銅的力學性能
化學成分
高力黃銅化學式為ZCuZn24Al6Fe4Mn3 ,含銅量約65%,含鋅約為24%。鋁能提高黃銅的強度﹑硬度和耐蝕性。黃銅的室溫組織有三種:含鋅量在35%以下的黃銅,室溫下的顯微組織由單相的α固溶體組成,稱為α黃銅;
壓力加工性能
高力黃銅具有良好的塑性,能承受冷熱加工,但在鍛造等熱加工時易出現(xiàn)中溫脆性,其具體溫度范圍隨含Zn量不同而有所變化,一般在200~700℃之間。因此,熱加工時溫度應高于700℃。
力學性能
高力黃銅含鋅量不同,機械性能也不一樣,對于α黃銅,隨著含鋅量的增多,σb和δ均不斷增高。所以含鋅量超過45%的銅鋅合金無實用價值。標準的高力黃銅布氏硬度HB大于200,抗壓強度大于600MPa,延伸率大于10%。
黃銅”一詞最早見于西漢東方朔所撰的《申異經(jīng)·中荒經(jīng)》:“西北有宮,黃銅為墻,題日地皇之宮。” 這種“黃銅”指的是何種銅合金,待考。《新唐書·食貨志》又有‘青銅”、“黃銅”的稱謂,分別指礦石顏色和冶煉產(chǎn)品,并非現(xiàn)在的銅錫合金與銅鋅合金。宋人洪咨夔撰《大冶賦》中又有“其為黃銅也,坑有殊名,山多眾樸”,指的是火法煉制的純銅。
黃銅一詞專指銅鋅合金,則始于明代,其記載見于《明會典》:“嘉靖中則例,通寶錢六百萬文,合用二火黃銅四萬七千二百七十二斤……。”通過對明代銅錢成分的分析,發(fā)現(xiàn)《明會典》中所說的鑄錢種真正意義上的黃銅的出現(xiàn)較其它幾種銅合金晚很多,這是因為黃銅中金屬鋅的獲得比較困難。
氧化鋅在950℃一1000℃的高溫下才能較快地被還原成金屬鋅,而液態(tài)鋅在906℃時已經(jīng)沸騰,所以還原得到的金屬鋅以蒸氣狀存在。在冷卻時反應逆轉(zhuǎn),蒸氣鋅為爐中的二氧化碳再氧化成氧化鋅,因此要得到金屬鋅必須有特殊的冷凝裝置。這是金屬鋅的使用比銅、鉛、錫、鐵的使用晚得多的原因,也是黃銅鑄幣出現(xiàn)較晚的原因之一。
但是,在姜寨仰韶文化遺址中曾出土有含鋅量超過20%的黃銅片和黃銅管,山東膠縣三里河龍山文化的地層中也曾出土兩種黃銅錐。顯而易見,這些黃銅器物的出現(xiàn)并不是說人們在史前就掌握了黃銅的冶煉技術(shù),而是人們在利用銅鋅共生礦時無意中獲得的。
商周時期銅器的含鋅量都很低,一般在10-z數(shù)量級。西漢、新莽的錢中有板個別的銅鋅甘金錢,其中有的錢幣中鋅的含量達到7%,但是這并不能說明黃銅鑄錢產(chǎn)生于西漢新莽之際。因為這些銅鋅合金是極個別現(xiàn)象,其含鋅量又普遍較真正意義上的黃銅含鋅量15%一40%要小得多。所以我們認為這些含鋅的銅錢是漢代在“即山鑄錢”中使用銅鋅共生礦時產(chǎn)生的。據(jù)對有關(guān)礦山進行調(diào)查后發(fā)現(xiàn),山東的昌濰、煙臺、臨沂及湖北等地都有資源豐富的銅鋅共生礦,這就使冶煉后的銅含有一小部分鋅。到了唐代,由于鑄錢材料的規(guī)范化,使所鑄行的錢幣中鋅的含量均為恒量。
從約公元 1230 年起,黃銅制品在歐洲流行了約 300 年之久,因為它們比大型的雕塑品便宜得多。死于 1231
年的威爾普大主教的銅像,是人們所知的用黃銅制作的最早的銅像。鑄造黃銅制品的過程是這樣的:先把粉碎的鋅礦和木炭跟銅塊混合起來加熱,使鋅和銅結(jié)合在一起,再加熱使合金熔融,然后將銅液灌入鑄模。英國最早的黃銅器是進口的,主要是從圖爾內(nèi)進口。委托人可以從圖爾內(nèi)訂購已經(jīng)裝在漂亮的底板或大理石底座里的完整的墓碑。制作銅制墓碑的辦法,是先鑄好銅像,通常還要鑄好周圍挑棚的剪影,再把它放在預制的石板里,用刀子在銅像上面刻出人的細部。有時銅像的手和面部要使用雪花石膏或其他鑲嵌材料。銅像安全做好后,用裝在鉛栓里的暗銷固定在石頭底座上。銅像本身放在一層瀝青上。很大的銅像就分段鑄造,然后接合起來。
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