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合金元素在銅合金中的作用及元素檢測方案
合金元素對黃銅性能影響 | |
元素 | 作用 |
鐵Fe | 1,、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,，抑制退火時再結(jié)晶晶粒長大，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,，銅的導(dǎo)電率約為70%,； 4、同時存在硅時,，兩者形成高硬度硅化鐵質(zhì)點(diǎn),，使得切削性變壞。 |
鉛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，即伸長率與面縮率劇烈下降,，同時高溫脆性區(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,。 |
磷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,、磷作為良好的脫氧劑，要求有一定量的殘留磷,，磷能提高銅熔體的流動性,。 |
砷AS | 1、As可與銅中Cu2O起反應(yīng)形成高熔點(diǎn)的砷suan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,。 |
錫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,。 |
錳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效來提高強(qiáng)度和硬度,。 |
鋁Al | 1,、鋁顯著縮小黃銅的α區(qū)，鋁含量增高時,，將出現(xiàn)γ相,，雖可提高硬度，但具降低合金塑性,； 2,、增加黃銅的流動性。 |
合金元素對錫青銅影響 | |
元素 | 作用 |
磷P | 1,、良好脫氧劑,，增加錫青銅的流動性，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,。 |
鋅Zn | 1、鋅能大量溶解于銅-錫合金的α固溶體中,， 2,、能改善流動性，減小結(jié)晶溫度范圍,，減輕錫青銅的反偏析,。 |
鉛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。 |
錳Mn | 1,、錳降低錫在α相固溶體中的溶解度,， 2、錳在熔化時,，容易生產(chǎn)氧化物,，降低合金的流動性，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性和強(qiáng)度。 |
合金元素對鋁青銅影響 | |
元素 | 作用 |
鐵Fe | 1,、合金中鐵過量,，組織會有針狀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,。 |
錳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в相穩(wěn)定的作用,。 |
錫Sn | 1,、不大于0.2%錫會改變單相鋁青銅在蒸汽和微酸性氣氛中耐腐蝕能力 |
鉻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的晶粒長大,，并明顯提高合金退火后的硬度。 |
合金元素對白銅影響 | |
元素 | 作用 |
鋅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,； |
鐵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,。 |
錳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-鎳-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。 |
硅Si | 1,、硅與鎳形成化合物NI2Si,、NI3Si，當(dāng)NI2Si,、NI3Si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,。 |
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加入還是以混合稀土的形式加入,，都對銅的力學(xué)性能有益,，而對銅的電導(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時銅合金的伸長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,，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,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,бb為760 MPa,、δ10為7·0%,、HB為179 kg/mm2。由此可見,β相相對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)合金時應(yīng)有一個控制的上限,。Al顯著縮小α相區(qū)。因此,在設(shè)計(jì)合金的相組織時,要將以上幾個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終獲得理想的相組織。
而對于這些元素的檢測我們可以用直讀光譜儀對其進(jìn)行檢測,，也可以用手持式分析儀進(jìn)行檢測元素分析,。
