黃銅

黃銅

黃銅是由銅和鋅所組成的合金。由銅、鋅組成的黃銅就叫作普通黃銅。黃銅常被用于製造閥門水管、空調內外機連線管和散熱器等。

  • 中文名稱
    黃銅
  • 組成
    銅和鋅
  • 分類
    普通黃銅,特殊黃銅
  • 性質
    強度高、硬度大、耐化學腐蝕性強
  • 用途
    製造閥門、水管等
  • 金屬類型
    合金

發展歷史

迄今為止,世界上發現最早的銅製品主要是在西亞,如伊拉克的札威·徹米地區,發現有銅裝飾品,年代大約在公元前一萬年至公元前九千年;伊朗西部的阿裏·喀什地區也發現過銅裝飾品,年代為公元前九千年至公元前七千年;土耳其南部的恰約尼遺址出土過銅針、銅錐,年代約為公元前八千年。這些銅製品都是天然紅銅的打製品,不是通過冶煉礦石得到的銅。

黃銅

從利用純銅,到冶煉銅礦石獲得純銅,再到冶煉出青銅合金,人類經歷了相當漫長的一段摸索時光,就好比是魔法世界裏用銅一點一點地打造一個閃閃發光的時空隧道。

目前世界上最早的冶煉銅發現于中國的陝西。1973年,在陝西臨潼姜寨文化遺址中,發現了一塊半圓形黃銅片和一塊黃銅管狀物,年代測定為公元前4700年左右。值得指出的是,最近在上海光源,採用X射線熒光面掃描分析,發現姜寨黃銅片不同區域的鋅含量差異顯著,而鉛元素呈零星點狀分布,其特征與固態還原法製備的黃銅完全相同,從而證明先民在使用天然金屬與發明金屬鑄造之間,都曾採用熱煅法或固體還原法冶煉金屬。

我國最早用黃銅鑄錢開始于明嘉靖年間。

"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,黃銅為牆,題日地皇之宮。"

這種"黃銅"指的是何種銅合金,待考。《新唐書·食貨志》又有'青銅"、"黃銅"的稱謂,分別指礦石顏色和冶煉產品,坑有殊名,山多眾樸",指的是火法煉製的純銅

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……。"通過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。

黃銅黃銅

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。

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,其中有的錢幣中鋅的含量達到7%,但是這並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後發現,山東的昌濰、煙台、臨沂及湖北等地都有資源豐富的銅鋅共生礦,這就使冶煉後的銅含有一小部分鋅。到了唐代,由于鑄錢材料的規範化,使所鑄行的錢幣中鋅的含量均為恆量。

從約公元 1230 年起,黃銅製品在歐洲流行了約 300 年之久,因為它們比大型的雕塑品便宜得多。始于 1231 年的威爾普大主教的銅像,是人們所知的用黃銅製作的最早的銅像。鑄造黃銅製品的過程是這樣的:先把粉碎的鋅礦和木炭跟銅塊混合起來加熱,使鋅和銅結合在一起,再加熱使合金熔融,然後將銅液灌入鑄模。英國最早的黃銅器是進口的,主要是從圖爾內進口。委托人可以從圖爾內訂購已經裝在漂亮的底板或大理石底座裏的完整的墓碑。製作銅製墓碑的辦法,是先鑄好銅像,通常還要鑄好周圍挑棚的剪影,再把它放在預製的石板裏,用刀子在銅像上面刻出人的細部。有時銅像的手和面部要使用雪花石膏或其他鑲嵌材料。銅像安全做好後,用裝在鉛栓裏的暗銷固定在石頭底座上。銅像本身放在一層瀝青上。很大的銅像就分段鑄造,然後接合起來。

組成成分

純度測量

測量黃銅的純度可以用阿基米德原理測量,測量出樣品的體積和質量,再根據銅的密度和鋅的密度計算可以得出黃銅中所含銅的比例。

普通黃銅

它是由銅和鋅組成的合金。

當含鋅量小于 35% 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。

當含鋅量為36%~46%時,有 a 單相還有以銅鋅為基的β固溶體,稱雙相黃銅, β相使黃銅塑性減小而抗拉強度上升,隻適于熱壓力加工

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 +數位"表示, H 表示黃銅,數位表示銅的質量分數。

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% ,餘量為銅的鑄造黃銅。

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。

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+主加元貭素量分數+其它元貭素量分數"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% ,餘量為鋅的鉛黃銅。

主要性能

室溫組織

普通黃銅是銅鋅二元合金,其含鋅量變化範圍較大,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%範圍內的黃銅,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。

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,其具體溫度範圍隨含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相區記憶體在著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。

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。

黃銅黃銅

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製品、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。

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、矽、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。

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,通常隻是使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%矽後的組織,即相當于在Cu-Zn合金中增加10%鋅的合金組織。所以矽的"鋅當量"為10。矽的"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。

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。

主要分類

鉛黃銅

鉛實際不溶于黃銅內,呈遊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,故隻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%範圍內。

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。後兩種牌號的合金具有(α+β)兩相組織,並常出現少量的r相,室溫塑性不高,隻能在熱態下變形。

錳黃銅

錳黃銅錳黃銅

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,並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。

鎳黃銅鎳黃銅

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製,否製會嚴重惡化合金的熱加工性能。

熱處理規範

熱加工溫度750~830℃;退火溫度520~650℃;消除內應力的低溫退火溫度260~270℃。

環保黃銅 C26000 C2600 塑性優良,強度較高,切削加工性好,焊接,耐蝕性好,熱交換器,造紙用管,機械,電子零件。

規格(mm):規格:厚度:0.01-2.0mm,寬度:2-600mm;

硬度:O、1/2H、3/4H、H、EH、SH等;

適用標準:GB、JISH、DIN、ASTM、EN;

特長:優良切削性能 適用于自動車床 數控車床加工的高精度零部件。

表示方法

根據中國《有色金屬及合金產品牌號表示方法》的規定,黃銅採用代號(漢語拼音字母)"H"表示。普通黃銅用"H"加基本元素銅的含量表示,如:68銅表示為H68,65銅表示為H65,H62同理。

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