鎳黃銅化學(xué)成分

研究目標(biāo)

( 1)合金力學(xué)性能滿足一般作業(yè)要求,符合Ⅱ 類B級防爆標(biāo)準(zhǔn),以適應(yīng)某些因材而宜的防爆工裝卡具的需要。

( 2)其導(dǎo)磁率小于1. 2μ,無磁性。合金的銅含量降至接近70% ,以擴(kuò)大應(yīng)用的范圍,適應(yīng)電石生產(chǎn)廠家及設(shè)備配件性能的要求。

( 3)合金能承受冷熱態(tài)壓力加工,可應(yīng)用于電器工業(yè)制做彈性元器件 。

化學(xué)成分試驗(yàn)范圍

Zn: 20%～ 22% , Al: 3. 0% ～ 4. 0% , Ni: 0. 2% ～1. 0% , Mn: 0. 5% ～ 1. 5% , Cu: 余量。

試驗(yàn)方法與結(jié)果

試驗(yàn)采用L9 ( 34 )正交試驗(yàn)設(shè)計(jì),試驗(yàn)方案正交設(shè)計(jì)及結(jié)果統(tǒng)計(jì)。由于該合金屬多項(xiàng)指標(biāo)考核,因此采用多指標(biāo)試驗(yàn)極差分析法,對多項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行綜合評分。

通過對試驗(yàn)結(jié)果的極差分析,可以看出,影響合金綜合力學(xué)性能的主要因素從主到次順序?yàn)锽→A→ C→ D。根據(jù)各因素水平對材料力學(xué)性能的影響程度, 得到A3 B3 C1 D1 即Zn22%、A14%、Ni0. 2%、Mn0. 5% 、余為Cu的合金是最優(yōu)化學(xué)成分搭配方案 。

以鈹為主要添加元素的鈹銅合金,至今已發(fā)展到20個牌號。它具有非發(fā)火性、非磁性、綜合力學(xué)性能好、導(dǎo)磁率低的特點(diǎn),并具有良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性和高彈性能,被廣泛地應(yīng)用于易燃易爆場合,以杜絕采用鋼質(zhì)工具或工裝卡具作業(yè)時因碰撞或摩擦產(chǎn)生火花而引發(fā)火災(zāi)或爆炸事故; 廣泛地應(yīng)用在強(qiáng)磁場環(huán)境中,以免采用鋼質(zhì)工具作業(yè)時被磁場吸住而引發(fā)事故; 廣泛地應(yīng)用在航空航海、模具制造、電焊用電極材料、高科技電器彈性元件和其他器件等。但因其生產(chǎn)成本高,價格昂貴;對生產(chǎn)條件要求極為苛刻,生產(chǎn)時產(chǎn)生的鈹塵埃對作業(yè)人員的健康有致命的不可治愈的危害,對環(huán)境污染非常嚴(yán)重; 材料本身存在性能不夠穩(wěn)定和存在鑄造缺陷等原因,限制了鈹青銅的開發(fā)和應(yīng)用。因此,國內(nèi)外都在致力于鈹青銅代替材料的開發(fā)研究工作。

日本和美國在鈹青銅合金的代替材料研究方面起步較早,研究的方向主要集中在材料的性能與成本兩個方面。開發(fā)的材料有: 鋁青銅、磷青銅、銅鎳錫合金、鈦銅合金、銅鎳鋅合金以及其他特殊銅合金等。

國內(nèi)在鈹青銅代替材料的研究方面,也取得了可喜進(jìn)展。其中錫磷青銅以導(dǎo)電性能好、抗腐蝕性能強(qiáng),并具有良好的工藝性能,焊接性能和鍍敷性能等優(yōu)點(diǎn),被應(yīng)用在電器工業(yè)彈性元件上。河北科技大學(xué)研制的無鎳銅基新型防爆材料,被成功地應(yīng)用在某彈藥倉庫的作業(yè)工具上,取得了很好效果,盡管在鈹青銅代替材料的研究方面步履艱難,但仍是國際上研制與開發(fā)的重點(diǎn)課題。

據(jù)資料介紹,鋁鎳黃銅無磁性、受沖擊時無火花,作為銅基彈性合金, 其性能達(dá)到和超過了錫磷青銅,是較好的鈹青銅代用材料 。

65Cu-30Zn-5Ni是典型的α鎳黃銅，鎳能提高合金的強(qiáng)度和韌性，并能增強(qiáng)合金的抗脫鋅及抗應(yīng)力腐蝕的能力。合金在軟態(tài)時的拉伸強(qiáng)度為400MPa，延伸率為65%，能很好地冷、熱壓力加工成管、板、帶、線，有良好的切削性的焊接性。用于制造金屬錢幣、壓力表管、造紙網(wǎng)、船用冷凝管及其他耐蝕 耐壓管件。

鋁鎳黃銅屬于冷作硬化型合金,合金的強(qiáng)化可以用冷擠壓加工的方法實(shí)現(xiàn)。將熔配好的合金液態(tài)成型,澆注成50× 25× ( 7. 2～ 7. 7) mm的試塊,對合金進(jìn)行冷擠壓變形處理。

合金成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù),% )為22Zn、4Al、0. 2Ni、0. 5Mn、余為Cu的鋁鎳黃銅合金的力學(xué)性能與冷擠壓變形程度的關(guān)系。隨著變形程度的增加,合金的強(qiáng)度和硬度大幅度增加。該合金經(jīng)在1 000 kN 液壓萬能試驗(yàn)機(jī)和50 t手動液壓機(jī)上進(jìn)行冷擠壓變形處理后, 加工率在50% ～ 60%時,合金的eb≥ 700 MPa,伸長率可在10%～ 15% 范圍,硬度為190～ 220 HB,該合金經(jīng)過適當(dāng)?shù)臅r效處理后,eb 可以達(dá)到750 MPa。

此外,經(jīng)試驗(yàn),該合金無磁性; 用自制的試驗(yàn)裝置模擬國標(biāo)GB10686-89《銅合金工具防爆性能試驗(yàn)方法》旋轉(zhuǎn)摩擦式試驗(yàn),合金無火花產(chǎn)生 。

(1)化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù),% )為: 22Zn、4Al、0.2Mn、0. 5M、余為Cu的Zn-Al-Ni-Mn復(fù)雜黃銅合金經(jīng)變形處理后,強(qiáng)度、硬度高; 經(jīng)測試證明,此合金無磁性,彈性好,并在一般摩擦沖擊時無火花產(chǎn)生。在部分特殊場合代替鈹青銅、錫磷青銅作為防爆制品和電器彈性元件是可行的。

(2)該合金生產(chǎn)過程無毒無公害,生產(chǎn)工藝簡單,成本低 。