早在公元前3000年以前,人們就開(kāi)始制造和使用銅。但是,煉銅制成的物件太軟,容易彎曲,并且很快就鈍。接著人們發(fā)現(xiàn)把錫摻到銅里去制成銅錫合金——青銅。青銅器件的熔煉和制作比純銅容易的多,比純銅堅(jiān)硬(假如把錫的硬度值定為5,那么銅的硬度就是30,而青銅的硬度則是100~150),歷史上稱這個(gè)時(shí)期為青銅時(shí)代。
我國(guó)戰(zhàn)國(guó)時(shí)代的著作《周禮·冬官·辀人》總結(jié)了熔煉青銅的經(jīng)驗(yàn),講述青銅鑄造各種不同物件采用銅和錫的不同比例:“金有六齊(方劑)。六分其金(銅)而錫居一,謂之鐘鼎之齊;五分其金而錫居一,謂之斧斤之齊;四分其金而錫居一,謂之戈戟之齊;三分其金而錫居一,謂之大刃之齊;五分其金而錫居二,謂之削殺矢(箭)之齊;金錫半,謂之鑒(鏡子)燧(利用鏡子聚光取火)之齊?!边@表明在3000多年前,我國(guó)勞動(dòng)人民已經(jīng)認(rèn)識(shí)到,用途不同的青銅器所要求的性能不同,用以鑄造青銅器的金屬成分比例也應(yīng)有所不同。
青銅由于堅(jiān)硬,易熔,能很好的鑄造成型,在空氣中穩(wěn)定,因而即使在青銅時(shí)代以后的鐵器時(shí)代里,也沒(méi)有喪失它的使用價(jià)值。例如在公元前約280年,歐洲愛(ài)琴海中羅得島上羅得港口矗立的青銅太陽(yáng)神,高達(dá)46米,其手指高度超過(guò)成人身高。
錫青銅除了含有3%~14%錫,此外還常常加入磷、鋅、鉛等元素。是人類(lèi)應(yīng)用早的合金,至今已有約4000年的使用歷史。它耐蝕、耐磨,有較好的力學(xué)性能和工藝性能,并能很好地焊接和釬焊,沖擊時(shí)不產(chǎn)生火花。分為加工錫青銅和鑄造錫青銅。用于壓力加工的錫青銅含錫量低于6%~7%,鑄造錫青銅的含錫量為10%~14%。常用牌號(hào)有QSn4-3,QSn4.4-2.5,QSn7-O.2,ZQSn10,ZQSn5-2-5,ZQSN6-6-3等。錫青銅是鑄造收縮率小的有色金屬合金,可用來(lái)生產(chǎn)形狀復(fù)雜、輪廓清晰、氣密性要求不高的鑄件。錫青銅在大氣、海水、淡水和蒸汽中十分耐蝕,廣泛用于蒸汽鍋爐和海船零件。含磷錫青銅具有良好的力學(xué)性能,可用作高精密工作母機(jī)的耐磨零件和彈性零件。含鉛錫青銅常用作耐磨零件和滑動(dòng)軸承,含鋅錫青銅可作高氣密性鑄件。
錫青銅的凝固范圍大,枝晶偏析嚴(yán)重;凝固時(shí)不易形成集中縮孔,體積收縮很??;鑄錠中易出現(xiàn)錫的逆偏析,嚴(yán)重時(shí)鑄錠表面可見(jiàn)到白色斑點(diǎn)(8相析出),甚至出現(xiàn)富錫顆粒,一般稱為錫汗(tinsweat),改進(jìn)鑄造方法和工藝條件可減輕逆偏析程度;液態(tài)合金中,錫易生成硬脆的夾雜物SnO2,熔煉要充分脫氧,防止由于夾雜物引起的合金力學(xué)性能的降低;對(duì)過(guò)熱和氣體的敏感性很小,能很好地焊接和釬焊;沖擊時(shí)不發(fā)生火花,無(wú)磁性、耐寒,并有的耐磨性。
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(dòng)性,縮小結(jié)晶溫度范圍,減輕逆偏析。
列入現(xiàn)行中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中的錫鋅青銅牌號(hào)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。
錫鋅鉛青銅
鉛實(shí)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(xì)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(xué)性能。
在銅錫鉛合金中常加入3%~5%的鋅,以再提高力學(xué)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(xì)化鉛質(zhì)點(diǎn),使之分布均勻,以改善含鉛錫青銅的組織、鑄造和力學(xué)性能。
列入現(xiàn)行中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的錫鋅鉛青銅有QSn4-4-2.5和QSn4-4-4兩個(gè)牌號(hào),具有高的耐磨性、易切削加工,主要以板、帶材形式用于汽車(chē)、拖拉機(jī)、航空和機(jī)械工業(yè),制造軸套和軸承襯墊,有汽車(chē)青銅之稱。
錫青銅是鑄造收縮率小的有色金屬合金,可用來(lái)生產(chǎn)形狀復(fù)雜、輪廓清晰、氣密性要求不高的鑄件。錫青銅在大氣、海水、淡水和蒸汽中十分耐蝕,廣泛用于蒸汽鍋爐和海船零件。含磷錫青銅具有良好的力學(xué)性能,可用作高精密工作母機(jī)的耐磨零件和彈性零件。
錫青銅10-1(ZCuSn10Pb1):硬度高,耐磨性,不易產(chǎn)生咬死現(xiàn)象,有較好的鑄造性能和切削加工性能,在大氣和淡水中有良好的耐蝕性??捎糜诟哓?fù)荷(20Mpa以下)和高滑動(dòng)速度(8m/s)下工作的耐磨零件,如連桿、襯套、軸瓦、齒輪、蝸輪等。
錫青銅是人類(lèi)冶煉歷史悠久的金屬合金,早可追溯到距今五千多年以前,早的錫青銅一般是用作制造生活器具、祭祀用品和兵器用途,后來(lái)人們發(fā)現(xiàn)它具有耐蝕、耐磨,有較好的力學(xué)性能和工藝性能,并能很好地焊接和釬焊,沖擊時(shí)不產(chǎn)生火花,所以逐漸也將其用作機(jī)械零部件。
錫青銅棒的優(yōu)點(diǎn)
(1)銅合金具有的物理化學(xué)性能,純銅具有的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和導(dǎo)熱性。銅和銅合金具有較強(qiáng)的抗大氣和水腐蝕性。銅是一種抗磁性材料。
(2)加工性能好,塑性好,冷熱成型方便,鑄銅合金鑄造性能好。
(3)具有的減摩性(如青銅和部分黃銅)、彈性和部分黃銅)、彈性和疲勞性(如鈹青銅等)。