第三節(jié)　各類鑄造銅合金熔煉工藝

一、黃銅類鑄銅

黃銅類鑄銅合金牌號如：ZCuZn33Pb2（含Cu 63％～67％，Zn 33％，Pb 1％～3％）、ZCuZn40Pb2（含Cu 58％～63％，Pb 0.5％～2.5％，Zn 38％～40％）和ZCuZn16Si4（含Cu 79％～81％，Si 2.5％～4.5％，Zn 15％～19％）等。其具體化學成分如表4-9所示。

黃銅類鑄銅的力學性能與其鑄造工藝密切相關，詳見表4-10，其中鑄造方法中，S為砂型澆鑄，J為金屬型澆鑄造，Li為離心澆鑄，La為連續(xù)澆鑄，Y表示壓鑄。

黃銅中都含有的合金元素是鋅，鋅的熔點419℃，汽化溫度911℃，遠低于黃銅的熔煉溫度（1150～1200℃），因而鋅易蒸發(fā)逸出，有助于驅(qū)逐氫氣和氧氣，故對薄小鑄件，可以不另加其他精煉劑，只需在銅液表層加上一定厚度的覆蓋劑（如：碎玻璃和硼砂各50％，總重占銅料重的3％左右），以防止吸入大氣中的水汽和其他氣體，最后可用或不用磷銅脫氧（P 0.04％～0.06％）。對于單件質(zhì)量為數(shù)十千克或數(shù)百千克的厚大的黃銅鑄件（壁厚>50～200mm），最好還應使用精煉劑（如：NaCl 40％+KCl 30％+NaF 10％），以利于排氣和促使雜物上浮入渣，更需用磷銅脫氧。又因為厚大的黃銅鑄件容易形成粗大的晶粒和分散的疏松小孔，所以可采用如下措施。

首先鑄件應采用鐵型，內(nèi)部刷涂料。爐內(nèi)壓入或大澆包內(nèi)沖入鈰鑭稀土合金（0.2％～0.3％）。也可沖入稀土硅鐵合金（含稀土30％左右）。沖入量為每包或每爐銅液質(zhì)量的0.1％（不可多）。據(jù)作者的經(jīng)驗，可達到細化晶粒的效果。稀土硅鐵合金中含稀土30％～40％，當含金總量0.1％時，帶入Fe 0.03％～0.04％，遠低于雜質(zhì)的限量（0.5％）。稀土元素和高熔點的Fe原子皆能使大銅件晶粒細化和組織致密，也略提高銅合金的強度、硬度（有利于銅套的耐磨性）。對于厚大的鑄件宜采用低溫澆鑄，也有利于防止粗晶和分散疏松。黃銅類鑄銅的工藝參數(shù)對其力學性能的影響見表4-11與表4-12。

二、青銅類鑄銅

青銅類鑄造銅合金因含有不同的合金元素，須采用不同的鑄造工藝，其力學性能有明顯的差異。此外不同青銅類鑄銅的熔煉工藝也有較大的差異，下面選取三種具有代表性的鑄造青銅合金的鑄造工藝進行討論，其室溫力學性能如表4-13所示。

1.鋁鐵鎳錳青銅（ZCuAl9Fe4Ni4Mn2）

要求成分范圍：Al 9.5％～11％，F(xiàn)e 3.5％～5.5％，Ni 3.5％～5.5％，Mn 0.8％～2.5％，余為Cu，對低熔點的雜質(zhì)元素限量嚴格，Pb<0.02％，Sb<0.05％，As<0.05％。鋁鐵類青銅，因含鋁最高，易氧化成Al₂O₃小粒子夾雜物，且不易上浮，故熔煉宜采用弱氧化性氣氛。又因含F(xiàn)e、Ni、Mn高，需要在1250℃下高溫熔煉。扒渣后，用復合鹽（NaCl+KCl+NaF=4:5:1，總重量占銅液的2％～3％）撒于液面上，以石墨棒攪拌后靜置20min使渣和Al₂O₃夾雜物上浮，再加熱升溫到1250℃，再扒渣。用石墨鐘罩壓入六氯乙烷（C₂Cl₆）0.4％～0.6％，進一步脫氣，最后清渣。清渣前，有必要補加鋁錠3％～5％，補鋁后攪拌均勻，然后澆鑄。

2.錫鋅鉛青銅（ZCuSn6Zn6Pb3）

要求成分范圍：Sn 5％～7％，Zn 5％～7％，Pb 2％～4％，余為Cu，對雜質(zhì)元素Al、Si、P、限量<0.05％，限Fe 0.4％。錫鋅鉛青銅（ZCuSn5Zn5Pb5，SnZnPb各4％～6％）。因錫易氧化生成SnO₂，需在爐料全熔后立即加上覆蓋劑（碎玻璃和蘇打各50％），覆蓋厚度20mm左右，升溫至1150℃，可用ZnCl₂0.3％壓入銅液內(nèi)脫氣，也可用氮氣精煉，但需事先凈化氮氣中的O₂和H₂O，較麻煩，非必要時，不用氮氣。

3.錫磷青銅（ZCuSn10P1）

要求成分范圍：Sn 9％～11.5％，P 0.5％～1.0％，余為Cu，限Al<0.01％。因磷易氧化，宜用中性氣氛，與錫鋅鉛青銅相似，為防止銅液中生成SnO₂硬粒子，影響銅合金的性能，故需用覆蓋劑（外購，或自配碎玻璃+硼砂）覆蓋銅液表面，1150℃時，可用復合鹽或六氯乙烷除氣和凈化銅液中的固態(tài)夾雜物。

三、白銅類鑄銅

具有代表性的牌號如ZCuNi30Cr2Fe1Mn1、ZCuNi20Sn4Zn5Pb4和ZCuNi30Nb1Fe1。其具體成分見表4-14。由于白銅中含很高的鎳，需在高溫熔煉（1250℃），又易生成NiO、FeO、Cr₂O₃和MnO夾雜物，而C和P對白銅都是限量很嚴的雜質(zhì)元素，一般限量分別小于0.02％和0.005％，故熔煉時不可用木炭作覆蓋劑，但可用磷銅脫氧，最好用錳銅合金脫氧，可用磷銅脫氧的原因是多余的磷可與銅液中的鐵生成Fe₃P小粒子，對白銅起到細化晶粒的作用。應選用復合鹽精煉，如：NaCl 35％+CaF 15％+冰晶石（Na₃AlF₆）50％，或以NaF代冰晶石，因冰晶石（Na₃AlF₆）于1010℃分解成3NaF和AlF逸出。不宜用六氯乙烷，可以用ZnCl₂0.3％精煉，但Zn蒸氣在空氣中氧化成ZnO，吸入人體內(nèi)可引起中毒昏迷，使用時應注意。為了細化晶粒和脫氧、脫硫，可在澆鑄之前加入稀土元素（鈰0.05％左右）。

對以上各種銅合金的熔煉時，原料必須干凈，有油污的車屑必須燒凈。通常對回爐料控制在50％以下，除特殊情況下，不采用100％碎屑重熔。

四、銅合金的堆焊技術

所謂堆焊是指用電焊或氣焊法把金屬熔化，堆在工具或機器零件上的焊接法。通常用來修復磨損和崩裂部分。銅合金常用這焊接技術。其常采用的焊絲如牌號HS222，其焊絲成分包括：錫（Sn）0.3％；鐵（Fe）0.35％～1.2％；硅（Si）0.05％～0.15％；錳（Mn）0.03％～0.09％；銅（Cu）57％～59％；鋅Zn余量。該焊絲有良好的黏著性，耐磨和耐蝕性，因Fe高，因而不適合修補之用。專用于銅軸承和其他耐蝕表面的堆焊用。

銅基合金焊接的工藝參數(shù)：焊條直徑用3.2mm，純銅焊接電流為120～140A、白銅90～100A、錫青銅110～130A、硅青銅90～130A。純銅熔化極惰性氣體保護堆焊的工藝參數(shù)：焊絲1.2mm（最粗為1.6mm）；焊接電壓30～40V；焊接電流200～300A；保護氣體Ar（氬）；氬氣流量14.2L/min。

黃銅堆焊時，為減少鋅的蒸發(fā)，宜采用熱源溫度較低的氧氣+乙炔火焰堆焊，挖去夾雜等缺陷，露出新表面，無缺陷時，堆焊前應用布擦凈表面（水分、雜物），去掉氧化層，預熱到100℃以上。各種青銅可用惰性氣體保護堆焊時，焊絲直徑1.6mm；電流280A，焊接電壓25～28V；氬氣流量14L/min。純銅堆焊時，宜用絲極或帶極埋弧堆焊，或熔化極惰性氣體保護焊，以及鎢極氬弧填絲堆焊。必要時可預熱到400℃。白銅堆焊時，如果該合金中含鐵>5％，則易裂，因此，常在該合金表面先堆焊一層純Ni，或蒙乃爾（鎳基合金）為過渡層，然后再用帶極埋弧堆焊工藝。異種銅合金堆焊常用的焊條牌號如T237和T227等。