1.白铜简介
含Ni<50%(wt)的铜镍合金称为白铜。
由于铜和镍两种元素在元素周期表中的位置很近,电化学性质和原子半径也相差不大,又都是面心立方点阵,所以,二者可无限互溶。铜没有磁性,镍有铁磁性,在Cu-Ni二元合金中,随Ni含量的减少,合金居里点随之降低。镍含量降到74%时,居里点降至室温,镍含量降至50%时,居里点降至-200℃以下。
铜中加入镍能显著提高强度、耐蚀性、电阻和热电性。工业用铜镍合金,根据性能特点和用途不同,分为结构用白铜和电工白铜。铜镍二元合金称为简单白铜。简单白铜的突出特点是在各种腐蚀介质如海水、有机酸、和各种盐溶液中具有较高的化学稳定性,有优良的冷、热加工性能。白铜牌号冠“B”,后加镍含量(%)表示。还含有其它元素的白铜称复杂白铜或称特殊白铜。
含有Mn的白铜称为锰白铜,又称康铜,例如BMn40-1.5,其成分(wt)为含Ni40%,含Mn1.5%。
白铜中加入少量锰或铁,不仅能细化晶粒度,还能显著改善其耐蚀性。所以含铁的复杂白铜----铁白铜BFe30-1-1和BFe5-1,可用作海船及其它强烈腐蚀介质中工作的零件。
锌在铜-镍合金中的主要作用是固溶强化,提高抗蚀性。锌白铜含Ni在5%-35%(wt)之间,含Zn在13%-45%(wt)之间。其中以BZn15-20应用***广,具有高的耐蚀性、相当好的加工性能、美丽的银白色,比重小、成本低等特点,锌白铜中加入<2%(wt)的Pb及微量硒(Se)、碲(Te)更能改善加工性,适宜制造精密机械零件。
铝在铜-镍合金中的溶解度随温度降低而减小,可以固溶强化。例如铝白铜BAl13-3和BAl16-1.5不仅具有优良的机械性能和耐蚀性,还具备高弹性和耐低温性能,在90K(-183℃)的低温下,机械性能不但不降低,反而有所提高!
铜镍合金中加入Ti(钛)、Zr(锆)、Ne(铌)、Mo等元素,能改善合金的铸造性能,提高室温机械性能和热塑性,同时对焊接和耐蚀性也有利。
下面列出的是耐蚀结构用白铜的力学性能及用途:
B5
带材M,抗拉强度220MPa,延伸率32%
带材Y,抗拉强度400MPa,延伸率10%
用于船舶耐蚀零件。
B19
带材Y,抗拉强度400MPa,延伸率10%
带材M,抗拉强度300MPa,延伸率25%
带材Y,抗拉强度400MPa,延伸率3%
板材M,抗拉强度300MPa,延伸率30%
板材Y,抗拉强度400MPa,延伸率3%
用于在蒸汽、淡水河海水中工作的精密仪器、仪表零件、金属网河抗化学腐蚀零件。
B30
带材M,抗拉强度380MPa
带材Y,抗拉强度550MPa
板材M,抗拉强度380MPa,延伸率23%
板材Y,抗拉强度550MPa,延伸率3%
用于在蒸汽、海水中工作的耐蚀件,在高温、高压下工作的金属管可冷凝管。
BMn3-12
带材M,抗拉强度360MPa,延伸率25%
板材Y,抗拉强度360MPa,延伸率25%
用途同上。
BZn15-20
带材M,抗拉强度350MPa,延伸率3.5%
带材Y,抗拉强度550MPa,延伸率1.5%
带材T,抗拉强度650MPa,延伸率1%
板材M,抗拉强度350MPa,延伸率3.5%
带材Y,抗拉强度550MPa,延伸率2%
板材T,抗拉强度650MPa,延伸率1%
控制棒材Y,直径5-20mm,抗拉强度450MPa,延伸率5%
控制棒材Y,直径21-30mm,抗拉强度400MPa,延伸率7%
控制棒材Y,直径31-40mm,抗拉强度350MPa,延伸率12%
控制棒材M,抗拉强度300MPa,延伸率30%
用于仪表精密机械零件、工业器皿、医疗机械。
BAl6-1.5
板材,抗拉强度550MPa,延伸率3%
用于制造弹簧及弹性件。
2.常用电工白铜的主要物理性能介绍于下
简单白铜B0.6
热导率λ272w/(m·℃)
电阻率ρ0.031×10ˉ6Ω·m
电阻温度系数0.0028/℃
简单白铜B16
线胀系数α15.3×10ˉ6/℃
电阻率ρ0.223×10ˉ6Ω·m
电阻温度系数0.0028/℃
锰铜BMn3-12
线胀系数α16.0×10ˉ6/℃
比热c410J/kg·℃
热导率λ22w/(m·℃)
电阻率ρ0.435×10ˉ6Ω·m
电阻温度系数0.00003/℃
康铜BMn40-1.5
线胀系数α14.4×10ˉ6/℃
比热c410J/kg·℃
热导率λ21w/(m·℃)
电阻率ρ0.435×10ˉ6Ω·m
电阻温度系数0.00002/℃
考铜BMn43-0.5
线胀系数α14.4×10ˉ6/℃
热导率λ24w/(m·℃)
电阻率ρ0.49×10ˉ6Ω·m
电阻温度系数-0.00014/℃
3.白铜的热处理
铝白铜BAl2-3可进行热处理强化,经固溶900℃固溶后,冷轧50%,550℃时效后,强度可达800-1000MPa,固溶态仅为250-350MPa。
白铜铸锭晶内偏析严重,必须进行均匀化退火。白铜均匀化退火制度如下:
B19、B30,温度100-1050℃,时间3-4h
BMn3-12,温度830-870℃,时间2-3h
BMn40-1.5,温度1050-1150℃,时间3-4h
BZn15-20,温度940-970℃,时间2-3h
白铜不同的热处理工艺对其性能影响很大,精密仪表用的BMn3-12应进行去应力退火,以使电阻稳定。
在高温下工作的BMn40-1.5应在较高温度750-850℃下进行短时退火,水冷或空冷。
用于制造弹性元件的锌白铜BZn15-20可采用325-375℃的低温退火。
白铜加工零件的中间退火温度(℃)随有效厚度(mm)的减小,需要适当降低,列于下:
B19、B25
750-780℃(>5mm) 700-750℃(15-mm)
620-700℃(0.5-1mm) 530-620℃(<0.5mm)
BZn15-20\bmN3-12
700-750℃(大于5mm) 680-730℃(1-5mm)
600-700℃(0.5-1mm) 520-600℃(<0.5mm)
BAl6-1.5、BAl13-3
700-750℃(>5mm) 700-730(1-5mm)
580-700℃(0.5-1mm) 550-600℃(<0.5mm)
BMn40-1.5
800-850℃(>5mm) 750-800℃(1-5mm)
600-750℃(0.5-1mm) 550-600℃(<0.5mm)
白铜棒材、线材成品退火温度也随退火前“半硬、软”的不同状态而不同,列于下:
BZn15-20
棒材,半硬400-420℃,软650-700℃
线材Φ0.3-Φ6.0,软650-700℃
BMn3-12
线材Φ0.3-Φ6.0,软500-540℃
BMn40-1.5
线材Φ0.3-Φ0.8,软670-680℃
线材Φ0.85-Φ2.0,软690-700℃
线材Φ2.1-Φ6.0,软710-730℃