锡青铜

2019-08-05 15:35:31 539

早在公元前3000年以前,人们就开始制造和使用铜。但是,炼铜制成的物件太软,容易弯曲,并且很快就钝。接着人们发现把锡掺到铜里去制成铜锡合金--青铜。青铜器件的熔炼和制作比纯铜容易的多,比纯铜坚硬(假如把锡的硬度值定为5,那么铜的硬度就是30,而青铜的硬度则是100~150),历史上称这个时期为青铜时代。
我国战国时代的著作《周礼·冬官·辀人》总结了熔炼青铜的经验,讲述青铜铸造各种不同物件采用铜和锡的不同比例:"金有六齐(方剂)。六分其金(铜)而锡居一,谓之钟鼎之齐;五分其金而锡居一,谓之斧斤之齐;四分其金而锡居一,谓之戈戟之齐;三分其金而锡居一,谓之大刃之齐;五分其金而锡居二,谓之削杀矢(箭)之齐;金锡半,谓之鉴(镜子)燧(利用镜子聚光取火)之齐。"这表明在3000多年前,我国劳动人民已经认识到,用途不同的青铜器所要求的性能不同,用以铸造青铜器的金属成分比例也应有所不同。
青铜由于坚硬,易熔,能很好的铸造成型,在空气中稳定,因而即使在青铜时代以后的铁器时代里,也没有丧失它的使用价值。例如在公元前约280年,欧洲爱琴海中罗得岛上罗得港口矗立的青铜太阳神,高达46米,其手指高度超过成人身高。
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。
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)+其他杂质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。