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| 黃銅的相關(guān)知識(shí) |
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| 發(fā)布時(shí)間：2018/5/5 11:19:00 點(diǎn)擊：994次 |
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黃銅是由銅和鋅所組成的合金。如果只是由銅、鋅組成的黃銅就叫作普通黃銅。如果是由二種以上的元素組成的多種合金就稱為特殊黃銅。如由鉛、錫、錳、鎳、鉛、鐵、硅組成的銅合金。黃銅有較強(qiáng)的耐磨性能。特殊黃銅又叫特種黃銅，它強(qiáng)度高、硬度大、耐化學(xué)腐蝕性強(qiáng)。還有切削加工的機(jī)械性能也較黃銅材料突出。由黃銅所拉成的無(wú)縫銅管，質(zhì)軟、耐磨性能強(qiáng)。黃銅無(wú)縫管可用于熱交換器和冷凝器、低溫管路、海底運(yùn)輸管。制造板料、條材、棒材、管材，鑄造零件等。含銅在62%～68%，塑性強(qiáng)，制造耐壓設(shè)備等。
根據(jù)黃銅中所含合金元素種類的不同，黃銅分為普通黃銅和特殊黃銅兩種。壓力加工用的黃銅稱為變形黃銅。
1．普通黃銅
�。�1）普通黃銅的室溫組織 普通黃銅是銅鋅二元合金，其含鋅量變化范圍較大，因此其室溫組織也有很大不同。根據(jù)Cu－Zn二元狀態(tài)圖（圖6），黃銅的室溫組織有三種：含鋅量在35%以下的黃銅，室溫下的顯微組織由單相的α固溶體組成，稱為α黃銅；含鋅量在36%～46%范圍內(nèi)的黃銅，室溫下的顯微組織由（α+β）兩相組成，稱為（α+β）黃銅（兩相黃銅）；含鋅量超過(guò)46%～50%的黃銅，室溫下的顯微組織僅由β相組成，稱為β黃銅。
（2）壓力加工性能
α單相黃銅（從H96至H65）具有良好的塑性，能承受冷熱加工，但α單相黃銅在鍛造等熱加工時(shí)易出現(xiàn)中溫脆性，其具體溫度范圍隨含Zn量不同而有所變化，一般在200～700℃之間。因此，熱加工時(shí)溫度應(yīng)高于700℃。單相α黃銅中溫脆性區(qū)產(chǎn)生的原因主要是在Cu-Zn合金系α相區(qū)內(nèi)存在著Cu3Zn和Cu9Zn兩個(gè)有序化合物，在中低溫加熱時(shí)發(fā)生有序轉(zhuǎn)變，使合金變脆；另外，合金中存在微量的鉛、鉍有害雜質(zhì)與銅形成低熔點(diǎn)共晶薄膜分布在晶界上，熱加工時(shí)產(chǎn)生晶間破裂。實(shí)踐表明，加入微量的鈰可以有效地消除中溫脆性。
兩相黃銅（從H63至H59），合金組織中除了具有塑性良好的α相外，還出現(xiàn)了由電子化合物CuZn為基的β固溶體。β相在高溫下具有很高的塑性，而低溫下的β′相（有序固溶體）性質(zhì)硬脆。故（α+β）黃銅應(yīng)在熱態(tài)下進(jìn)行鍛造。含鋅量大于46%～50%的β黃銅因性能硬脆，不能進(jìn)行壓力加工。
（3）力學(xué)性能 黃銅中由于含鋅量不同，機(jī)械性能也不一樣，圖7是黃銅的機(jī)械性能隨含鋅量不同而變化的曲線。對(duì)于α黃銅，隨著含鋅量的增多，σb和δ均不斷增高。對(duì)于（α+β）黃銅，當(dāng)含鋅量增加到約為45%之前，室溫強(qiáng)度不斷提高。若再進(jìn)一步增加含鋅量，則由于合金組織中出現(xiàn)了脆性更大的r相（以Cu5Zn8化合物為基的固溶體），強(qiáng)度急劇降低。（α+β）黃銅的室溫塑性則始終隨含鋅量的增加而降低。所以含鋅量超過(guò)45%的銅鋅合金無(wú)實(shí)用價(jià)值。
普通黃銅的用途極為廣泛,如水箱帶、供排水管、獎(jiǎng)?wù)�、波紋管、蛇形管、冷凝管、彈殼及各種形狀復(fù)雜的沖制品、小五金件等。隨著鋅含量的增加從H63到H59，它們均能很好地承受熱態(tài)加工，多用于機(jī)械及電器的各種零件、沖壓件及樂(lè)器等處。
2．特殊黃銅
為了提高黃銅的耐蝕性、強(qiáng)度、硬度和切削性等，在銅-鋅合金中加入少量（一般為1%～2%，少數(shù)達(dá)3%～4%，極個(gè)別的達(dá)5%～6%）錫、鋁、錳、鐵、硅、鎳、鉛等元素，構(gòu)成三元、四元、甚至五元合金，即為復(fù)雜黃銅，亦稱特殊黃銅。
�。�1）鋅當(dāng)量系數(shù) 復(fù)雜黃銅的組織，可根據(jù)黃銅中加入元素的“鋅當(dāng)量系數(shù)”來(lái)推算。因?yàn)樵阢~鋅合金中加入少量其他合金元素，通常只是使Cu-Zn狀態(tài)圖中的α/（α+β）相區(qū)向左或向右移動(dòng)。所以特殊黃銅的組織，通常相當(dāng)于普通黃銅中增加或減少了鋅含量的組織。例如，在Cu-Zn合金中加入1%硅后的組織，即相當(dāng)于在Cu-Zn合金中增加10%鋅的合金組織。所以硅的“鋅當(dāng)量”為10。硅的“鋅當(dāng)量系數(shù)”最大，使Cu-Zn系中的α/（α+β）相界顯著移向銅側(cè)，即強(qiáng)烈縮小α相區(qū)。鎳的“鋅當(dāng)量系數(shù)”為負(fù)值，即擴(kuò)大α相區(qū)。
（2）特殊黃銅的性能 特殊黃銅中的α相及β相是多元復(fù)雜固溶體，其強(qiáng)化效果較大，而普通黃銅中的α及β相是簡(jiǎn)單的Cu-Zn固溶體，其強(qiáng)化效果較低。雖然鋅當(dāng)量相當(dāng)，多元固溶體與簡(jiǎn)單二元固溶體的性質(zhì)是不一樣的。所以，少量多元強(qiáng)化是提高合金性能的一種途徑。
（3）幾種常用的特殊變形黃銅的組織和壓力加工性能
鉛黃銅：鉛實(shí)際不溶于黃銅內(nèi)，呈游離質(zhì)點(diǎn)狀態(tài)分布在晶界上。鉛黃銅按其組織有α和（α+β）兩種。α鉛黃銅由于鉛的有害作用較大，高溫塑性很低，故只能進(jìn)行冷變形或熱擠壓。（α+β）鉛黃銅在高溫下具有較好的塑性，可進(jìn)行鍛造。
錫黃銅：黃銅中加入錫，可明顯提高合金的耐熱性，特別是提高抗海水腐蝕的能力，故錫黃銅有“海軍黃銅”之稱。
錫能溶入銅基固溶體中，起固溶強(qiáng)化作用。但是隨著含錫量的增加，合金中會(huì)出現(xiàn)脆性的r相（CuZnSn化合物），不利于合金的塑性變形，故錫黃銅的含錫量一般在0.5%～1.5%范圍內(nèi)。
常用的錫黃銅有HSn70-1，HSn62-1，HSn60-1等。前者是α合金，具有較高的塑性，可進(jìn)行冷、熱壓力加工。后兩種牌號(hào)的合金具有（α+β）兩相組織，并常出現(xiàn)少量的r相，室溫塑性不高，只能在熱態(tài)下變形。
錳黃銅：錳在固態(tài)黃銅中有較大的溶解度。黃銅中加入1%～4%的錳，可顯著提高合金的強(qiáng)度和耐蝕性，而不降低其塑性。
錳黃銅具有（α+β）組織，常用的有HMn58-2，冷、熱態(tài)下的壓力加工性能相當(dāng)好。
鐵黃銅：鐵黃銅中，鐵以富鐵相的微粒析出，作為晶核而細(xì)化晶粒，并能阻止再結(jié)晶晶粒長(zhǎng)大，從而提高合金的機(jī)械性能和工藝性能。鐵黃銅中的鐵含量通常在1.5%以下，其組織為（α+β），具有高的強(qiáng)度和韌性，高溫下塑性很好，冷態(tài)下也可變形。常用的牌號(hào)為Hfe59-1-1。
鎳黃銅：鎳與銅能形成連續(xù)固溶體，顯著擴(kuò)大α相區(qū)。黃銅中加入鎳可顯著提高黃銅在大氣和海水中的耐蝕性。鎳還能提高黃銅的再結(jié)晶溫度，促使形成更細(xì)的晶粒。
HNi65-5鎳黃銅具有單相的α組織，室溫下具有很好的塑性，也可在熱態(tài)下變形，但是對(duì)雜質(zhì)鉛的含量必須嚴(yán)格控制，否制會(huì)嚴(yán)重惡化合金的熱加工性能。
黃銅的化學(xué)成分：
1）普通黃銅
它是由銅和鋅組成的合金。
當(dāng)含鋅量小于 39% 時(shí)，鋅能溶于銅內(nèi)形成單相 a ，稱單相黃銅 ，塑性好，適于冷熱加壓加工。
當(dāng)含鋅量大于 39% 時(shí)，有 a 單相還有以銅鋅為基的 b 固溶體，稱雙相黃銅， b 使塑性小而抗拉強(qiáng)度上升，只適于熱壓力加工
若繼續(xù)增加鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù) ，則抗拉強(qiáng)度下降，無(wú)使用價(jià)值
代號(hào)用“ H ＋數(shù)字”表示， H 表示黃銅，數(shù)字表示銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。
如 H68 表示含銅量為 68% ，含鋅量為 32% ，的黃銅，鑄造黃銅則在代號(hào)前“ Z ”字，如 ZH62
如 Zcuzn38 表示含鋅量為 38% ，余量為銅的鑄造黃銅。
H90 、 H80 單相，金黃色，故有金色共稱之，稱為鍍層，裝飾品，獎(jiǎng)?wù)碌取?nbsp;
H68 、 H59 屬于雙相黃銅，廣泛用于電器上的結(jié)構(gòu)件，如螺栓，螺母，墊圈、彈簧等。
一般情況下，冷變形加工用單相黃銅 熱變形加工用雙相黃銅。
2） 特殊黃銅
在普通黃銅中加入其它合金元素所組成的多元合金稱為黃銅。常加入的元素有鉛、錫、 鋁等，相應(yīng)地可稱為鉛黃銅 、錫黃銅、鋁黃銅。加合金元素的目的。主要是提高抗拉強(qiáng)度改善工藝性
代號(hào)：為“ H ＋主加元素符號(hào)（除鋅外）＋銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)＋主加元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)＋其它元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)”表示。
如： HPb59-1 表示銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 59% ，含主加元素鉛的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 1% ，余量為鋅的鉛黃銅。
我國(guó)最早用黃銅鑄錢開始于明嘉靖年間。 黃銅礦
“黃銅”一詞最早見(jiàn)于西漢東方朔所撰的《申異經(jīng)·中荒經(jīng)》:“西北有宮，黃銅為墻，題日地皇之宮。”
這種“黃銅”指的是何種銅合金，待考。《新唐書·食貨志》又有‘青銅”、“黃銅”的稱謂，分別指礦石顏色和冶煉產(chǎn)品，并非現(xiàn)在的銅錫合金與銅鋅合金。宋人洪咨夔撰《大冶賦》中又有“其為黃銅也，坑有殊名，山多眾樸”，指的是火法煉制的純銅。
黃銅一詞專指銅鋅合金，則始于明代，其記載見(jiàn)于《明會(huì)典》:“嘉靖中則例，通寶錢六百萬(wàn)文，合用二火黃銅四萬(wàn)七千二百七十二斤……�！蓖ㄟ^(guò)對(duì)明代銅錢成分的分析，發(fā)現(xiàn)《明會(huì)典》中所說(shuō)的鑄錢種真正意義上的黃銅的出現(xiàn)較其它幾種銅合金晚很多，這是因?yàn)辄S銅中金屬鋅的獲得比較困難。
氧化鋅在950℃一1000℃的高溫下才能較快地被還原成金屬鋅，而液態(tài)鋅在906℃時(shí)已經(jīng)沸騰，所以還原得到的金屬鋅以蒸氣狀存在。在冷卻時(shí)反應(yīng)逆轉(zhuǎn)，蒸氣鋅為爐中的二氧化碳再氧化成氧化鋅，因此要得到金屬鋅必須有特殊的冷凝裝置。這是金屬鋅的使用比銅、鉛、錫、鐵的使用晚得多的原因，也是黃銅鑄幣出現(xiàn)較晚的原因之一。
但是，在姜寨仰韶文化遺址中曾出土有含鋅量超過(guò)20%的黃銅片和黃銅管，山東膠縣三里河龍山文化的地層中也曾出土兩種黃銅錐。顯而易見(jiàn)，這些黃銅器物的出現(xiàn)并不是說(shuō)人們?cè)谑非熬驼莆樟它S銅的冶煉技術(shù)，而是人們?cè)诶勉~鋅共生礦時(shí)無(wú)意中獲得的。
商周時(shí)期銅器的含鋅量都很低，一般在10-z數(shù)量級(jí)。西漢、新莽的錢中有板個(gè)別的銅鋅甘金錢，其巾有的錢幣中鋅的含量達(dá)到7%，但是這并不能說(shuō)明黃銅鑄錢產(chǎn)生于西漢新莽之際。因?yàn)檫@些銅鋅合金是極個(gè)別現(xiàn)象，其含鋅量又普遍較真正意義上的黃銅含鋅量15%一40%要小得多。所以我們認(rèn)為這些含鋅的銅錢是漢代在“即山鑄錢”中使用銅鋅共生礦時(shí)產(chǎn)生的。據(jù)對(duì)有關(guān)礦山進(jìn)行調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，山東的昌濰、煙臺(tái)、臨沂及湖北等地都有資源豐富的銅鋅共生礦，這就使冶煉后的銅含有一小部分鋅。到了唐代，由于鑄錢材料的規(guī)范化，使所鑄行的錢幣中鋅的含量均為恒量。
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