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合金元素在銅合金中的作用及元素檢測(cè)方案

作者: 編輯: 來源: 發(fā)布日期: 2020.08.21
信息摘要:
合金元素對(duì)黃銅性能影響元素作用鐵Fe1、在黃銅中的溶解度極小;2、鐵有細(xì)化銅晶粒,延遲銅的再結(jié)晶過程,即提高再結(jié)晶溫度,抑制退火時(shí)再結(jié)晶晶?!?/div>

01

合金元素對(duì)黃銅性能影響

元素

作用

Fe

1、在黃銅中的溶解度極小

2、細(xì)化銅晶粒,延遲銅的再結(jié)晶過程,即提高再結(jié)晶溫度,抑制退火時(shí)再結(jié)晶晶粒長(zhǎng)大,提高合金強(qiáng)度與硬度。不利是降低銅的塑性、電導(dǎo)率與熱導(dǎo)率

3、如果鐵在銅中呈獨(dú)立的相,則銅具有鐵磁性。當(dāng)銅中含鐵量為0.1%時(shí),銅的導(dǎo)電率約為70%;

4、同時(shí)存在硅時(shí),兩者形成高硬度硅化鐵質(zhì)點(diǎn),使得切削性變壞。

Pb

1、不固溶于銅,呈黑色質(zhì)點(diǎn)分布于易溶共晶體中,存在與晶界上;

2、Pb對(duì)銅的電導(dǎo)率與熱導(dǎo)率無顯著影響,還能大幅度提高銅的可切削性能。

3、Pb嚴(yán)重降低Cu的高溫塑性,即伸長(zhǎng)率與面縮率劇烈下降,同時(shí)高溫脆性區(qū)也隨著銅含量的增加而擴(kuò)大。

4、兩相鉛黃銅可熱加工,單相鉛黃銅一般只能冷軋或熱擠。

P

1、磷很少固溶于銅-鋅合金中,在單相黃銅中,超過0.05-0.06%的磷,就出現(xiàn)脆性相CU3P,降低黃銅塑性;

2、作為良好的脫氧,要求有一定量的殘留磷,磷能提高銅熔體的流動(dòng)性。

AS

1、As可與銅中Cu2O起反應(yīng)形成高熔點(diǎn)的砷酸銅質(zhì)點(diǎn),消除了晶界上的Cu+Cu2O共晶體,從而提高了銅的塑性;

2、黃銅中加入0.02-0.05%砷,可防止黃銅脫鋅,提高黃銅的耐腐蝕性。

Sn

1能少量溶于α相及(α+β)黃銅中,起抑制脫鋅的作用,能提高材料的抗蝕能力,改善耐磨性,但Sn可導(dǎo)致鑄錠的反偏析。

Mn

1、在黃銅中的溶解度較大,可提高黃銅的強(qiáng)度、硬度;

2、高錳黃銅可采用淬火與時(shí)效來提高強(qiáng)度和硬度。

Al

1、鋁顯著縮小黃銅的α區(qū),鋁含量增高時(shí),將出現(xiàn)γ相,雖可提高硬度,但極具降低合金塑性;

2、增加黃銅的流動(dòng)性。


01

合金元素對(duì)錫青銅影響

元素

作用

P

1、良好脫氧劑,增加錫青銅的流動(dòng)性,但加大反偏析程度;

2、適當(dāng)?shù)牧滋岣咤a青銅強(qiáng)度、硬度、彈性極限、彈性模量和疲勞強(qiáng)度;

3、當(dāng)磷超過0.3%是,合金組織中出現(xiàn)銅和銅的磷化物所組成的共晶體,磷化物有高的硬度、耐磨性和良好的研磨性。

Zn

1、鋅能大量溶解于銅-錫合金的α固溶體中,

2、能改善流動(dòng)性,減小結(jié)晶溫度范圍,減輕錫青銅的反偏析。

Pb

1、鉛不固溶于錫青銅,以獨(dú)立相存在,呈黑色夾雜物分布在枝晶間,分布不均勻,加鎳可改善分布,并能細(xì)化組織。

Mn

1、錳降低錫在α相固溶體中的溶解度,

2、錳在熔化時(shí),容易生產(chǎn)氧化物,降低合金的流動(dòng)性,使鑄錠性能變壞。

鋁、鎂、硅

1、少量能溶入α固溶體,提高合金力學(xué)性能,但在熔化過程中,容易氧化生產(chǎn)難熔的氧化物,進(jìn)而降低錫青銅的流動(dòng)性和強(qiáng)度。


01

合金元素對(duì)鋁青銅影響

元素

作用

Fe

1、合金中鐵過量,組織會(huì)有針狀FeAl3化合物析出,力學(xué)性能變化,抗腐蝕性惡化;

2、鐵使鋁青銅中的原子擴(kuò)散速度減慢,增加в相穩(wěn)定性,少量的鐵能抑制鋁青銅變脆的“自行退火”現(xiàn)象,顯著減少合金的脆性,加入0.5-1%的含量使得晶粒細(xì)化。

Mn

1、二元鋁青銅加入0.3-0.5%的錳,可減少熱軋開裂;

2、錳鋁青銅中加入一定量鐵,鐵能細(xì)化晶粒,組織中出現(xiàn)鐵鋁化合物的微細(xì)質(zhì)點(diǎn),提高力學(xué)性能和耐磨性,但減弱錳對(duì)в相穩(wěn)定的作用。

Sn

1、不大于0.2%錫會(huì)改變單相鋁青銅在蒸汽和微酸性氣氛中耐腐蝕能力

Cr

1、少量鉻加入二元鋁青銅是有益的,阻礙合金退火加熱時(shí)的晶粒長(zhǎng)大,并明顯提高合金退火后的硬度。


01

合金元素對(duì)白銅影響

元素

作用

Zn

1、大量溶于銅-鎳合金中,起固溶強(qiáng)化作用,提高強(qiáng)度硬度,增強(qiáng)抗腐蝕能力;

Fe

1、超過2%易引起合金腐蝕開裂,超過4%則腐蝕加劇,保護(hù)層脫落;

2、適量鐵提高白銅在海水中的沖擊腐蝕的耐腐蝕性能。

Mn

1、錳與鎳形成MnNi,有細(xì)化晶粒作用,可借助MnNi的沉淀硬化作用提高合金力學(xué)和耐腐蝕性能,

2、在銅--鋁系合金中加入5%的錳,可提高合金的塑性。

3、銅鎳合金加入錳,電阻值穩(wěn)定,電阻溫度系數(shù)很小。

Si

1、硅與鎳形成化合物NI2Si、NI3Si,當(dāng)NI2SiNI3Si從固溶體中析出,能引起合金的強(qiáng)度和硬度升高,起到強(qiáng)化作用。


01

稀土元素一般幾乎不固溶與銅,但少量的稀土金屬不管是單個(gè)加入還是以混合稀土的形式加入,都對(duì)銅的力學(xué)性能有益,而對(duì)銅的電導(dǎo)率影響又不大,這類元素可與銅中的雜質(zhì)鉛、鉍等形成高熔點(diǎn)化合物,呈細(xì)小的球形質(zhì)點(diǎn)均布于晶粒內(nèi),細(xì)化晶粒,提高銅的高溫塑性,即800時(shí)銅合金的伸長(zhǎng)率與面縮率隨著鈰含量提高而顯著上升。
稀土元素是一種具有較大負(fù)電性與很大化學(xué)活性的元素。當(dāng)其加入銅及銅合金時(shí),可有如下作用:
1)、由于稀土在銅中固熔度小,易與其他元素化合,生成高熔點(diǎn)化合物,成為彌散分布的異質(zhì)成核核心,而起到細(xì)化晶粒,縮小柱狀晶區(qū),改善鑄錠組織的變質(zhì)作用;
2)、由于稀土易與氧、氫、氮、硫以及鉛、鉍等雜質(zhì)作用成渣,起到脫氣、除雜、凈化熔體,進(jìn)而改善合金的加工工藝性能與成品的使用性能之作用。
3)、由于稀土能使表面氧化膜等更加致密,并增加氧化膜與基體之結(jié)合強(qiáng)度,從而起到提高耐熱、耐蝕與防表面變色性能之作用。

稀土元素在銅的凈化作用,消除晶界上有害雜質(zhì)的影響,改善銅的導(dǎo)電、導(dǎo)熱及加工性能與耐腐蝕性能;稀土金屬熔點(diǎn)(Ce720℃ La920℃)<銅(1083℃),進(jìn)入銅液后迅速生成高熔點(diǎn)化合物,在熔體中懸浮和彌散分布,凝固過程中產(chǎn)生異質(zhì)晶核,使晶粒細(xì)化,凝固時(shí)間縮短,柱狀晶區(qū)縮小,防止偏析。此外還能改善機(jī)械性能、提高再結(jié)晶溫度、改善冷加工性能、增強(qiáng)耐磨性等。

α相和β的相對(duì)含量
為了保證合金不僅要具有一定的強(qiáng)度、硬度使之耐磨損;而且還要保證其能夠經(jīng)受一定的沖擊,具有一定的韌性。這就使得合金中的α相與β相的相對(duì)含量有一定的要求。有資料指出當(dāng)合金中除Cu、Zn、Al以外其它元素不變的情況下,α相與β相含量百分比為66%/33%時(shí),其性能бb為550MPa、δ10為8·0%、HB為146 kg/mm2;當(dāng)α相與β相含量百分比為27%/62%時(shí),бb為760 MPa、δ10為7·0%、HB為179 kg/mm2。由此可見,β相相對(duì)含量高的合金抗拉強(qiáng)度及硬度均高。一般為了降低材料的成本,盡可能使Zn含量高些,為了避免產(chǎn)生較多的γ相而使材料的韌性降低, Zn的含量在設(shè)計(jì)合金時(shí)應(yīng)有一個(gè)控制的上限。Al顯著縮小α相區(qū)。因此,在設(shè)計(jì)合金的相組織時(shí),要將以上幾個(gè)方面的因素綜合到一起考慮,并兼顧加工工藝和熱處理制度使最終獲得理想的相組織。

而對(duì)于這些元素的檢測(cè)我們可以用直讀光譜儀對(duì)其進(jìn)行檢測(cè),也可以用手持式分析儀進(jìn)行檢測(cè)元素分析。


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