以錫為主要合金元素的青銅。含錫量一般在3～14%之間，主要用於製作彈性元件和耐磨零件。變形錫青銅的含錫量不超過 8%，有時還添加磷、鉛、鋅等元素。磷是良好的脫氧劑，還能改善流動性和耐磨性。錫青銅中加鉛可改善可切削性和耐磨性，加鋅可改善鑄造性能。這種合金具有較高的力學性能、減磨性能和耐蝕性，易切削加工，釺焊和焊接性能好，收縮係數小，無磁性。可用線材火焰噴塗和電弧噴塗製備青銅襯套、軸套、抗磁元件等塗層。尺寸規格有Ф1.6mm、Ф2.3mm。具有較高的強度、耐蝕性和優良的鑄造性能，長期以來廣泛套用於各工業部門中。
基本介紹
- 中文名：錫青銅
- 外文名：Tin bronze
- 所含元素：磷、鉛、鋅等
- 含錫量：一般在3～14%之間
- 優點：耐蝕、耐磨
- 類別：有色金屬
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簡史
早在公元前3000年以前，人們就開始製造和使用銅。但是，煉銅製成的物件太軟，容易彎曲，並且很快就鈍。接著人們發現把錫摻到銅里去製成銅錫合金——青銅。青銅器件的熔煉和製作比純銅容易的多，比純銅堅硬（假如把錫的硬度值定為5，那么銅的硬度就是30，而青銅的硬度則是100～150），歷史上稱這個時期為青銅時代。
我國戰國時代的著作《周禮·冬官·輈人》總結了熔煉青銅的經驗，講述青銅鑄造各種不同物件採用銅和錫的不同比例:“金有六齊（方劑）。六分其金（銅）而錫居一，謂之鐘鼎之齊；五分其金而錫居一，謂之斧斤之齊；四分其金而錫居一，謂之戈戟之齊；三分其金而錫居一，謂之大刃之齊；五分其金而錫居二，謂之削殺矢（箭）之齊；金錫半，謂之鑑（鏡子）燧（利用鏡子聚光取火）之齊。”這表明在3000多年前，我國勞動人民已經認識到，用途不同的青銅器所要求的性能不同，用以鑄造青銅器的金屬成分比例也應有所不同。
青銅由於堅硬，易熔，能很好的鑄造成型，在空氣中穩定，因而即使在青銅時代以後的鐵器時代里，也沒有喪失它的使用價值。例如在公元前約280年，歐洲愛琴海中羅得島上羅得港口矗立的青銅太陽神，高達46米，其手指高度超過成人身高。
化學成分與性能
常用的中國牌號變形錫青銅的主要化學成分和力學性能見下表。
變形錫青銅的主要化學成分和力學性能
（（（（
牌 號 | 主要成分 | 力學性能 | |||
狀態 | 抗拉強度/MPa | 伸長率/% | 布氏硬度/MPa | ||
QSn 4-0.3 | Cu-4Sn-0.3P | 軟 硬 | 340 600 | 52 8 | 55～70）×10（160～180）×10 |
QSn6.5-0.1 | Cu-6.5Sn-0.15P | 軟 硬 | 350～450 700～800 | 60～70 7.5～12 | 70～90）×10（160～200）×10 |
QSn6.5-0.4 | Cu-6.5Sn-0.4P | 軟 硬 | 350～450 700～800 | 60～70 7.5～12 | 70～90）×10（160～200）×10 |
QSn 7-0.2 | Cu-7 Sn-0.2P | 軟 硬 | 340 600 | 52 8 | 55～70）×10（160～180）×10 |
QSn 4-3 | Cu-4Sn-3Zn | 軟 硬 | 350 550 | 40 4 | 60×10 160×10 |
QSn4-4-2.5 | Cu-4Sn-4Zn-2.5Pb | 軟 硬 | 300～350 550～650 | 35～45 2～4 | 60×10（160～180）×10 |
QSn 4-4-4 | Cu-4Sn-4Zn-4Pb | 軟 硬 | 300～350 550～650 | 46 2～4 | 62×10（160～180）×10 |
特性
錫青銅除了含有3%～14%錫，此外還常常加入磷、鋅、鉛等元素。是人類套用最早的合金，至今已有約4000年的使用歷史。它耐蝕、耐磨，有較好的力學性能和工藝性能，並能很好地焊接和釺焊，衝擊時不產生火花。分為加工錫青銅和鑄造錫青銅。用於壓力加工的錫青銅含錫量低於6%～7%，鑄造錫青銅的含錫量為10%～14%。常用牌號有QSn4-3，QSn4.4-2.5，QSn7-O.2，ZQSn10，ZQSn5-2-5，ZQSN6-6-3等。錫青銅是鑄造收縮率最小的有色金屬合金，可用來生產形狀複雜、輪廓清晰、氣密性要求不高的鑄件。錫青銅在大氣、海水、淡水和蒸汽中十分耐蝕，廣泛用於蒸汽鍋爐和海船零件。含磷錫青銅具有良好的力學性能，可用作高精密工作母機的耐磨零件和彈性零件。含鉛錫青銅常用作耐磨零件和滑動軸承，含鋅錫青銅可作高氣密性鑄件。
錫青銅的凝固範圍大，枝晶偏析嚴重；凝固時不易形成集中縮孔，體積收縮很小；鑄錠中易出現錫的逆偏析，嚴重時鑄錠表面可見到白色斑點（8相析出），甚至出現富錫顆粒，一般稱為錫汗（tinsweat），改進鑄造方法和工藝條件可減輕逆偏析程度；液態合金中，錫易生成硬脆的夾雜物SnO2，熔煉要充分脫氧，防止由於夾雜物引起的合金力學性能的降低；對過熱和氣體的敏感性很小，能很好地焊接和釺焊；衝擊時不發生火花，無磁性、耐寒，並有極高的耐磨性。
銅錫系狀態圖如圖1示。工業用錫青銅的錫含量一般在3%～14%之間，但變形錫青銅的錫含量不超過8%。
圖1 Cu-Sn系狀態圖分類
工業錫青銅錫青銅是工業上使用的重要銅合金。為改善其鑄造、力學和耐磨性能，以及節約錫，在錫青銅中加入磷、鋅、鉛等合金元素。因而可把錫青銅分為錫磷青銅、錫鋅青銅和錫鋅鉛三類。
錫磷青銅
磷是銅合金的良好脫氧劑，可增加合金的流動性，改善錫青銅的工藝和力學性能，但加大逆偏析程度。
錫青銅中磷的極限溶解度為0.15%，過多時將形成a+δ+Cu3P三元共晶，熔點為628℃，熱軋時易產生熱脆性，只能冷加工。因此，變形錫青銅中含磷量不應大於0.5%，熱加工時，磷應小於0.25%。
含磷錫青銅是有名的彈性材料，在加工時，控制冷加工前的晶粒大小和加工後的低溫退火很有必要。細晶粒加工材的強度、彈性模量和疲勞強度比其粗晶粒加工材為高，但塑性較低。冷加工材在200～260℃經1～2h低溫退火、產生退火硬化效應，可進一步提高製品的強度、塑性、彈性極限和彈性模量，並增加彈性的穩定性。
現已列入中國國家標準中的含磷錫青銅共4個牌號。
其中QSn6.5-0.1合金主要製作彈性元件特別是電導性好的彈簧接觸片，儀器儀表中的耐磨零件和抗磁元件等；
Qsn6.5一0.4合金主要用於造紙、化工和食品等工業製造金屬網，也用於製造耐磨和彈簧零件；
QSn7-0.2合金用於在中等的載荷和滑動速度下承受摩擦的零件，如軸承、軸套、渦輪等，亦可製造彈性元件和其他機械電氣零件；
QSn4-0.3合金用於生產壓力表中的各種管材，作敏感元件，有壓力表青銅之稱。
錫鋅青銅
鋅大量溶解於銅錫合金中，在變形錫青銅中鋅的加入量一般不大於4%。鋅能改善合金的流動性，縮小結晶溫度範圍，減輕逆偏析。
列入現行中國國家標準中的錫鋅青銅牌號為QSn4-3，具有良好的彈性、耐磨性和抗磁性，可在冷態和熱態下壓力加工，易於焊接和釺焊，切削性較好，在大氣和淡水、海水中抗蝕性良好，用於各種彈性元件以及管配件、化工器械、耐磨零件和抗磁零件等。
錫鋅鉛青銅
鉛實際不固溶於銅錫合金中，它以單相、呈黑色夾雜物分布在枝晶間。鑄錠中鉛分布不易均勻，通常加入少量鎳可改善其分布，並細化組織。鉛降低錫青銅的摩擦係數，改善耐磨性和切削性，但略降低力學性能。
在銅錫鉛合金中常加入3%～5%的鋅，以再提高力學性能。
加入0.02%～0.1%鋯或0．02%～0.1%硼，特別是加入0.02%～0.2%稀土元素能細化鉛質點，使之分布均勻，以改善含鉛錫青銅的組織、鑄造和力學性能。
列入現行中國國家標準的錫鋅鉛青銅有QSn4-4-2.5和QSn4-4-4兩個牌號，具有高的耐磨性、易切削加工，主要以板、帶材形式用於汽車、拖拉機、航空和機械工業，製造軸套和軸承襯墊，有汽車青銅之稱。
套用
錫青銅管銅是與人類關係非常密切的有色金屬，被廣泛地套用於電氣、輕工、機械製造、建築工業、國防工業等領域，在我國有色金屬材料的消費中僅次於鋁。
錫青銅是鑄造收縮率最小的有色金屬合金，用來生產形狀複雜、輪廓清晰、氣密性要求不高的鑄件。錫青銅在大氣、海水、淡水和蒸汽中十分耐蝕，廣泛用於蒸汽鍋爐和海船零件。含磷錫青銅具有良好的力學性能，可用作高精密工作母機的耐磨零件和彈性零件。含鉛錫青銅常用作耐磨零件和滑動軸承。含鋅錫青銅可作高氣密性鑄件。
錫青銅在電氣、電子工業中套用最廣、用量最大，占總消費量一半以上。用於各種電纜和導線，電機和變壓器的這種，開關以及印刷線路板 在機械和運輸車輛製造中，用於製造工業閥門和配件、儀表、滑動軸承、模具、熱交換器和泵等。在化學工業中廣泛套用於製造真空器、蒸餾鍋、釀造鍋等。在國防工業中用以製造子彈、炮彈、槍炮零件等，每生產300萬發子彈，需用銅130-140噸。在建築工業中，用做各種管道、管道配件、裝飾器件等。
