铝青铜是以铝为主要合金元素的铜合金。有二元铝青铜和多元铝青铜之分。铝青铜中铝的含量范围为5%~11%。
铝青铜有良好的力学性能,高的耐蚀性和耐磨性,优良的工艺性能,是机器制造业中应用最普通的有色合金材料之一。
合金元素和杂质对加工铝青铜会有哪些影响呢?
1、铁
少量的铁能溶于铜—铝合金的α固溶体中,其溶解度随温度的降低而减少。若合金中铁含量过高,则组织中会有针状FeAl3化合物析出,使合金的力学性能变坏,抗蚀性恶化,因此,在铝青铜中,铁加入量不得超过5%。合金中镍、锰、铝量增高,会使铁在α固溶体中的溶解度降低。
铁能使铝青铜中的原子扩散速度减慢,增加β相的稳定性。少量的铁能抑制铝青铜变脆的“自行退火”现象,显著减少合金的脆性,通常加入0.5%~1%的铁就能使单相或两相铝青铜的晶粒变细,提高合金的力学性能。
2、镍
镍有限固溶于铜—铝合金的α固溶体中,当含镍量超过固溶体极限时,合金组织就会出现κ相(NiAl)。
镍既提高铝青铜共析转变温度,又使共析点成分向高铝方移动,并可改变α相的形状。含镍量较低时,α相呈针状,镍量达3%时呈片状。在含镍的铝青铜中加入锰,有使β相共析转变形成粒状组织的倾向。
镍显著提高铝青铜的强度、硬度、热稳定性和耐蚀性。含有足够镍的铜—铝—镍—铁合金,在热加工后不需要再加热淬火即可进行时效。
铝青铜中同时添加镍和铁能获得更佳的性能。
含8%~12%铝、4%~6%镍、4%~6%铁的铜—铝—镍—铁四元合金,当温度低于950℃时,其组织中就会出现κ相,κ相的析出形态,可呈细粒状、块状或层状。κ相的析出形态对合金的力学性能有很大的影响。实验表明,合金中铝、镍和铁的含量及其相互之间的比例、合金热处理条件均影响κ相的析出状态和力学性能。当合金同时加有4%~6%的镍和铁时,则α固溶体相区被扩大,而β相区则显著缩小,此时,即使增高铝的含量,仍可得到良好的塑性。此外,合金中镍和铁元素的含量比例,对κ相析出形态也有明显影响,当镍含量大于铁含量时,κ相呈层状析出,而当铁含量大于镍含量时,κ相呈块状,仅当镍和铁含量大致相同时,κ相呈均匀分散的细粒状,有利于得到很好的力学性能。在此四元合金中,镍和铁的含量比最好是0.9~1.1的范围。
3、锰
锰能够较多地溶入铝青铜中的α固溶体中,但又降低铝在α中的溶解度。锰能稳定β相,降低相变开始温度,推迟共析转变。
添加溶解于铝青铜的锰量,可提高合金的力学性能和耐蚀性。此类合金能很好承受热、冷态塑性加工。二元铝青铜中加入0.3%~0.5%锰,能改善合金的工艺性能,减少热轧开裂。含锰铝青铜中加入一定量的铁,可进一步改善合金的性能,此时,铁能细化晶粒并使合金组织中出现铁铝化合物的微细质点,提高合金的力学性能和耐磨性,但铁减弱锰对β相稳定的作用。
4、锡
少量(不大于0.2%)锡会改变单相铝青铜在蒸汽和微酸性气氛中耐腐蚀破裂的能力。
5、铬
少量铬加入到二元铝青铜中是有益的。铬阻碍合金退火加热时的晶粒长大,并明显提高合金退火后的硬度。
6、锌
锌有限固溶于铜—铝合金中的α固溶体,扩大α相区并增加α相区的合金化程度。但在含镍、铁的铝青铜中,锌会使合金中铁相微粒减少,使耐磨性降低。通常在加工铝青铜中锌含量可允许0.3%~1.0%。
7、硅
少量的硅在铝青铜中能溶于α固溶体。当硅含量超过0.2%,同时镍存在时,在合金中能够形成结构十分复杂的新相,引起合金的脆化、减低铝青铜的力学性能、工艺性能,但硅可改善铝青铜的切削性,在加工铝青铜中,硅含量不超过0.2%。
8、磷、硫、砷、锑、铋
这些元素是铝青铜的有害杂质。它们降低铝青铜的力学性能,并使工艺性能变坏,应严格控制。
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