鎳黃銅

65Cu-30Zn-5Ni是典型的α鎳黃銅，鎳能提高合金的強度和韌性，並能增強合金的抗脱鋅及抗應力腐蝕的能力。合金在軟態時的拉伸強度為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。用於製造金屬錢幣、壓力錶管、造紙網、船用冷凝管及其他耐蝕 ^[1]  耐壓管件。

以鈹為主要添加元素的鈹銅合金,至今已發展到20個牌號。它具有非發火性、非磁性、綜合力學性能好、導磁率低的特點,並具有良好的導電導熱性和高彈性能,被廣泛地應用於易燃易爆場合,以杜絕採用鋼質工具或工裝卡具作業時因碰撞或摩擦產生火花而引發火災或爆炸事故; 廣泛地應用在強磁場環境中,以免採用鋼質工具作業時被磁場吸住而引發事故; 廣泛地應用在航空航海、模具製造、電焊用電極材料、高科技電器彈性元件和其他器件等。但因其生產成本高,價格昂貴;對生產條件要求極為苛刻,生產時產生的鈹塵埃對作業人員的健康有致命的不可治癒的危害,對環境污染非常嚴重; 材料本身存在性能不夠穩定和存在鑄造缺陷等原因,限制了鈹青銅的開發和應用。因此,國內外都在致力於鈹青銅代替材料的開發研究工作。

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。

國內在鈹青銅代替材料的研究方面,也取得了可喜進展。其中錫磷青銅以導電性能好、抗腐蝕性能強,並具有良好的工藝性能,焊接性能和鍍敷性能等優點,被應用在電器工業彈性元件上。河北科技大學研製的無鎳銅基新型防爆材料,被成功地應用在某彈藥倉庫的作業工具上,取得了很好效果,儘管在鈹青銅代替材料的研究方面步履艱難,但仍是國際上研製與開發的重點課題。

據資料介紹,鋁鎳黃銅無磁性、受衝擊時無火花,作為銅基彈性合金, 其性能達到和超過了錫磷青銅,是較好的鈹青銅代用材料 ^[2]  。

研究目標

( 1)合金力學性能滿足一般作業要求,符合Ⅱ 類B級防爆標準,以適應某些因材而宜的防爆工裝卡具的需要。

( 2)其導磁率小於1. 2μ,無磁性。合金的銅含量降至接近70% ,以擴大應用的範圍,適應電石生產廠家及設備配件性能的要求。

( 3)合金能承受冷熱態壓力加工,可應用於電器工業製做彈性元器件 ^[1]  。

化學成分試驗範圍

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

試驗方法與結果

試驗採用L9 ( 34 )正交試驗設計,試驗方案正交設計及結果統計。由於該合金屬多項指標考核,因此採用多指標試驗極差分析法,對多項指標進行綜合評分。

通過對試驗結果的極差分析,可以看出,影響合金綜合力學性能的主要因素從主到次順序為B→A→ C→ D。根據各因素水平對材料力學性能的影響程度, 得到A3 B3 C1 D1 即Zn22%、A14%、Ni0. 2%、Mn0. 5% 、餘為Cu的合金是最優化學成分搭配方案 ^[3]  。

鋁鎳黃銅屬於冷作硬化型合金,合金的強化可以用冷擠壓加工的方法實現。將熔配好的合金液態成型,澆注成50× 25× ( 7. 2～ 7. 7) mm的試塊,對合金進行冷擠壓變形處理。

合金成分(質量分數,% )為22Zn、4Al、0. 2Ni、0. 5Mn、餘為Cu的鋁鎳黃銅合金的力學性能與冷擠壓變形程度的關係。隨着變形程度的增加,合金的強度和硬度大幅度增加。該合金經在1 000 kN 液壓萬能試驗機和50 t手動液壓機上進行冷擠壓變形處理後, 加工率在50% ～ 60%時,合金的eb≥ 700 MPa,伸長率可在10%～ 15% 範圍,硬度為190～ 220 HB,該合金經過適當的時效處理後,eb 可以達到750 MPa。

此外,經試驗,該合金無磁性; 用自制的試驗裝置模擬國標GB10686-89《銅合金工具防爆性能試驗方法》旋轉摩擦式試驗,合金無火花產生 ^[1]  。

(1)化學成分(質量分數,% )為: 22Zn、4Al、0.2Mn、0. 5M、餘為Cu的Zn-Al-Ni-Mn複雜黃銅合金經變形處理後,強度、硬度高; 經測試證明,此合金無磁性,彈性好,並在一般摩擦衝擊時無火花產生。在部分特殊場合代替鈹青銅、錫磷青銅作為防爆製品和電器彈性元件是可行的。

(2)該合金生產過程無毒無公害,生產工藝簡單,成本低 ^[2]  。