QFe2.5是一种典型的铜-铁合金,属于高导电、高强度铜合金。其名称遵循中国国家标准(GB/T 5235),其中“Q”代表“青铜”(但铁青铜属于一种特殊的青铜分类),“Fe”是铁的元素符号,“2.5”表示铁元素的名义质量百分比含量约为2.5%。
QFe2.5 的成分设计核心是在纯铜基体中添加少量的铁,并通过后续热处理形成弥散分布的富铁颗粒,从而在保持良好导电性的同时显著提高强度和耐磨性。
元素 | 名义含量 (%) | 典型控制范围 (%) | 作用 |
Fe | 2.5 | 2.0 ~ 2.5 | 核心强化元素。形成细小的铁粒子(Fe相),产生弥散强化和沉淀强化效果,大幅提高强度、硬度和耐磨性,对导电率影响相对较小。 |
P | ≤ 0.03 | ≤ 0.03 | 脱氧剂,去除铜液中的氧,防止脆性氧化亚铜生成。过量磷会严重损害导电性,故需严格控制。 |
Cu | 余量 | 余量 | 基体,提供优良的导电性和导热性。 |
杂质总量 | - | ≤ 0.3 | 包括Pb、Sn、Zn、Ni等,需严格控制以保证综合性能。 |
关键点:铁在铜中的固溶度极小(约0.1%),因此绝大部分铁以第二相粒子的形式存在,这是其强化机制的基础。
QFe2.5 以其 “高导电 + 高强度”的平衡 著称。其性能受加工状态(冷加工)和热处理状态(固溶+时效)影响很大。
性能指标 | 典型值 | 说明 |
密度 | 约 8.9 g/cm³ | 略低于纯铜。 |
电导率 | 65 ~ 75% IACS | 是纯铜的65-75%。虽然比纯铜(>100% IACS)低,但在高强度铜合金中属于非常高的水平。 |
热导率 | 约 200 - 250 W/(m·K) | 导热性能优异,适合需要散热的场合。 |
抗拉强度 | 350 - 600 MPa | 冷加工态可达500-600 MPa;时效硬化态可达450-550 MPa。 |
屈服强度 | 300 - 500 MPa | 远高于纯铜(~70 MPa)。 |
延伸率 | 6% - 15% | 强度高的状态,延伸率会相应降低。 |
硬度 | 100 - 150 HV | 显著高于纯铜。 |
软化温度 | ≥ 500°C | 高温下抗软化能力强,优于纯铜和普通黄铜/青铜。 |
耐热性 | 良好 | 在400°C以下能保持大部分强度。 |
高强度与高硬度的平衡:通过弥散强化和沉淀强化机制,获得了远高于纯铜的力学性能。
保持高导电/导热性:铁元素在铜中固溶度低,大部分形成独立相,对铜基体电子迁移的干扰较小,因此保留了大部分导电性。
优异的抗软化能力:富铁颗粒在高温下不易粗化,使材料在焊接、高温工作环境下仍能保持性能。
良好的耐磨性:硬质的铁粒子提高了材料的耐磨性能。
良好的加工性:可进行冷热加工(如轧制、拉伸),但冷加工硬化率较高,中间可能需要退火。
可热处理强化:通过固溶处理(900-950°C淬火) + 时效处理(450-550°C) 可以进一步提高强度和硬度。
基于其“强、硬、导、耐热”的综合特性,QFe2.5常用于对导电、导热、强度、耐磨和抗高温软化有综合要求的场景:
电工领域:高强度导电部件,如电机换向器、开关触桥、接触器触头、电气化铁路的接触线承力索、大功率引线框架。
焊接与切割:电阻焊电极(点焊、缝焊)、电极握杆、焊轮、等离子切割喷嘴。利用其高导电导热和抗高温软化性。
电子与通讯:微波管件、高频引线、需要散热的电子元件。
汽车工业:高强导电线束端子、大电流连接器、起动机零件。
模具与耐磨件:需要良好导热性的铸造模具、耐磨导向件。
中国: C19400(美国UNS编号)是其最直接的对应牌号,成分(Fe 2.1-2.6%, P ≤0.03%)和性能几乎一致。
国际/美国: UNS C19400(最常用), ASTM C194。
日本: JIS C1940。
总结:
QFe2.5(C19400) 是一种性能优异的弥散强化型高强度高导电铜合金。它在纯铜优越的导电导热基础上,通过铁元素的弥散强化作用,实现了强度、硬度、耐磨性和抗软化能力的数倍提升,是解决“导电与强度矛盾”的经典材料之一,在高端电工、焊接、电子和汽车行业有不可替代的地位。