镍黄铜

研究目标

( 1)合金力学性能满足一般作业要求,符合Ⅱ 类B级防爆标准,以适应某些因材而宜的防爆工装卡具的需要。

( 2)其导磁率小于1. 2μ,无磁性。合金的铜含量降至接近70% ,以扩大应用的范围,适应电石生产厂家及设备配件性能的要求。

( 3)合金能承受冷热态压力加工,可应用于电器工业制做弹性元器件 。

化学成分试验范围

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

试验方法与结果

试验采用L9 ( 34 )正交试验设计,试验方案正交设计及结果统计。由于该合金属多项指标考核,因此采用多指标试验极差分析法,对多项指标进行综合评分。

通过对试验结果的极差分析,可以看出,影响合金综合力学性能的主要因素从主到次顺序为B→A→ C→ D。根据各因素水平对材料力学性能的影响程度, 得到A3 B3 C1 D1 即Zn22%、A14%、Ni0. 2%、Mn0. 5% 、余为Cu的合金是最优化学成分搭配方案 。

铝镍黄铜属于冷作硬化型合金,合金的强化可以用冷挤压加工的方法实现。将熔配好的合金液态成型,浇注成50× 25× ( 7. 2～ 7. 7) mm的试块,对合金进行冷挤压变形处理。

合金成分(质量分数,% )为22Zn、4Al、0. 2Ni、0. 5Mn、余为Cu的铝镍黄铜合金的力学性能与冷挤压变形程度的关系。随着变形程度的增加,合金的强度和硬度大幅度增加。该合金经在1 000 kN 液压万能试验机和50 t手动液压机上进行冷挤压变形处理后, 加工率在50% ～ 60%时,合金的eb≥ 700 MPa,伸长率可在10%～ 15% 范围,硬度为190～ 220 HB,该合金经过适当的时效处理后,eb 可以达到750 MPa。

此外,经试验,该合金无磁性; 用自制的试验装置模拟国标GB10686-89《铜合金工具防爆性能试验方法》旋转摩擦式试验,合金无火花产生 。

65Cu-30Zn-5Ni是典型的α镍黄铜，镍能提高合金的强度和韧性，并能增强合金的抗脱锌及抗应力腐蚀的能力。合金在软态时的拉伸强度为400MPa，延伸率为65%，能很好地冷、热压力加工成管、板、带、线，有良好的切削性的焊接性。用于制造金属钱币、压力表管、造纸网、船用冷凝管及其他耐蚀 耐压管件。

以铍为主要添加元素的铍铜合金,至今已发展到20个牌号。它具有非发火性、非磁性、综合力学性能好、导磁率低的特点,并具有良好的导电导热性和高弹性能,被广泛地应用于易燃易爆场合,以杜绝采用钢质工具或工装卡具作业时因碰撞或摩擦产生火花而引发火灾或爆炸事故; 广泛地应用在强磁场环境中,以免采用钢质工具作业时被磁场吸住而引发事故; 广泛地应用在航空航海、模具制造、电焊用电极材料、高科技电器弹性元件和其他器件等。但因其生产成本高,价格昂贵;对生产条件要求极为苛刻,生产时产生的铍尘埃对作业人员的健康有致命的不可治愈的危害,对环境污染非常严重; 材料本身存在性能不够稳定和存在铸造缺陷等原因,限制了铍青铜的开发和应用。因此,国内外都在致力于铍青铜代替材料的开发研究工作。

日本和美国在铍青铜合金的代替材料研究方面起步较早,研究的方向主要集中在材料的性能与成本两个方面。开发的材料有: 铝青铜、磷青铜、铜镍锡合金、钛铜合金、铜镍锌合金以及其他特殊铜合金等。

国内在铍青铜代替材料的研究方面,也取得了可喜进展。其中锡磷青铜以导电性能好、抗腐蚀性能强,并具有良好的工艺性能,焊接性能和镀敷性能等优点,被应用在电器工业弹性元件上。河北科技大学研制的无镍铜基新型防爆材料,被成功地应用在某弹药仓库的作业工具上,取得了很好效果,尽管在铍青铜代替材料的研究方面步履艰难,但仍是国际上研制与开发的重点课题。

据资料介绍,铝镍黄铜无磁性、受冲击时无火花,作为铜基弹性合金, 其性能达到和超过了锡磷青铜,是较好的铍青铜代用材料 。

(1)化学成分(质量分数,% )为: 22Zn、4Al、0.2Mn、0. 5M、余为Cu的Zn-Al-Ni-Mn复杂黄铜合金经变形处理后,强度、硬度高; 经测试证明,此合金无磁性,弹性好,并在一般摩擦冲击时无火花产生。在部分特殊场合代替铍青铜、锡磷青铜作为防爆制品和电器弹性元件是可行的。

(2)该合金生产过程无毒无公害,生产工艺简单,成本低 。