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黃銅的相關知識

發布時間：2018/5/5 11:19:00 點擊：1033次

　　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。黃銅有較強的耐磨性能。特殊黃銅又叫特種黃銅，它強度高、硬度大、耐化學腐蝕性強。還有切削加工的機械性能也較黃銅材料突出。由黃銅所拉成的無縫銅管，質軟、耐磨性能強。黃銅無縫管可用于熱交換器和冷凝器、低溫管路、海底運輸管。制造板料、條材、棒材、管材，鑄造零件等。含銅在62%～68%，塑性強，制造耐壓設備等。
　　根據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Cu－Zn二元狀態圖（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易出現中溫脆性，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，熱加工時溫度應高于700℃。單相α黃銅中溫脆性區產生的原因主要是在Cu-Zn合金系α相區內存在著Cu3Zn和Cu9Zn兩個有序化合物，在中低溫加熱時發生有序轉變，使合金變脆；另外，合金中存在微量的鉛、鉍有害雜質與銅形成低熔點共晶薄膜分布在晶界上，熱加工時產生晶間破裂。實踐表明，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）性質硬脆。故（α+β）黃銅應在熱態下進行鍛造。含鋅量大于46%～50%的β黃銅因性能硬脆，不能進行壓力加工。
　　（3）力學性能黃銅中由于含鋅量不同，機械性能也不一樣，圖7是黃銅的機械性能隨含鋅量不同而變化的曲線。對于α黃銅，隨著含鋅量的增多，σb和δ均不斷增高。對于（α+β）黃銅，當含鋅量增加到約為45%之前，室溫強度不斷提高。若再進一步增加含鋅量，則由于合金組織中出現了脆性更大的r相（以Cu5Zn8化合物為基的固溶體），強度急劇降低。（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45%的銅鋅合金無實用價值。
　　普通黃銅的用途極為廣泛,如水箱帶、供排水管、獎章、波紋管、蛇形管、冷凝管、彈殼及各種形狀復雜的沖制品、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加工，多用于機械及電器的各種零件、沖壓件及樂器等處。
　　2．特殊黃銅
　　為了提高黃銅的耐蝕性、強度、硬度和切削性等，在銅-鋅合金中加入少量（一般為1%～2%，少數達3%～4%，極個別的達5%～6%）錫、鋁、錳、鐵、硅、鎳、鉛等元素，構成三元、四元、甚至五元合金，即為復雜黃銅，亦稱特殊黃銅。
　　（1）鋅當量系數復雜黃銅的組織，可根據黃銅中加入元素的“鋅當量系數”來推算。因為在銅鋅合金中加入少量其他合金元素，通常只是使Cu-Zn狀態圖中的α/（α+β）相區向左或向右移動。所以特殊黃銅的組織，通常相當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，即相當于在Cu-Zn合金中增加10%鋅的合金組織。所以硅的“鋅當量”為10。硅的“鋅當量系數”最大，使Cu-Zn系中的α/（α+β）相界顯著移向銅側，即強烈縮小α相區。鎳的“鋅當量系數”為負值，即擴大α相區。
　�。�2）特殊黃銅的性能特殊黃銅中的α相及β相是多元復雜固溶體，其強化效果較大，而普通黃銅中的α及β相是簡單的Cu-Zn固溶體，其強化效果較低。雖然鋅當量相當，多元固溶體與簡單二元固溶體的性質是不一樣的。所以，少量多元強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：鉛實際不溶于黃銅內，呈游離質點狀態分布在晶界上。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，起固溶強化作用。但是隨著含錫量的增加，合金中會出現脆性的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。
　　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，可進行冷、熱壓力加工。后兩種牌號的合金具有（α+β）兩相組織，并常出現少量的r相，室溫塑性不高，只能在熱態下變形。
　　錳黃銅：錳在固態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、熱態下的壓力加工性能相當好。
　　鐵黃銅：鐵黃銅中，鐵以富鐵相的微粒析出，作為晶核而細化晶粒，并能阻止再結晶晶粒長大，從而提高合金的機械性能和工藝性能。鐵黃銅中的鐵含量通常在1.5%以下，其組織為（α+β），具有高的強度和韌性，高溫下塑性很好，冷態下也可變形。常用的牌號為Hfe59-1-1。
　　鎳黃銅：鎳與銅能形成連續固溶體，顯著擴大α相區。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晶溫度，促使形成更細的晶粒。
　　HNi65-5鎳黃銅具有單相的α組織，室溫下具有很好的塑性，也可在熱態下變形，但是對雜質鉛的含量必須嚴格控制，否制會嚴重惡化合金的熱加工性能。
　　黃銅的化學成分：
　　1）普通黃銅
　　它是由銅和鋅組成的合金。
　　當含鋅量小于 39% 時，鋅能溶于銅內形成單相 a ，稱單相黃銅，塑性好，適于冷熱加壓加工。
　　當含鋅量大于 39% 時，有 a 單相還有以銅鋅為基的 b 固溶體，稱雙相黃銅， b 使塑性小而抗拉強度上升，只適于熱壓力加工
　　若繼續增加鋅的質量分數，則抗拉強度下降，無使用價值
　　代號用“ H ＋數字”表示， H 表示黃銅，數字表示銅的質量分數。
　　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，獎章等。
　　H68 、 H59 屬于雙相黃銅，廣泛用于電器上的結構件，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。主要是提高抗拉強度改善工藝性
　　代號：為“ H ＋主加元素符號（除鋅外）＋銅的質量分數＋主加元素質量分數＋其它元素質量分數”表示。
　　如： HPb59-1 表示銅的質量分數為 59% ，含主加元素鉛的質量分數為 1% ，余量為鋅的鉛黃銅。
　　我國最早用黃銅鑄錢開始于明嘉靖年間。黃銅礦
　　“黃銅”一詞最早見于西漢東方朔所撰的《申異經·中荒經》:“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�！缎绿茣な池浿尽酚钟小嚆~”、“黃銅”的稱謂，分別指礦石顏色和冶煉產品，并非現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，其記載見于《明會典》:“嘉靖中則例，通寶錢六百萬文，合用二火黃銅四萬七千二百七十二斤……�！蓖ㄟ^對明代銅錢成分的分析，發現《明會典》中所說的鑄錢種真正意義上的黃銅的出現較其它幾種銅合金晚很多，這是因為黃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，而液態鋅在906℃時已經沸騰，所以還原得到的金屬鋅以蒸氣狀存在。在冷卻時反應逆轉，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，這些黃銅器物的出現并不是說人們在史前就掌握了黃銅的冶煉技術，而是人們在利用銅鋅共生礦時無意中獲得的。
　　商周時期銅器的含鋅量都很低，一般在10-z數量級。西漢、新莽的錢中有板個別的銅鋅甘金錢，其巾有的錢幣中鋅的含量達到7%，但是這并不能說明黃銅鑄錢產生于西漢新莽之際。因為這些銅鋅合金是極個別現象，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產生的。據對有關礦山進行調查后發現，山東的昌濰、煙臺、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，由于鑄錢材料的規范化，使所鑄行的錢幣中鋅的含量均為恒量。

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