青铜合金的特性与应用

（1）青铜的概念、发展史

青铜是指除黄铜和白铜以外的铜合金。青铜因呈青黑色而得名。

青铜是人类历史上应用最早的合金。根据考古显示，我国使用铜的历史有5000余年。

大量出土的古代青铜器说明我国在商代（公元前1562年～1066年）就有了高度发达的青铜加工技术。河南安阳出土的司母戊大方鼎，带耳高1.37m，长1.1m，宽0.77m，重达875kg，该鼎体积庞大，花纹精巧、造型精美。再如1980年在西安半坡村发现的秦始皇陵出土的文物中青铜铸的大型车马两乘（见图10.13）是迄今中国发现的体形最大、装饰最华丽、结构最逼真、最完整的古代铜车马，被誉为“青铜之冠”。

图10.13　青铜铸的大型车马两乘

要制造这么精美的青铜器，需要经过雕塑、制造模样与铸型、金属冶炼等工序，可以说，司母戊大方鼎是古代雕塑艺术与金属冶炼技术的完美结合。同时，在当时条件下要浇铸这样庞大的器物，如果没有大规模的科学分工、精湛的雕塑艺术及铸造技术，是不可能制造完成的。

（2）青铜的分类

以锡为主要合金元素的青铜称为锡青铜，以铝为主加元素的青铜称为铝青铜，此外，还有铍青铜、硅青铜、锰青铜等。与黄铜、白铜一样，各种青铜中还可加入其他合金元素，以改善其性能。根据生产方法的不同，青铜可分为加工青铜与铸造青铜两类。

加工青铜的牌号用“Q+第一个主加元素的化学符号及数字+其他元素化学符号及数字”的方式表示，其中Q是“青”字汉语拼音字首，数字依次表示第一个主加元素和其他加入元素的平均质量分数。例如，QBe2表示平均铍的质量分数为2%的铍青铜；QSn4-3表示平均锡的质量分数是4%，锌的质量分数是3%的锡青铜。

常用加工青铜主要有锡青铜（如QSn4-3）、铝青铜（如QAl5）、铍青铜（如QBe2）、硅青铜（如QSi3-1）、锰青铜（如QMn2）、铬青铜（如QCr0.5）、锆青铜（如QZr0.2）、镉青铜（如QCd1）、镁青铜（如QMg0.8）、铁青铜（如QFe2.5）、碲青铜（如QTe0.5）等。

加工青铜主要用于制造弹性高、耐磨、抗腐蚀、抗磁的零件，如弹簧片、电极、齿轮、轴承（套）、轴瓦、蜗轮、电话线、输电线及与酸、碱、蒸汽等接触的零件等。

铸造青铜牌号是在牌号前面加Z，常用的铸造青铜合金有ZCuAl9Mn2、ZCuPb30等。

1）锡青铜

锡青铜是以锡为主加元素的铜合金。锡青铜的锡含量是决定其性能的关键，含锡质量分数为5%～7%的锡青铜的塑性最好，适用于冷热加工；而当含锡质量分数大于10%时，其合金强度升高，但塑性却很低，只适于铸造成型。

锡青铜耐蚀性良好，其在大气、海水和无机盐类溶液中的耐蚀性比纯铜和黄铜的要好，但在氨水、盐酸和硫酸中的耐蚀性较差。锡青铜主要用于耐蚀承载件，如弹簧、轴承、齿轮轴、蜗轮、垫圈等。图10.14为船用软管接头阀。

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图10.14　船用软管接头阀

2）铝青铜

铝青铜是以铝为主加元素的铜合金，铝的质量分数为5%～11%，其强度、硬度、耐磨性、耐热性及耐蚀性高于黄铜和锡青铜，铸造性能好，但焊接性较差。工业上压力加工用铝青铜的含铝质量分数一般低于5%～7%。含铝质量分数为10%左右的合金，强度高，可进行热加工。

铝青铜强度高，韧性好，疲劳强度高，受冲击时不产生火花，且在大气、海水、碳酸及多数有机酸中的耐蚀性都高于黄铜和锡青铜。

因此，铝青铜在结构件上应用极广，主要用于制造船舶、飞机及仪器中在复杂条件下工作要求高强度、高耐磨性、高耐蚀性的零件和弹性零件，如齿轮、轴承、摩擦片、蜗轮、轴套、弹簧、螺旋桨等。

3）铍青铜

铍青铜是以铍为主加元素的铜合金，含铍质量分数为1.7%～2.5%，铍青铜具有高的强度、硬度、疲劳强度和弹性极限，弹性稳定，弹性滞后小，耐磨性及耐蚀性高，具有良好的导电性和导热性，冷热加工及铸造性能好，但其生产工艺复杂。

案例1：子弹壳的选材及热处理

（1）子弹的工作

子弹由弹头、弹壳、发射药和底火构成（见图10.15）。其底火用来点燃发射药，高温、高压的火药燃气迅速膨胀，将弹头射出枪膛。弹壳是子弹上最重要的零件，它用于盛装发射药，并把弹头和底火连接在一起，它的作用是密封防潮；发射时还能密闭火药燃气，保护弹膛不被烧蚀；使子弹在枪膛内定位。自动武器的弹壳会在发射后自动弹出枪膛。

图10.15　子弹

（2）对弹壳材料的要求

弹壳发射时要承受火药气体压力和枪械自动机的力量，制造时要有良好的塑性来完成冷挤压变形加工（引伸、挤口兼扩口）的多道工序，同时表面质量要好。

（3）子弹壳选材和热处理

子弹壳选用普通黄铜H68，热处理工艺采用去应力退火。