见的青铜,此外还有铝青铜、铍青铜、铅青铜等。按工艺特点,青铜又分为加工青铜和铸造青铜两大类。

加工青铜的牌号用“青”字汉语拼音字母字首Q+主加元素符号及其平均质量分数+其他元素平均质量分数表示。例如,QSn4-3表示平均w(Sn)=4%,平均w(Zn)=3%,其余为铜的锡青铜。

铸造青铜的牌号用Z+铜和合金元素符号及合金元素平均质量分数表示。例如,ZCuSn10P1表示平均w(Sn)=10%,平均w(P)=1%,其余为铜的铸造锡青铜。常用青铜的牌号、化学成分、力学性能及用途见表8-5。

8-5 常用青铜的牌号、化学成分、力学性能及用途 (摘自GB/T 5231—2012、GB/T 1176—2013、GB/T 2040—2008)

图示

①J表示金属型铸造。

1.锡青铜

以锡为主要添加元素的铜合金称为锡青铜。锡含量对青铜的组织和力学性能的影响较大,如图8-7所示。

图示

图8-7 锡青铜的组织和力学性能与锡含量的关系

w(Sn)<7%时,其组织是锡溶于铜中的单相α固溶体,随着锡含量的增加,强度和塑性均增加,适宜于冷热变形加工。(https://www.daowen.com)

w(Sn)>7%时,组织为α+δ两相,由于δ相是以化合物Cu31Sn8为基的固溶体,硬而脆,因此强度继续增加,但塑性下降,只适宜于铸造。

w(Sn)>20%时,组织中δ相偏多,锡青铜的塑性和强度显著降低,已无使用价值。工业上使用的锡青铜锡含量一般为w(Sn)=3%~14%。

锡青铜的耐磨性好,耐大气、海水腐蚀的能力比黄铜强。虽然铸造锡青铜的流动性差,容易产生偏析,铸件的致密度也不够高,但它是非铁金属中收缩率最小的合金,而且无磁性和冷脆现象。

加工锡青铜在造船、化工、机械、仪表等工业中广泛应用,适合于制造轴承,耐蚀、抗磁零件,弹簧等。

铸造锡青铜适合于铸造形状复杂,致密性要求不高,要求耐磨、耐蚀的零件,如泵体、轴瓦、齿轮、蜗轮等。

2.铝青铜

以铝为主要添加元素的铜合金称为铝青铜。常用的铝青铜w(Al)=5%~11%。铝青铜比黄铜和锡青铜有更好的耐蚀性,较高的强度、硬度,但收缩率比锡青铜大。当w(Al)=5%~7%时,铝青铜有良好的塑性,适宜于冷变形加工;当w(Al)=10%时,铝青铜强度高,适宜于铸造。铝青铜常用来制造在海水和较高温度下工作的高强度耐磨零件,如轴承、齿轮、蜗轮等,也可制造仪器中要求耐蚀的零件和弹性零件。

3.铍青铜

以铍为主要添加元素的铜合金称为铍青铜。常用的铍青铜中w(Be)=1.7%~2.5%。铍在铜中的最大溶解度为2.7%(质量分数),到室温时降至0.2%(质量分数),所以,铍青铜经固溶处理和时效后有较高的强度、硬度。同时,铍青铜还具有良好的耐蚀性、耐疲劳性、导电性、导热性,且无磁性,受冲击不产生火花等,是一种综合性能较好的结构材料,主要用于制造各种精密仪器、仪表中的弹性零件,以及耐蚀、耐磨零件,如钟表齿轮、航海罗盘、电焊机电极、防爆工具等。铍青铜价格贵,工艺复杂,使其应用受到限制。