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河北錫青銅是工業(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。
一、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。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。
二、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。
三、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。