C51000是磷青铜家族中最典型和最常用的牌号之一,属于美标ASTM B103/B139等标准规范的材料。在中国标准中,对应的牌号是 QSn6.5-0.1。
下面为您详细解析其成分、性能及应用。
C51000的主要成分是铜-锡-磷,具体范围如下:
元素 | 成分(重量百分比,%) | 作用 |
铜 (Cu) | 余量 | 基体,提供良好的导电导热性和成型性。 |
锡 (Sn) | 4.2 ~ 5.8 | 核心合金元素。显著提高强度、硬度、耐磨性和耐腐蚀性。形成固溶强化。 |
磷 (P) | 0.03 ~ 0.35 | 脱氧剂和强化元素。去除熔炼中的氧,提高铸造质量;同时能提高合金的弹性极限、疲劳强度和耐磨性。 |
铅 (Pb) | ≤ 0.05 | 杂质元素,严格控制。微量铅可能改善切削性,但过高会影响热加工性能。 |
锌 (Zn) | ≤ 0.30 | 杂质元素。 |
铁 (Fe) | ≤ 0.10 | 杂质元素。 |
其他杂质 | ≤ 0.15 | 总量不超过。 |
关键点:锡含量约5%,磷含量约0.1%,因此也得名 5%锡磷青铜。
C51000完美诠释了磷青铜“强度、弹性、耐疲劳、耐腐蚀”的综合优势。
高强度与高硬度:远高于纯铜和黄铜。通过冷加工(如轧制、拉拔)可以进一步提升其强度和硬度(抗拉强度可达600-900 MPa)。
优异的弹性性能:
弹性极限高:在弹性变形范围内能承受较大的应力而不发生永久变形。
弹性模量适中:约110 GPa,适合制造精密弹性元件。
抗疲劳性极佳:在反复弯曲、振动的工况下,不易产生疲劳断裂,这是其作为弹簧材料的核心优势。
良好的耐磨性:锡的加入提高了表面的硬度和耐磨性,适用于轴承、衬套等摩擦部件。
耐腐蚀性优良:在大气、淡水、海水以及多种酸、碱介质中,耐腐蚀性优于纯铜和大多数黄铜。特别抗应力腐蚀开裂。
导电导热性:导电率约为纯铜的15%-20%,虽然不如纯铜,但在高强高弹合金中属于较好的。导热性也较好。
无磁性:是一种重要的无磁性材料。
良好的钎焊和焊接性能:但熔焊有一定难度。
出色的冷加工性能:非常适合在常温下进行冲压、弯曲、拉伸等成型操作。但加工硬化速率较快,在深度成型或多次成型时可能需要中间退火。
热加工性一般:在650-800°C范围内可进行热加工,但温度区间较窄,控制要求高。
切削性能尚可:属于“难切削”材料,但比纯铜好。添加微量铅(如C54400)可以大幅改善切削性,但C51000本身切削性仅为易切削黄铜的20%左右。
基于以上性能,C51000广泛应用于需要高可靠性、长寿命的弹性、耐磨和导电部件:
弹性元件:
各类弹簧:电器开关触点弹簧、精密仪器仪表弹簧、手机连接器弹簧片等。
膜片、波纹管:压力仪表、传感器中的敏感元件。
电气电子连接器:
电脑、手机、汽车中的插孔、插针、端子等,兼顾良好的导电性和插拔所需的弹性。
耐磨部件:
轴承、轴套、齿轮、滑块、耐磨衬套等。
其他:
化工设备中的耐腐蚀滤网、垫片。
建筑行业的抗震支架部件。
乐器中的琴弦、簧片。
状态:常见的有退火态(O态)、1/4硬(H02)、半硬(H04)、全硬(H08)等,以满足不同强度要求。
规格:可提供带材、箔材、板材、棒材、线材和管材。
特性 | 评价 | 对比说明 |
强度与弹性 | 极优 | 是铜合金中最好的弹性材料之一,优于黄铜和纯铜。 |
耐疲劳性 | 极优 | 在动态载荷下寿命长,是弹簧的首选材料。 |
耐腐蚀性 | 优 | 优于大多数黄铜和纯铜,尤其耐海水和应力腐蚀。 |
导电性 | 中等 | 低于纯铜和铍铜,但高于不锈钢等其他弹性材料。 |
切削性 | 一般 | 若需要大量机加工,可考虑含铅的磷青铜C54400。 |
成本 | 较高 | 因含贵金属锡,成本高于黄铜和纯铜。 |
总而言之,C51000(QSn6.5-0.1)磷青铜是一种以牺牲部分导电性和成本为代价,换取卓越机械性能(尤其是弹性、抗疲劳性)和耐腐蚀性的高端铜合金。 当设计需要长期可靠、承受循环载荷的精密部件时,它是无可替代的经典材料。