閥門用銅合金材料的選用與研究(刊印修改稿)

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1、2008年第4期閥門—22—文章編號：1002-5855（2008）04-0015-08閥門用銅合金材料的選用與研究摘要介紹了銅及銅合金的基本特性及其在銅閥門中的應(yīng)用，針對閥門標準中銅合金殼體和零件的工況，論述了閥用銅合金的特性和金屬添加元素的作用，提出了閥用銅合金選擇的一般原則。關(guān)鍵詞閥門；銅合金；材料；選用中圖分類號：TH134文獻標識碼：ATheadoptionandstudyofmaterialsofvalvecopperalloyAbstract：Thepaperintroducesbasiccharacte

2、risticsofcopperandcopperalloyaswellastheirutilizationsingeneral.BasedonworkingconditionsofcopperalloyshellsandpartsinChineseandinternationalvalvestandards,itdissertatesthecharacteristicsofvalvecopperalloyandtheeffectsofmetaladdition-element;andatthesametime,itgi

3、vesthegeneralprinciplesofchoosingvalvecopperalloy.Keywords:Valve,CopperAlloy,Adoption,Material：1概述銅合金在閥門以及閥用零件上得到了廣泛應(yīng)用，其中選用較多的是錫青銅、鋁青銅、鉛黃銅以及硅黃銅。我國現(xiàn)有各類銅閥門標準約112個，其中在164個船用閥門的GB和CB中有86個是銅閥門標準，在已有的9個氣瓶閥門GB中，有8個是銅閥門標準，此外在GB、JB、QB和CJ等標準中還有近20個可選擇銅合金殼體的閥門標準。確切把握各種銅合金特

4、性，定量分析金屬添加元素的作用，合理選擇閥用銅合金，對于保證閥門具有良好的使用性能，工作壽命和較低的生產(chǎn)成本是有益的。2銅及銅合金的基本特性銅及銅合金除了具有導(dǎo)電、導(dǎo)熱和抗磁特性外，還呈現(xiàn)出耐蝕性、抑菌性、裝飾性、耐磨性、低溫性、成形性、切削性、可鍍性、密封副組裝性、經(jīng)濟性和適用性等基本特性：（1）耐蝕性銅的耐蝕性能很好，在與大氣、水等接觸時，反應(yīng)生成難溶于水的堿式硫酸銅CuSO4·3Cu(OH)2和堿式碳酸銅CuCO3·Cu(OH)2薄膜，又稱“銅綠”。這層致密的薄膜與銅基體結(jié)合牢固，能防止銅被繼續(xù)腐蝕，因此銅在大氣

5、、純凈淡水和流速緩慢的海水中都具有很強的耐蝕性。在大氣中的腐蝕速率為0.02㎜/a，在海水中的腐蝕率為0.02～0.04㎜㎜/a。但在某些介質(zhì)中銅及銅合金并不耐蝕。例如銅離子遇NH3會反應(yīng)生成藍色的銅氨絡(luò)合物，遇硫離子會生成黑色CuS沉淀物等，因此在在潮濕的大氣、含氨（或NH4+）或硫化物的介質(zhì)的大氣或水中、過熱蒸汽以及汞或汞鹽溶液中，很容易產(chǎn)生腐蝕破裂而被禁用。（2）抑菌性當溶液中銅離子的濃度超過0.002mg/L時，即可抑制細菌等微生物的生長，在水介質(zhì)中5h可以滅菌99%。其抑菌性有別于其它加工過的材料或涂層，是可

6、以長期穩(wěn)定地提供抑菌保護而不會消失，因此常用于飲用水管道及附件、食品器皿和海洋工程等。但銅合金表面的抑菌性起到的只是輔助殺菌作用，并不能夠防止交叉污染并取代標準的防感染措施。2008年第4期閥門—22—（3）裝飾性純銅通過添加合金元素，或借助化學(xué)藥品、顏料和藝術(shù)加工的綜合作用，使其表面由紫色轉(zhuǎn)為黃色、青色或白色等其它顏色或裝飾紋，有很強的裝飾性。由于銅及銅合金有很好的抗氧化性能，在大氣中于室溫下，銅氧化速度非常緩慢，因此能長期保持本色。當溫度超過130℃時，銅表面開始氧化，生成黑色的CuO，在高溫下，銅的氧化速度加快，

7、由CuO分解出致密的紅色氧化亞銅（Cu2O）和游離氧。（4）耐磨性銅合金具有優(yōu)良的減摩性和耐磨性（如青銅及部分黃銅）、良好的抗海水、抗大氣腐蝕性能，抗擦傷、塑性好，加工性能好，因而被廣泛地應(yīng)用于閥門密封副的制造。（5）低溫性一般的鋼材在低溫狀態(tài)下會出現(xiàn)低溫脆性，但銅及銅合金在低溫下塑性不變，強度則略有增強（表1），這是因為銅的金相和奧氏體不銹鋼及鋁一樣都是面心立方晶體結(jié)構(gòu)。所以在JB/T9081《空氣分離設(shè)備用低溫截止閥和節(jié)流閥》標準中，選用了同樣具有面心立方晶體結(jié)構(gòu)的銅、奧氏體不銹鋼和鋁用于閥體材料，適用介質(zhì)溫度為-

8、196～80℃。雖然銅及銅合金在耐磨耐擦傷性方面比鋁及鋁合金好，但304、316等奧氏體不銹鋼以-252℃最低使用溫度和更穩(wěn)定的低溫力學(xué)性能，使銅及銅合金一般只限于中小口徑或中低壓閥門。（6）成形性銅及銅合金的面心立方晶體結(jié)構(gòu)有12個滑移系，因此塑性變形能力強，可以在冷、熱狀態(tài)下進行各種壓力加工成形，如擠壓、軋制、沖壓及模鍛等。鑄