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QSi3-1(硅青铜)

发布:sonhooalloy 浏览:6561次

QSi3-1 是中国牌号(GB/T 5231),它是一种中等强度、高耐磨性和优良耐蚀性的铜合金。其名称“QSi3-1”的含义是:Q(青铜)Si(主加元素为硅)3(硅的平均含量约3%)-1(其他重要元素,这里是锰,含量约1%)


一、化学成分(GB/T 5231-2012)

主要成分范围如下(重量百分比,wt%):

元素

含量 (wt%)

主要作用

铜 (Cu)

余量

基体,提供导电、导热和塑性基础。

硅 (Si)

2.7 ~ 3.5

核心合金元素。显著提高强度、硬度和弹性,改善铸造和焊接性能,提高耐蚀性(尤其是抗应力腐蚀)。

锰 (Mn)

1.0 ~ 1.5

关键强化元素。与硅协同作用,进一步提高强度、硬度、耐磨性和热稳定性。细化晶粒,改善热加工性能。

锌 (Zn)

≤ 0.2

杂质,严格控制。

铅 (Pb)

≤ 0.03

杂质,严格控制(有害于热加工性)。

铁 (Fe)

≤ 0.3

杂质,少量存在可提高强度,但过多影响塑性。

镍 (Ni)

≤ 0.2

杂质。

杂质总和

≤ 0.5

-

核心要点:它是一种 Cu-Si-Mn 三元合金,不含锡或铝,因此有时也称为 硅锰青铜


二、主要性能特点

QSi3-1 综合了良好的机械性能、物理性能和化学性能,是其被广泛应用的原因。

1.机械性能

  • 强度与硬度:属于中高强度铜合金。抗拉强度通常在 ≥ 345 MPa(软态)到 ≥ 690 MPa(硬态)之间,远高于纯铜和黄铜,接近或部分超过锡磷青铜(QSn6.5-0.1)。

  • 塑性与弹性:具有良好的塑性,可以进行冷、热加工。弹性模量较高(约110 GPa),且抗应力松弛性能极佳,即在长期受力下,其弹性衰减很小,这是它作为弹簧材料的核心优势。

  • 耐磨性:非常出色。硅和锰的加入形成了硬质相,使其在干摩擦和润滑条件下都具有良好的抗磨损能力,是优秀的耐磨材料。

2.物理性能

  • 导电导热性:约为纯铜的 5-10%,低于纯铜和黄铜,但高于不锈钢等其他结构材料。

  • 无磁性:和大多数铜合金一样,具有抗磁性。

  • 低温性能:在低温下仍能保持良好的强度和塑性,不脆化。

  • 密度:约 8.4 g/cm³,比钢轻。

3.化学性能(耐蚀性)

  • 总体耐蚀性优秀:在大气、淡水、海水以及多数非氧化性酸、盐溶液中的耐蚀性优于纯铜和黄铜,接近或相当于锡青铜。

  • 抗应力腐蚀开裂(SCC)能力极强:这是其突出优点。在含氨等易引起应力腐蚀的介质中表现非常稳定,特别适合制造在腐蚀环境下工作的弹性元件。

  • 焊接性良好:可采用钎焊、熔焊(氩弧焊)等多种方式焊接,焊缝强度高。

  • 不可热处理强化:主要通过冷加工变形(如轧制、拉拔)来强化。


三、典型应用领域

凭借其“强度+弹性+耐磨+耐蚀”的综合性能,QSi3-1 被用于许多关键部件:

  1. 弹簧与弹性元件最重要的应用领域。用于制造仪器仪表、精密机械中的片簧、螺旋簧、簧片、膜片等,尤其是在腐蚀性工作环境中。

  2. 耐磨零件:轴承、轴套、齿轮、蜗轮、导向衬套、机床附件等。

  3. 船舶与海洋工程:海水管道系统配件、泵阀零件、抗海水腐蚀的紧固件等。

  4. 化工与石化:耐腐蚀的过滤器、筛网、泵部件等。

  5. 其他:电气接插件、焊接电极头、热交换器管等。


四、常见对比与注意事项

  • vs. 锡磷青铜 (QSn6.5-0.1等)

    • QSi3-1 的强度、弹性、耐磨性相当或略优。

    • 成本更低(不含昂贵的锡)。

    • 抗应力腐蚀性更好

    • 导电性和塑性略低于锡青铜。

    • 在许多领域,QSi3-1 是替代锡青铜的理想经济选择。

  • vs. 铝青铜 (QAl9-4等)

    • 铝青铜的强度和耐磨性更高,但弹性模量和抗应力松弛性不如QSi3-1。

    • QSi3-1 的冷加工性能更好,更易于制成复杂的薄壁弹性件。

  • vs. 黄铜 (H62, HSn70-1等)

    • 强度、硬度、耐磨性、耐蚀性(尤其是抗脱锌腐蚀)全面优于普通黄铜。

    • 价格高于黄铜。

注意事项

  • “青铜”之名:它属于“特殊青铜”(或称“无锡青铜”),与传统含锡的锡青铜不同,性能上也有差异,采购时需明确牌号。

  • 加工状态:其性能(强度、硬度、延伸率)与供应状态(软态、硬态、特硬态)密切相关,设计选材时需注明。

总结

QSi3-1 硅青铜是一种性能均衡、性价比高的高性能铜合金。 它的核心优势在于兼具良好的强度、优异的弹性(抗松弛)、出色的耐磨和耐腐蚀性,尤其适合制造在腐蚀、磨损及弹性工况下工作的关键零件,是机械、船舶、化工和仪表工业中重要的工程材料。



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