[科普中国]-铸造黄铜

简介

以锌作为主要合金元素的铜合金，通常称为黄铜。铜锌二元合金称普通黄铜，在铜锌合金基础上加入少量其他元素所构成的三元、四元或多元黄铜，称为特殊黄铜。

黄铜与青铜比较，锌在铜中的固溶度很大，常温平衡状态下铜中可溶解质量分数约37%的锌，铸态下也可溶解锌质量分数为30%左右，而锡青铜在铸态下锡在铜中的固溶度质量分数仅为5%～6%，铝青铜铝在铜中的固溶度质量分数仅为7%～8%，因此，锌在铜中有很好的固溶强化效果，同时，多数合金元素也能不同程度地溶解在黄铜中，进一步提高其力学性能，因而使得黄铜，尤其是某些特殊黄铜具有高强度的特点，锌的价格比铝、铜、锡都低，资源丰富，在黄铜中锌的加入量较多，因此黄铜的成本比锡青铜、铝青铜都低廉。黄铜的凝固温度区间很小，流动性好，熔炼方便。由于黄铜具有上述强度高、价格低和铸造性能良好等特点，所以在铜合金中黄铜比锡青铜和铝青铜的品种更多、产量更大、应用更广。但黄铜的耐磨性和耐腐蚀性能不如青铜，特别是普通黄铜的耐蚀性及耐磨性都比较低，只有当加入一些合金元素构成各种特殊黄铜时，其耐磨和耐腐蚀性能才得到改善和提高。1

铸造黄铜的性能铸造黄铜是以Cu-Zn二元合金为基础的铸造合金，其结晶温度间隔较小，铸造性能较好。与锡青铜相比，铸造黄铜的机械性能较高。此外，因黄铜中含有大量的锌，故成本较低。这些是铸造黄铜得以广泛应用的原因。

但与锡青铜及铝青铜相比，铸造黄铜的耐蚀性较差。由于锌的化学性质活泼，电极电位又较低，使得黄铜较易被腐蚀。特别是在海水及其它带有电解质的腐蚀介质中，黄铜组织中的富铜相与富锌相之间产生相间电流，加剧了电极电位较低的富锌相的腐蚀，这称为脱锌腐蚀。2

黄铜中锌的固溶度很大，常温平衡状态下铜中可固溶约37%的锌，而在实际生产铸态下可溶锌30%左右。因此，锌在铜中有很好的固溶强化效果。普通黄铜虽有一定的强度、硬度和良好的铸造工艺性能，但耐磨性、耐蚀性，尤其是对流动海水、蒸汽和无机酸的耐蚀性能较差。所以，铸造黄铜中通常添加少量其他合金元素(主要有Mn、Al、Fe、Si、Pb等)来改善其力学、物理和化学性能，从而形成可满足各种使用性能要求的特殊铸造黄铜，如易切削黄铜、海军黄铜、高强度黄铜和压铸黄铜等。

黄铜的结晶温度范围很小(约30～40℃)，当含锌量增加时，液相线温度下降很快，熔点随之降低，因此，黄铜具有良好的流动性，形成集中缩孔，不易形成疏松和晶内偏析。黄铜的熔点较低，含有大量易蒸发元素锌，当其蒸发时，可防止合金吸气，并带走铜液中的气体，使熔炼过程中吸气少，因此，黄铜铸件一般不产生气孔。同时，在熔炼黄铜时，锌本身具有强烈的脱氧作用，不需再用其他脱氧剂。因此黄铜比其他铜合金熔炼简便，铸造性能好。由于锌与氧的亲和力很大，黄铜熔炼过程中，容易生成氧化物ZnO，但它与Al2O3不同，易从铜液分离成渣，只要采取措施防止合金二次氧化，一般可避免氧化夹杂缺陷。黄铜的收缩率较大，凝固时易形成集中缩孔，因此，可按顺序凝固原则设置较大的补缩冒口。黄铜具有壳状凝固的特点，对铸造冷却速度敏感性较小，因而其力学性能对铸件壁厚变化的敏感性也较小。

在铸造生产中几乎不用二元黄铜，为满足特殊使用性能要求和改善铸造工艺性能，广泛采用多元黄铜铸造零件。3

铸造黄铜的质量控制1.铸造黄铜的化学成分

黄铜是以锌为主要合金元素的Cu-Zn二元合金，通称黄铜或普通黄铜。普通黄铜具有一定的强度、硬度和良好的铸造性能，但是耐磨性、耐蚀性，尤其是对流动的海水、蒸汽和无机酸的耐蚀性较差。通常可以加入各种合金元素，以改善黄铜的力学、物理和化学性能，从而形成了适用于不同环境的特殊黄铜，如海军黄铜、易切削黄铜、高强度锰黄铜和压铸黄铜等。

2.铸造工艺

铸造黄铜各合金之间由于在熔点、流动性、凝固收缩、熔体对气体的敏感性、挥发性和热裂倾向上有一些差别，所以适用的铸造方法也有所不同。

铸造黄铜的铸造方法主要有压铸、砂型铸造、离心铸造、连续铸造和熔模铸造等。不同的合金需要有针对性的选用。4

铸造性能与铸造工艺措施铸造黄铜的铸造性能特点是：铸造黄铜中的锌是影响铸造黄铜铸造性能的主要因素，锌的汽化点约为907℃，铸造黄铜的熔点约为900℃，在熔炼和浇注时，锌有极大的蒸发和氧化的倾向。铸造黄铜流动性较好，但锰黄铜收缩较大，易出现缩孔和冷裂、变形等问题。

针对上述特点，在铸造时应采取如下工艺措施：

1)选用退让性好的砂芯，以减小铸造应力，防止裂纹和变形。

2)设置冒口，加强补缩。

3)浇注系统设置要保证实现定向凝固，要设置集渣、挡渣的结构，并使液流平稳充型，内浇道布局应使铸件均匀冷却。

4)浇注工艺尽量降低铸造黄铜的浇注温度，以减少液态收缩，防止汽化。5