以矽為主要合金元素的一類特殊青銅。除矽以外，還加入錳、鎳、鋅 等元素。矽青銅機械性能好，耐蝕性、耐磨性、焊 接性好，容易加工，無磁性，衝擊時不產生火花， 在低溫下也不失去材料的原有特性，常用作液態氣 體和汽油儲存器、彈性元件和耐磨零件等。常用牌 號有QSi3-1、QSi1-3等。
基本介紹
- 中文名：矽青銅
- 外文名：silicon bronze
- 含矽量：1%一4%
- 其他元素：錳、鎳、鋅等
- 化學性質：抗蝕性
- 學科：冶金工程
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矽青銅介紹
以矽為主要合金元素的青銅。工業上套用的矽青銅除含矽外，還含有少量的錳、鎳、鋅或其他元素。矽在銅中呈有限固溶，在852℃時最大溶解度可達5.3%，並隨溫度降低而減小，但時效硬化效應不強，一般不進行強化熱處理。變形矽青銅含矽量為1%～4%，矽增高會出現脆性相，降低塑性。矽青銅的結晶溫度範圍較小，有足夠的流動性，力學性能較錫青銅高，在機械製造工業中可作錫青銅的代用品。
矽青銅成分
QSi3.5-3-1.5矽青銅：QSi3.5-3-1.5為含有鋅、錳、鐵等元素的矽青銅，性能同QSi3-1，但耐熱性較好，棒材、線材存放時自行開裂的傾向性較小。QSi3.5-3-1.5主要用作在高溫工作的軸套材料。
QSi3.5-3-1.5化學成分：銻（Sb）≤0.002，鐵（Fe）1.2～1.8，鎳（Ni）≤0.2，矽（Si）3.0～4.0，錫（Sn）≤0.25，鉛（Pb）≤0.03，銅（Cu）餘量，鋅（Zn）2.5～3.5，錳（Mn）0.5～0.9，磷（P）≤0.03，砷（As）≤0.002，雜質總和≤1.1%
化學性能
矽青銅棒對大氣、水氣、自然淡水、海水有很強的抗蝕性，由於其表面會形成一層緻密而堅固的氯化物膜，但它們的流速不能超過1. 5m，否則，氧化膜會遭到破壞，失去保護力。假如溫度大於60℃或水中含有CO2與氧，則侵蝕速度加快。
矽青銅棒對低濃度、溫度不高的鹼溶液有高的抗蝕性。但溫度升高或濃度增大，會導致侵蝕速度上升，含Fe2（ SO4）3的酸性水對矽青銅棒會產生強烈侵蝕，由於Fe2（ SO4）3有陰極去極化作用。鉻酸鹽、氯化鐵溶液和濃氯化鋅溶液會強烈地侵蝕矽青銅棒。乾燥的氯、澳、氟化氫、硫化氫、氯化氫、二氧化硫、氨以及四氯化碳等均不侵蝕矽青銅棒，若其中含有水氣則對矽青銅棒有侵蝕作用。乙炔、氫氧化銨、氯化銨、鉻酸、氯化鐵、硫酸鐵、汞、汞鹽、硝酸、氰化鉀、氫化鈉、重鉻酸鉀、銀鹽、氫氯化鈉、熔融硫、氰酸都會侵蝕矽青銅棒。列入中國國家標準中的變形矽青銅共2種牌號，其主要化學成分和力學性能列於表1。
表1 變形矽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 | 屈服強度/MPa | 伸長率/% | 布氏硬度/MPa | ||
QSi 3-1 | Cu-3Si-1Mn | 退火（軟態） | 350～400 | 140 | 50～60 | 800 |
冷加工（硬態）50% | 650～750 | 650 | 1～5 | 1800 | ||
QSi 1-3 | Cu-1Si-3Ni | 擠壓，熱處理 | 550 | 520 | 15 | 1300～1800 |
冷加工（硬態）50% | 600 | 520 | 8 | 1500～2000 | ||
冷加工（硬態）50% | 600 | 520 | 8 | 1500～2000 |
影響因素
在銅矽合金中加入適量的錳可改善力學性能、耐蝕性和工藝性能。常採用的是含矽3%和錳1%的矽青銅QSi3-1，高溫時為單相α固溶體，冷卻到450℃以下時，有少量化合物Mn2Si或MnSi析出，但強化效果極弱，通常是在退火或加工硬化狀態下使用。QSi3-1拉制棒材由於相變應力，在存放過程中易出現自行破裂現象，故成品應進行低溫退火，且合金矽含量宜取下限。QSi3-1矽青銅可在冷、熱態下壓力加工，力學、耐蝕、耐磨和焊接性能好，無磁，衝擊時不發生火花，在機械、化工、石油、船舶等工業部門都被廣泛套用。
鎳能提高矽青銅的力學性能和耐蝕性，且兼有良好的電導性。鎳與矽形成能固溶於銅的化合物Ni2Si，在共晶溫度（1025℃）的最大溶解度為9.0%，並隨溫度降低而減小，在室溫幾乎為零。鎳與矽的比值為4：1的銅合金在時效處理中會因Ni2Si相沉澱而強化，獲得良好的綜合性能。工業上常用的含矽1%和鎳3%的矽青銅QSi1-3，在900～950℃淬火後塑性良好，再經350～550℃時效處理1～4h，強度可提高1倍以上。這種合金的耐磨性、高溫強度較高。其電導性亦比一般高強度的銅合金為高。因此在機械工業等部門製造重要零件，也可作通訊用高強度架空線和導電極等。鉛、銻、鉍、砷、硫、磷等元素對合金有害，應嚴加控制。
