QAl10-5-5 铜合金。这是一种非常重要的铝青铜,以其优异的综合性能而闻名。
首先,请注意牌号表示方法:
旧牌号(GB/T 5231-1985等):QA110-5-5 或 QAl10-5-5。其中 Q 表示“青铜”,Al 是主加元素“铝”,数字依次表示铝、铁、锰的含量约数。
新牌号(现行标准 GB/T 5231-2012):对应为 CuAl10Fe5Mn5。这种命名方式更国际化,直接显示了主要合金元素及其平均含量。
这是多元高强度铝青铜的典型成分,各元素作用明确:
元素 | 含量范围(约,wt%) | 主要作用 |
铜 (Cu) | 余量 (通常 >78%) | 基体金属,提供基础的导电、导热性和塑性。 |
铝 (Al) | 9.0 ~ 11.0% | 核心合金元素。显著提高强度、硬度、耐蚀性(尤其是抗“脱锌腐蚀”)和耐磨性。含量是达到高强度性能的关键。 |
铁 (Fe) | 4.0 ~ 6.0% | 关键强化元素。细化铸造和再结晶晶粒,提高强度、硬度和耐磨性。过高的铁会降低耐蚀性,因此含量需精确控制。 |
锰 (Mn) | 4.0 ~ 6.0% | 稳定组织、提高性能均匀性。能提高固溶强化效果,改善热加工性能,并使合金的性能对冷却速度不敏感,确保厚大截面性能一致。 |
镍 (Ni) | ≤ 0.5% (可能微量添加) | 进一步提高强度、耐蚀性和热稳定性。 |
杂质 | ≤ 1.0% (如 Pb, Si, P 等) | 严格控制,以免对热加工性和力学性能产生不利影响。 |
QAl10-5-5 被誉为“高强度、高耐磨铝青铜”,其性能非常突出:
极高的力学性能:
高强度:抗拉强度可达 ≥ 690 MPa 以上,甚至通过热处理可超过 900 MPa,是普通黄铜和锡青铜的2-3倍。
高硬度:布氏硬度通常在 HB 160 ~ 220 范围内,耐磨性极佳。
良好的韧性:在具有如此高强度的情况下,仍保持一定的塑性和冲击韧性,不是脆性材料。
卓越的耐磨性和抗咬合性:
其摩擦系数低,与钢配对时不易发生“咬死”或“胶合”现象,是制造重载轴承、齿轮、蜗轮、导向套的理想材料。
优异的耐腐蚀性:
表面能形成致密的氧化铝(Al₂O₃)保护膜。
特别耐海水、硫酸、有机酸等介质的腐蚀,耐蚀性远优于大多数铜合金和碳钢,接近不锈钢。
抗空蚀和冲蚀性能也很好。
良好的高温性能与抗疲劳性:
在 400°C 以下能保持较高的强度和硬度,热稳定性好。
疲劳强度高,适合制作承受交变载荷的零件。
其他物理性能:
无磁性:适用于需要防磁的设备。
撞击时不产生火花:是制造防爆工具(如锤、扳手)和在易燃易爆环境(如油气、化工)中使用设备的關鍵材料。
导热导电性:比纯铜差,但仍优于钢铁材料。
工艺性能:
铸造性能良好:流动性好,收缩率低,适合铸造形状复杂、致密度要求高的铸件。
切削加工性较差:硬度高、韧性好,导致其切削难度较大,属于“难加工材料”,需要合适的刀具和工艺。
焊接和热加工有一定难度,需要专用工艺。
基于以上性能,QAl10-5-5 被广泛应用于对强度、耐磨、耐蚀有苛刻要求的领域:
船舶工业:螺旋桨、桨叶、船用泵阀、舵轴承、海水管路配件。
航空航天:高负荷齿轮、轴承衬套、起落架零件。
重型机械:大型轧机轴承、矿山机械的耐磨衬板、齿轮、蜗轮。
化工与海洋工程:泵、阀、法兰、紧固件等耐腐蚀部件。
防爆安全:特种工具(凿子、扳手)、设备零件。
模具工业:用于制造玻璃模具、压铸模具镶块等。
QAl10-5-5(CuAl10Fe5Mn5)是一种以铝、铁、锰为主要合金元素的高强度铝青铜。它完美地结合了极高的强度与硬度、卓越的耐磨和抗咬合性能、以及出色的耐腐蚀性(尤其耐海水腐蚀),同时具备无磁性、冲击无火花等特殊物理性能。虽然加工性稍差,但其综合性能使其成为在恶劣工况(重载、腐蚀、防爆)下不可替代的关键工程材料。
在选材时,如果遇到需要同时满足高负荷、耐磨损、耐腐蚀的工况,QAl10-5-5 是一个非常经典且可靠的选择。