鋁青銅
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鋁青銅
簡介
概述
含鋁量一般不超過11.5%，有時還加入適量的鐵、鎳、錳等元素，以進(jìn)一步改善性能。鋁青銅可熱處理強(qiáng)化，其強(qiáng)度比錫青銅高，抗高溫氧化性也較好。
有較高的強(qiáng)度 良好的耐磨性 用于強(qiáng)度比較高的螺桿、螺帽、銅套、密封環(huán)等，和耐磨的零部件,最突出的特點(diǎn)就是其良好的耐磨性。
為含有鐵、錳元素的鋁青銅有高的強(qiáng)度和耐磨性，經(jīng)淬火、回火后可提高硬度，有較好的高溫耐蝕性和抗氧化性在大氣、淡水和海水中抗蝕性很好，可切削性尚可，可焊接不易釬焊，熱態(tài)下壓力加工良好。我國已能量產(chǎn)。
性能鋁青銅具有許多優(yōu)良的性能。鋁青銅具有很高的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，常用來制造齒輪坯料、螺紋等零件。鋁青銅具有很好的抗蝕性，因此可用來制造耐腐蝕零件，如螺旋槳、閥門等。鋁青銅在沖擊作用下不會產(chǎn)生火花，可用來制造無火花工具材料。具有優(yōu)良的導(dǎo)熱系數(shù)和穩(wěn)定的剛度，作為模具材料在拉伸、壓延不銹鋼板式換熱器時不會產(chǎn)生粘模、劃傷工件等優(yōu)點(diǎn)，已成為一種新型模具材料。鋁青銅具有形狀記憶效應(yīng)，已經(jīng)作為形狀記憶合金得到發(fā)展。鋁青銅合金價(jià)格相對便宜，成為一些昂貴金屬材料的部分替代品，如替代錫青銅、不銹鋼、鎳基合金等。正是由于鋁青銅所具有的優(yōu)良特性，越來越受到喜愛，在民用和軍事工業(yè)中起著重要的作用。
國內(nèi)常用牌號
QAL7:具有高的強(qiáng)度和彈性，在大氣、淡水、海水和某些酸中耐蝕性高，可熱、冷態(tài)壓力加工，可電焊和氣焊，不易釬焊。
用途:彈簧盒要求耐蝕的其它彈性元件。
QAL9-4:具有高的強(qiáng)度，良好的減摩性和很好的耐蝕性，可熱加工，可焊接，但不易釬焊。
用途:高強(qiáng)、耐磨零件，如軸承、軸套、齒輪、渦輪等;還可制造接管嘴、法蘭盤、扁形搖臂、支架等。
QAL10-4-4:在400℃以下具有穩(wěn)定的力學(xué)性能，有良好的減摩性，在大氣、淡水、海水中耐蝕性很好，可熱加工，可焊接，但不易釬焊。
用途:高強(qiáng)度的耐磨零件盒在400℃以下工作的零件，如軸承、軸套、齒輪、球形座、螺帽、法蘭盤等。
主要分析方法:
標(biāo)準(zhǔn)值 | 不確定度 | 單位 | |
Al | 9.03 | 0.05 | 質(zhì)量分?jǐn)?shù)(10) |
Cu | 余量 | 余量 | 質(zhì)量分?jǐn)?shù)(10) |
Fe | 0.55 | 0.01 | 質(zhì)量分?jǐn)?shù)(10) |
Mn | 2.04 | 0.04 | 質(zhì)量分?jǐn)?shù)(10) |
Ni | 0.48 | 0.01 | 質(zhì)量分?jǐn)?shù)(10) |
P | 0.0158 | 0.0005 | 質(zhì)量分?jǐn)?shù)(10) |
Pb | 0.022 | 0.002 | 質(zhì)量分?jǐn)?shù)(10) |
Si | 0.115 | 0.003 | 質(zhì)量分?jǐn)?shù)(10) |
Sn | 0.091 | 0.001 | 質(zhì)量分?jǐn)?shù)(10) |
Zn | 0.99 | 0.02 | 質(zhì)量分?jǐn)?shù)(10) |
化學(xué)成分的影響
化學(xué)成分對鋁青銅組織與性能的影響一直是關(guān)注的熱點(diǎn)之一。首先，化學(xué)成分對合金作用的好與壞并沒有一個明確的界定。如鐵加入鋁青銅中一般起到細(xì)化晶粒、減小"自發(fā)回火脆性"、提高力學(xué)性能的作用，但當(dāng)鐵含量較高時，鐵會以Fe3Al2化合物析出，使合金的機(jī)械性能變壞，因此鐵含量不應(yīng)超過5%。還有鋅元素，很多研究認(rèn)為它與基體金屬固溶后，可提高金屬的塑性，而也有研究認(rèn)為其為雜質(zhì)元素。由此看出，合金元素的作用不能一概而論。普遍認(rèn)為加入適量的合金元素可改善合金的機(jī)械性能，如加入適量的鐵形成鋁鐵青銅，加入錳形成鋁錳青銅，加入鎳形成鋁鎳青銅。其次，對于雜質(zhì)元素含量的要求還沒有一個明確的界定。正是由于化學(xué)成分的變化才使得鋁青銅的種類和應(yīng)用場合各不相同，研究者應(yīng)該不斷研究化學(xué)成分的影響、作用機(jī)理，進(jìn)一步擴(kuò)大鋁青銅的應(yīng)用范圍。
強(qiáng)化
通常采用一些強(qiáng)化工藝來改善鋁青銅合金組織狀態(tài)以達(dá)到所需要的使用性質(zhì)和工藝性能。鋁青銅合金的強(qiáng)化主要手段有固溶強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化、時效強(qiáng)化等。固溶強(qiáng)化就是將合金加熱到能使鋁、錳等合金元素全部或最大限度的溶入銅基體中形成飽和或過飽和固溶體后，淬火至室溫得到過飽和固溶體的工藝。然而，這種過飽和固溶體在室溫或較高溫度下將發(fā)生分解而析出第二相，這種析出可使合金的強(qiáng)度、硬度顯著增加，這就是時效強(qiáng)化。固溶與時效往往配合使用來改善鋁青銅合金的性能。
特種
這里主要指含鋁量在11.5%以上、15%以下的鋁青銅。除鋁外的元素組分和普通鋁青銅相差不大。因?yàn)楹X量的差異，使得特種鋁青銅有著比合金鋼更加高的強(qiáng)度和接近合金鋼的硬度。被廣泛用于力結(jié)構(gòu)件、傳動件等。
此外，因其良好的耐腐蝕性、抗壓抗磨能力，還用于高速列車的傳動軸齒輪。
鋁青銅焊接要點(diǎn)
焊接鋁青銅的主要困難是鋁的氧化，生成致密而難熔的Al2O3薄膜覆蓋在熔滴和熔池表面。易在焊縫中產(chǎn)生夾渣、氣孔和未熔合等缺陷。清除鋁的氧化物和防止鋁的氧化成為焊接鋁青銅成敗的關(guān)鍵。此外w(Al)<7%的單相鋁青銅具有熱脆性，在熱影響區(qū)易產(chǎn)生裂紋，比較難焊。w(A1)≥7%的單相合金和雙相合金，采取一些防裂措施是可以焊接的。
一般不推薦采用氣焊，因?yàn)楹茈y完全消除鋁的氧化物有害作用。如果必須采用氣焊，則須對焊絲、焊接坡口作徹底清理，使用含氯化鹽和氟化鹽的熔劑。嚴(yán)格采用中性焰等措施。
焊條電弧焊一般用于鋁青銅鍛件或鑄件的焊補(bǔ)。采用ECuAl-c(即T237)焊條。除薄件(≤3mm)外，需采用70°~90°的V形坡口;薄件常不預(yù)熱，對于 w(Al)<10%的合金，預(yù)熱和層間溫度一般不應(yīng)超過150℃。焊接鋁含量為10%~13%的鋁青銅，厚工件推薦預(yù)熱和層間溫度約260℃，焊件宜快速冷卻。采用直流反接，短弧和窄焊道施焊。多層焊時層間必須徹底清渣。