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鉻青銅
鎖定
鉻青銅是含0.4%~1.1%Cr的銅合金。鉻青銅可以通過淬火-時效或淬火-冷變形-時效處理獲得強化。在共晶温度1072℃下，鉻在銅中的最大溶解度為0.65%。隨温度的降低，固溶度急劇下降，固溶後時效處理析出Cr粒子相。鉻的加入，一方面明顯提高合金的再結晶温度和熱強性；另一方面使銅的導電性略有下降。固溶處理的鉻青銅棒導電率為45%IACS，時效處理後上升到80%IACS。時效態鉻青銅的軟化温度為400℃，是冷加工銅的兩倍。
這種合金可在鑄造狀態和變形狀態下使用。Al及Mg作為鉻青銅的合金元素添加時，可在Cu-Cr合金表面形成一層薄的、緻密的與基體金屬結合牢靠的氧化物膜，提高合金的高温抗氧化性能與耐熱性，Al及Mg在合金中的含量通常各不大於0.3%。
鉻青銅化學成分
鉻青銅化學成分，見下表1。
牌號 | Cr | Cu | 雜質 | ||||||||
Mg | Al | Zr | Si | Pb | P | Fe | Ni | 雜質總和 | |||
QCr0.5 | 0.4~l.1 | 餘量 | -- | -- | -- | -- | -- | -- | 0.1 | 0.05 | 0.5 |
QCr0.5-0.2-0.1 | 0.4~l.0 | 餘量 | 0.1~0.25 | 0.1-0.25 | -- | -- | -- | -- | -- | -- | 0.5 |
QCr0.6-0.4-0.05 | 0.4~0.8 | 餘量 | 0.04~0.08 | -- | 0.3~0.6 | 0.05 | -- | 0.01 | 0.05 | -- | 0.5 |
C18150 | 0.5~1.5 | 餘量 | -- | -- | 0.05~0.25 | -- | -- | -- | -- | -- | -- |
Cl8200 | 0.6~1.2 | 餘量 | -- | -- | -- | 0.10 | 0.05 | -- | 0.10 | -- | 0.5 |
C18400 | 0.40~1.2 | 餘量 | -- | -- | -- | 0.10 | -- | 0.05 | 0.15 | -- | 0.5 |
C18500 | 0.40~1.0 | 餘量 | -- | -- | -- | -- | 0.015 | 0.04 | -- | -- | -- |
鉻青銅性能
鉻青銅物理性能
（1）熱學性能
液相線温度：1075~1080℃；
固相線温度:1070~1073℃；
比熱容：20℃時為385J/（kg.℃）；
熱導率：TBOO狀態，20℃時為171W/（m.℃）；THO4狀態，20℃時為324W/（m.℃）。
線膨脹係數：QCr0.5合金20~100℃平均線膨脹係數α1=17.64*10-6/℃。
（2）質量特性
QCr0.5合金20℃時密度為8890kg/m3。
（3）電性能
導電率：TBOO狀態（固溶態），20℃時為40%IACS；THO4狀態（固溶-冷加工-時效態），20℃時為80%IACS。
電阻率：THO4狀態（固溶-冷加工-時效態），20℃時為0.0216uΩ.cm。
鉻青銅化學性能
耐腐蝕性能：耐蝕性類似純銅，抗電蝕性能優於純銅。
抗氧化性能：合金高温抗氧化性能良好，鉻青銅高温氧化性能，見下表2。
表2 鉻青銅高温氧化性能
合金 | 試樣在不同温度下平均質量增加值/mg.（cm.h） | |||
500℃ | 600℃ | 700℃ | 800℃ | |
純銅 | 0.58 | 1.40 | 2.47 | 4.5 |
QCr0.5 | 0.5 | 0.7 | 2.04 | 4.0 |
QCr0.5-0.2-0.1 | 0.23 | 0.57 | 0.8 | 1.21 |
鉻青銅力學性能
狀態 | σb/MPa | σs/MPa | δ/% | HRB |
TB00（固溶處理） TF00（固溶—時效） TD04（固溶—冷加工到全硬） TH04（TD04之後時效） TF00（固溶—時效） TF00（固溶—時效） TH08（固溶—冷加工—時效到彈性） TB00（固溶處理） TF00（固溶—時效） TD04（固溶—冷加工到全硬） TH04（TD04之後時效） TH03（固溶—冷加工到3/4硬—時效），冷加工6% TF00（固溶—時效） TF00（固溶—時效） TF00（固溶—時效） TF00（固溶—時效） 060（軟化退火） TD04（固溶—冷加工到全硬） TH04（TD04之後時效），冷加工28% | 235 350 365 460 400 385 510 595 310 485 395 530 530 495 485 450 380 375 405 475 | 130 250 350 405 290 275 505 530 97 380 385 450 460 450 450 380 295 105 395 435 | 40 22 6 14 25 30 5 14 40 21 11 16 19 18 18 18 25 50 21 26 | 16 59 66 79 70 68 - - - 70 65 82 83 80 75 70 68 59 67 84 |
①載荷下延伸0.5%；②500℃時效3h；③450℃時效3h。
鉻青銅工藝性能
（1）熔鍊與鑄造工藝
鉻青銅合金通常採用中頻感應電爐熔鍊。熔池用60%~70%硼砂加30%~40%玻璃組成溶劑覆蓋，也可採用煅燒木炭覆蓋，採用磷脱氧銅。鉻以Cu-Cr中間合金或金屬鉻形式加入。煙灰覆蓋下進行半連續鑄造，澆注温度為1300~1360℃。
（2）成形性能
鉻青銅合金冷、熱加工性能良好，可進行擠壓、熱軋、鍛造（要求鍛後進行固溶處理）等熱加工，熱加工温度為820~930℃。固溶、退火或適當拉拔狀態下，可進行拉拔、冷軋、鐓鍛、型鍛或彎曲等冷加工。
（3）焊接性能
鉻青銅合金能錫焊、銀焊和釺焊，易於進行氣體保護電弧焊，對散熱好焊接部位採用電子．束焊接效果好。熔焊和硬釺焊會降低熱處理後材料獲得性能，這種焊接通常用於軟狀態，並隨之施以必要熱處理。軟釺焊性能良好，不推薦氧乙炔焊、保護金屬弧焊、電阻點焊和電阻縫焊。
（4）切削加工與磨削性能
鉻青銅熱加工規範
熱加工温度範圍：800~925℃；
固溶處理：980~1000℃，10~30min，水淬；
鉻青銅主要特點
鉻青銅室温及400℃以下具有較高強度和硬度，導電性和導熱性好，加工成形性能良好。
鉻青銅主要應用
鉻青銅工藝條件
鉻青銅試驗條件
熔鍊設備： 0.5 t中頻電磁感應電爐。
原材料：質量分數為99.99% 純銅， 99.95% 純鉻， 99.98% 純鈷，48%鈰的混合稀土。
輔助材料： 10%磷-銅合金，金屬純鎂，電石，硼砂，木炭，碎玻璃。
鉻青銅工藝要點分析
1熔爐及工具準備
熔煉爐為250kg感應電爐，築爐（爐襯材料為98%石英砂+2%硼酸）後刷塗料，然後將其徹底烘乾。
熔鍊工具：鐘罩、壓漂、攪棒等工具塗刷塗料。凡是與金屬接觸的各種熔鍊工具必須刷好塗料徹底烘乾，澆注包刷好塗料後徹底烘乾待用。
爐前檢驗模具：含氣量檢驗模具（標準試樣）和彎角檢驗模具（標準試樣）以及基爾試樣模具（標準試樣）刷好塗料後徹底烘乾。
2爐料準備
金屬爐料純銅剪切為100mm×100mm~200mm塊狀（視熔爐口徑大小） ，塊度過大容易造成棚料現象而延長熔鍊時間，且容易產生氧化損失。純鉻脆而熔點高（1857℃） 破碎成10mm以下的顆粒狀，易於快速熔化。純鈷板熔點較高（1490℃） 破碎成20 mm×20 mm小塊，易於熔化。混合稀土熔點低，易燃燒，切割成50mm×50mm大小塊狀或粒狀，切割稀土時應間歇慢速防止燃燒，切割後放置在煤油中保存。輔助爐料電石破碎成10mm以下的顆粒狀，電石極易受潮應在乾燥環境下放置，受潮後的電石（表面粉化）千萬不可加入爐中。木炭塊度破碎成20mm左右的顆粒即可。硼砂應在880℃温度下去除結晶水後結塊，塊度控制在50mm左右。碎玻 璃塊度不大於100mm。過大塊度的金屬爐料不利於合金熔化，有時還發生棚料現象，但金屬爐料塊度過小時在預熱過程中容易產生氧化現象。塊度較小的輔助爐料（覆蓋劑）能很快地鋪展覆蓋液態金屬，塊度過大時不利於快速覆蓋液態金屬。
3爐料及工藝裝備預熱
3.1 金屬爐料
純銅預熱至500~600 ℃時準備待用，可用明火或者預熱爐預熱，若用明火預熱，時間不得超過30min，否則會產生氧化現象。純鉻顆粒預熱至200~300 ℃時用紫銅皮包裹，每包質量不大於1.0 kg。 純鈷預熱採用慢熱，最好用電阻爐預熱至100～200 ℃時用紫銅皮包裹，因純鈷在較高的温度（300℃以上）預熱會與空氣中的氧發生反應而損失。混合稀土容易氧化和燃燒，用紫銅皮包裹後放在爐台預熱即可，但要時刻檢查預熱温度，防止過熱燃燒。
3.2 輔助爐料
電石和木炭（事先乾燥）可不預熱，碎玻璃預熱至50~100 ℃待用，硼砂去除結晶水後使用，含氣量試樣和彎角試樣模具預熱至40~60 ℃待用，澆注包預熱至800 ℃以上時待用。
3.4熔鍊
一切準備工作就緒後熔爐坩堝預熱至500 ℃以上時加料熔鍊（所有爐料不得冷態加入） 。首先在坩堝底部放入電石、木炭、碎玻璃和硼砂（電石∶木炭∶碎玻璃∶硼砂=40∶40∶15∶5） ， 厚度以覆蓋液態金屬100 mm以上為宜，然後加入五分之四預熱後的純銅（另五分之一在熔鍊後期調節液態金屬温度）快速熔化，純銅被熔化為液態時自然沉降在坩堝底部，覆蓋劑漂浮在液態金屬上部，完全覆蓋銅液，注意觀察液態金屬表面，當覆蓋劑不足100mm時補加至100mm以上，此過程保持至熔鍊結束。待熔鍊温度達到1200～1250℃時用鐘罩加入三分之二磷銅（總加入量佔銅液質量的0.3%~0.5%） 預脱氧，然後，分別將預熱好的鉻和鈷加入到距銅液底部三分之一處，鉻（7.19g/cm3）的密度較小用普通鐘罩直接加入即可；鈷（8.9 g/cm3）的密度與銅相差無幾，加入時防止沉降於坩堝底部而難以熔化，用帶有封口裝置的鐘罩分批加入，為了使高熔點的鉻（1857 ℃） 、 鈷（1490℃） 迅速熔化在液態金屬中且減少氧化，用裝有鉻、鈷的鐘罩在液態金屬中做緩慢的圓周性移動，直至鉻、鈷金屬完全熔化在銅液中；然後用剩餘的五分之一的純銅調節液態金屬温度，當温度調節至1200 ℃左右時，再加入剩餘三分之一的磷銅二次脱氧，之後分分2~3次用鐘罩加入混合稀土，最後用鐘罩將純鎂（總加入量佔銅液質量的0.1%~0.3%） 壓入至距離坩堝底部五分之一處緩慢攪動精煉、排氣、清渣，完成以上工序後靜置5~10min， 讓液態金屬中的氣體和氧化渣充分上浮，待液態金屬温度達到1180~1200℃時質量檢驗。
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鉻青銅與鈹青銅相比
A、抗應力鬆弛性能高，熱穩定性好，時效範圍寬，成品率高，可在高温下長期使用（100℃-250℃）。直立性能尤佳。
B、導電性能好，電導率≥80%IACS。
C、良好的耐蝕性能。
D、電鍍性能好。
E、無毒性，適用於衞生潔具模、食品模。
應用例：模芯、食品模、衞生潔具模、注塑機注塑嘴等。
鉻青銅內加入微量（≤0.01）鋯。具有良好的導電性，導熱性，高的硬度，耐磨，抗爆，抗裂性以及軟化温度，使用時損耗少，焊接總成本低，適合作為熔接焊機的電極及有關零件。
