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古董市場上的黃銅彈簧

黃銅的鋅含量太高,不適合於純銅和壹種或多種其他元素組成的合金。純銅呈紫紅色,又稱紫銅。純銅的密度為8.96,熔點為1083℃,具有優良的導電性、導熱性、延展性和耐腐蝕性。主要用於制造發電機、母線、電纜、開關設備、變壓器等電氣設備和太陽能加熱裝置的熱交換器、管道、平板集熱器等導熱設備。常用的銅合金分為黃銅、青銅和白銅。

黃銅是壹種以鋅為主要添加元素的銅合金,具有漂亮的黃色,統稱為黃銅。銅鋅二元合金稱為普通黃銅或簡單黃銅。含有三種以上元素的黃銅稱為特種黃銅或復雜黃銅。鋅含量低於36%的黃銅合金由固溶體組成,具有良好的冷加工性能。例如,含鋅30%的黃銅常被用來制作彈殼,俗稱殼黃銅或73黃銅。含鋅36 ~ 42%的黃銅合金是由固溶體組成的,其中含鋅40%的64黃銅是最常用的。為了提高普通黃銅的性能,常添加其他元素,如鋁、鎳、錳、錫、矽、鉛等。鋁能提高黃銅的強度、硬度和耐腐蝕性能,但降低塑性,因此適用於海船的冷凝管等耐腐蝕部件。錫可以提高黃銅的強度和對海水的耐腐蝕性,所以被稱為海軍黃銅,用作船用熱設備和螺旋槳。鉛可以改善黃銅的可加工性;這種易切削黃銅常用作鐘表零件。黃銅鑄件通常用於制造閥門和管道配件。

青銅最初指的是銅錫合金,後來除黃銅和白銅以外的銅合金都稱為青銅,青銅的名稱往往冠以第壹種主要添加元素的名稱。錫青銅具有良好的鑄造性、減摩性和機械性能,適用於制造軸承、蝸輪和齒輪。鉛青銅是現代發動機和磨床廣泛使用的軸承材料。鋁青銅強度高,耐磨性和耐腐蝕性好,用於鑄造高負荷的齒輪、軸套和船用螺旋槳。鈹青銅和磷青銅具有較高的彈性極限和良好的導電性,適用於制造精密彈簧和電接觸元件。鈹青銅也用於制造煤礦和油庫中使用的無火花工具。

壹種以鎳為主要添加劑的銅合金。銅鎳二元合金稱為普通白銅;含有錳、鐵、鋅、鋁等元素的白銅合金稱為復合白銅。工業白銅可分為結構白銅和電氣白銅。結構白銅的特點是機械性能好,耐腐蝕,色澤美觀。這種白銅廣泛用於制造精密機械、化工機械和船舶部件。電白銅壹般具有良好的熱電性能。錳銅、康銅和白銅是錳含量不同的錳白銅,是制造精密電氣儀器、變阻器、精密電阻器、應變儀、熱電偶等的材料。

黃銅

黃銅是銅和鋅的合金。如果黃銅只是由銅和鋅組成,那就叫普通黃銅。如果是兩種以上元素組成的各種合金,就叫特種黃銅。例如由鉛、錫、錳、鎳、鉛、鐵和矽組成的銅合金。黃銅有很強的耐磨性。特種黃銅又稱特種黃銅,強度高、硬度高、耐化學性強。還有突出的切削機械性能。黃銅拉制的無縫銅管柔軟,耐磨性強。黃銅無縫管可用於熱交換器和冷凝器、低溫管道和海底運輸管道。制造板材、棒材、條材、管材、鑄件等。含銅62% ~ 68%,可塑性強,可用於制造耐壓設備。

根據黃銅所含合金元素種類的不同,黃銅可分為普通黃銅和特種黃銅。用於壓力加工的黃銅稱為變形黃銅。

1.普通黃銅

(1)普通黃銅的室溫顯微組織是銅鋅二元合金,其鋅含量變化很大,因此其室溫顯微組織也有很大差異。根據銅鋅二元狀態圖(圖6),黃銅的室溫顯微組織有三種:鋅含量在35%以下的黃銅,室溫顯微組織由單相α固溶體組成,稱為α黃銅;鋅含量在36% ~ 46%範圍內的黃銅,其顯微組織在室溫下由(α+β)兩相組成,稱為(α+β)黃銅(雙相黃銅)。含鋅超過46% ~ 50%的黃銅,其顯微組織在室溫下只由β相組成,稱為β黃銅。

(2)壓力加工性α單相黃銅(從H96到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過程中易產生中溫脆性,其具體溫度範圍隨Zn含量而變化,壹般在200℃~ 700℃之間。因此,熱加工時的溫度應高於700℃。單相α黃銅中溫脆性區的原因是Cu-Zn合金系的α相區中存在Cu3Zn和Cu9Zn兩種有序化合物,它們在中低溫加熱時發生有序轉變,使合金變脆。此外,合金中還有微量有害雜質鉛、鉍,與銅形成低熔點* * *晶膜,分布在晶界上,導致熱加工時沿晶斷裂。實踐表明,添加微量鈰能有效消除中溫脆性。

在雙相黃銅(從H63到H59)中,除了塑性好的α相外,合金組織中還出現了以電子化合物CuZn為主的β固溶體。β相在高溫下具有高塑性,而β′相(有序固溶體)在低溫下堅硬易碎。因此,(α+β)黃銅應在熱狀態下鍛造。

含鋅超過46% ~ 50%的β黃銅由於其硬而脆的特性,不能進行壓力加工。

(3)機械性能黃銅的機械性能因鋅含量不同而不同。圖7顯示了黃銅的機械性能隨不同鋅含量變化的曲線。對於α黃銅,σb和δ隨著鋅含量的增加而增加。對於(α+β)黃銅,室溫強度不斷增加,直到鋅含量增加到45%左右。如果鋅含量進壹步增加,由於更脆的R相(基於Cu5Zn8化合物的固溶體)的出現,合金的強度將急劇下降。(α+β)黃銅的室溫塑性總是隨著鋅含量的增加而降低。所以鋅含量超過45%的銅鋅合金沒有實用價值。

2.特種黃銅

為了提高黃銅的耐蝕性、強度、硬度和可加工性,在銅鋅合金中加入錫、鋁、錳、鐵、矽、鎳、鉛等少數元素(壹般1% ~ 2%,少數3% ~ 4%,少數5% ~ 6%),形成三元、四元甚至四元。

鋅當量系數為復數(1)的黃銅的顯微組織,可以根據黃銅中添加元素的“鋅當量系數”來計算。由於Cu-Zn合金中加入了少量的其他合金元素,Cu-Zn狀態圖中的α/(α+β)相區通常向左或向右移動。因此,特種黃銅的顯微組織通常與鋅含量增加或減少的普通黃銅相當。例如,在銅鋅合金中加入1%矽後的顯微組織相當於在銅鋅合金中加入10%鋅。所以矽的鋅當量是10。矽的“鋅當量系數”最大,使得Cu-Zn系中的α/(α+β)相界顯著向銅側移動,即α相區被強烈縮小。鎳的“鋅當量系數”為負,即α相區擴大。

(2)特種黃銅的性能特種黃銅中的α相和β相是多元復合固溶體,具有較大的強化作用,而普通黃銅中的α相和β相是簡單的銅鋅固溶體,強化作用較低。雖然鋅當量相當,但多組分固溶體的性質不同於簡單的二元固溶體。所以少量多元強化是提高合金性能的壹種方式。

(3)幾種常用特種變形黃銅的顯微組織和壓力加工性能。

鉛黃銅:鉛實際上不溶於黃銅,以自由粒子的狀態分布在晶界上。鉛黃銅按其結構可分為α和(α+β)。α鉛黃銅由於其有害作用和較低的高溫塑性,只能進行冷變形或熱擠壓。(α+β)鉛黃銅高溫塑性好,可鍛造。

錫黃銅:在黃銅中加入錫可以明顯提高合金的耐熱性,特別是抗海水腐蝕的能力,所以錫黃銅被稱為“海軍黃銅”

錫可以溶解在銅基固溶體中,起到固溶強化的作用。但隨著錫含量的增加,合金中會出現脆性的R相(CuZnSn化合物),不利於合金的塑性變形,所以錫黃銅的錫含量壹般在0.5% ~ 1.5%範圍內。

常用的錫黃銅有HSn70-1、HSn62-1、HSn60-1等。前者為α合金,塑性高,可冷熱壓加工。後兩個品牌的合金具有(α+β)兩相結構,經常出現少量的R相,室溫塑性低,只能在熱態下變形。

錳黃銅:錳在固體黃銅中有很大的溶解度。在黃銅中加入1% ~ 4%的錳,可顯著提高合金的強度和耐蝕性,而不降低其塑性。

錳黃銅具有(α+β)結構,常用HMn58-2,在冷熱狀態下具有良好的沖壓加工性。

鐵黃銅:在鐵黃銅中,鐵以富鐵顆粒的形式析出,作為晶核細化晶粒,阻止再結晶晶粒長大,從而提高合金的力學性能和工藝性能。鐵黃銅中的鐵含量通常在1.5%以下,其組織為(α+β),具有較高的強度和韌性,高溫塑性好,冷態可變形。常用的品牌號是Hfe59-1-1。

鎳黃銅:鎳和銅能形成連續的固溶體,顯著擴大α相區。在黃銅中加入鎳可以顯著提高黃銅在大氣和海水中的耐腐蝕性能。鎳還可以提高黃銅的再結晶溫度,促進更細小晶粒的形成。

HNi65-5鎳黃銅具有單相α結構,在室溫下具有良好的塑性,在熱態下也能變形,但必須嚴格控制雜質鉛的含量,否則合金的熱加工性能會嚴重惡化。

中國最早使用黃銅鑄錢始於明朝嘉靖年間。“黃銅”壹詞最早出自西漢東方朔(()沈懿黃敬忠經:“西北有壹宮,以黃銅為壁,題為帝皇宮。”這個“黃銅”指的是什麽銅合金,還有待檢驗。新唐書又叫“青銅”、“黃銅”,分別指礦石和冶煉品的顏色,而不是現在的銅錫合金、銅鋅合金。在宋代詩人洪的《大冶賦》中,又有壹句:“是黃銅,坑有別名,山繁平原”,指的是火法冶煉的純銅。黃銅壹詞指銅鋅合金,始於明代,其記載見於《明會典》:“嘉靖有例,鮑彤錢六百萬,二火黃銅四萬七千二百七十二斤……”通過對明代銅錢成分的分析,發現《明會典》中提到的鑄錢真正意義上的黃銅出現的時間比其他銅合金要晚得多,因為黃銅中的鋅很難獲得。氧化鋅在950℃-1000℃的高溫下能迅速還原成金屬鋅,而液態鋅在906℃時已經沸騰,所以還原得到的金屬鋅是以蒸氣的形式存在。冷卻時反應是逆反應,蒸氣鋅在爐內由二氧化碳氧化成氧化鋅,所以需要有專門的冷凝裝置才能得到金屬鋅。這是鋅的使用時間比銅、鉛、錫、鐵晚得多的原因,也是黃銅硬幣出現較晚的原因之壹。但在姜寨仰韶文化遺址出土了含鋅20%以上的黃銅件和銅管,山東交縣三裏河龍山文化也出土了兩種黃銅錐。顯然,這些黃銅器物的出現,並不意味著史前時期人們已經掌握了黃銅的冶煉技術,而是人們在利用銅和鋅生產礦石時無意中獲得的。商周青銅器的含鋅量很低,壹般在10-z的數量級,西漢和辛莽的錢幣有幾種,有的含鋅量為7%,但這並不代表西漢辛莽時期就有黃銅錢幣產生。因為這些銅鋅合金是極其罕見的現象,其含鋅量壹般比真正黃銅含鋅量15%-40%要小很多。所以我們認為這些含鋅的銅錢是漢代“山鑄錢”使用銅、鋅時產生的。根據對有關礦山的調查,發現山東省昌濰、煙臺、臨沂、湖北等地有豐富的銅、鋅礦,使得冶煉的銅中含有少量的鋅。到了唐代,由於鑄幣材料的標準化,錢幣中鋅的含量是恒定的。

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