锡元素对黄铜有什么作用

常用的铜合金分为黄铜、青铜、白铜3大类。以黄铜为例：

黄铜以锌作主要添加元素的铜合金，具有美观的黄色，统称黄铜。铜锌二元合金称普通黄铜或称简单黄铜。三元以上的黄铜称特殊黄铜或称复杂黄铜。含锌低於36%的黄铜合金由固溶体组成，具有良好的冷加工性能，如含锌30%的黄铜常用来制作弹壳，俗称弹壳黄铜或七三黄铜。含锌在36～42%之间的黄铜合金由和固溶体组成，其中最常用的是含锌40%的六四黄铜。为了改善普通黄铜的性能，常添加其他元素，如铝、镍、锰、锡、硅、铅等。铝能提高黄铜的强度，硬度和耐蚀性，但使塑性降低，适合作海轮冷凝管及其他耐蚀零件。锡能提高黄铜的强度和对海水的耐腐性，故称海军黄铜，用作船舶热工设备和螺旋桨等。铅能改善黄铜的切削性能；这种易切削黄铜常用作钟表零件。黄铜铸件常用来制作阀门和管道配件等。船舶常用的消防栓防爆月牙扳手，就是黄铜加铝铸造而成。

众所周知，青铜是铜与锡的合金。在青铜生产中，锡料是不可或缺的资源。然而，时至今日，考古学家只在中原地区发现有先秦铜矿开采遗址，却尚未发现锡矿开采遗址。

“中原地区先秦时期青铜冶炼所使用的锡矿石究竟来自何方？这成为冶金考古研究中的一个卡壳的问题。”北京科技大学科技史研究所李延祥教授告诉科技日报记者。

“中原找锡论”引用文献逻辑、论据遭质疑

为了探寻先秦锡料究竟来源于何处，学者们首先将目光聚焦到了中原本地，他们认为当时中原地区冶炼青铜器所用锡料是就地取材。日本人天野元之助和我国考古学家石璋如都曾利用文献资料在中原地区寻找锡矿。

天野元之助以河南安阳（殷墟所在地）为中心，按与安阳直线距离的差异将中原地区划分为不同区域，将历史文献中记录的先秦时期中原地区铜、锡矿绘制于对应的区域范围内。石璋如也采用了同样的方法，但选取范围较大，同时他认为直线距离超过500公里，运输就成问题，因此推测铜、锡矿来源可能都在黄河北岸，最远至晋南等地。

20世纪80年代初，中国地质科学院地质研究所闻广研究员进一步提倡“中原找锡论”，他认为现代中国的主要锡矿均位于商与西周疆域之外, 致使有些学者倡导锡料外来说。他发表系列文章力求通过古文献和青铜器铭文来论证商周核心区域内存在许多锡矿。

对此，考古学家童恩正从逻辑、论据等角度进行了批驳。童恩正认为，一方面，闻广的文章主要引用了汉以后的文献史料，不能证明文献中锡矿在商代已被利用；另一方面，文章用来证明中原有锡的史料经考释后，发现超过一半指示锡产地在南方，十分之一指示锡产地在燕辽地区，另外的或与锡产地无关，或并未指示产地。

1987年，中国社会科学院世界宗教研究所金正耀研究员曾对中原有锡说提出质疑。他表示，新中国成立以后有关部门曾组织过中原地区地质矿产普查工作，结果表明, 河南一带并没有锡矿，古代文献资料记载的不少锡矿似乎都是铅矿。同时，如果中原地区没有锡矿，则商代大规模铸铜所需的锡料肯定来自其他地区；反之，即使中原地区探明有新的矿床，在商代也未必已经开采，即使开采，也不能排除从其他地区输入锡料的可能。

“南方说”缺乏南方锡矿冶炼遗址证据

如果中原地区冶炼青铜器所用锡料来自其他地区，那么又有哪些地区可能是其供应地？考古学家李济、地质学史专家夏湘蓉持先秦青铜原料多来自南方的观点。李济认为，殷墟青铜“原料大约来自南方，黄河流域一带无锡矿，这是已

锡为主要合金元素的青铜。含锡量一般在3~14%之间,主要用于制作弹性元件和耐磨零件。变形锡青铜的含锡量不超过8%,有时还添加磷、铅、锌等元素。磷是良好的脱氧剂,还能改善流动和耐磨性。锡青铜中加铅可改善可切削性和耐磨性,加锌可改善铸造性能。这种合金具有较高的力学性能、减磨性能和耐蚀性,易切削加工,钎焊和焊接性能好,收缩系数小,无磁性。可用线材火焰喷涂和电弧喷涂制备青铜衬套、轴套、无磁元件等涂层。具有较高的强度、耐蚀性和优良的铸造性能,广泛应用于各工业部门中。

铜合金中各合金元素作用:

①锌(Zn):锌在合金中固溶度很大,有固溶强化作用。

②镍(Ni):提高合金的强度、韧性与抗无锌及应力腐蚀开裂能力。

③铅(Pb):增强润滑性,提高耐磨性及改善切削加工性,切屑易碎,工件表面光滑。

④铝(Al):提高耐蚀性、热稳定性及强度,但是过量(超1%-2%)时会出现脆性。

⑤锰(Mn):提高耐蚀性、热稳定性及强度,但是过量(超1%-2%)时会出现脆性。

⑥镁(Mg):微量镁使铜电导率下降,提高铜的耐高温氧化能力,也对铜有青作用。

⑦锡(Sn):抑制无锌,提高耐蚀性,特别是提高耐海水腐蚀的能力,故锡青铜有“海军青铜”之称。

⑧铜(Cu):化学稳定性好,强度大,易熔接,具有耐蚀性、可塑性、延展性,热导率和电导率都很高。

⑨铁(Fe):超过固溶度铁以富铁相颗粒存在,其熔点高,能作为晶核细化晶粒,又能阻止再结晶晶粒长大,从而提高合金的力学性能与工艺性能。

⑩硅(Si):提高强度及硬度、铸造流动性、焊接性,但是塑性有所降低,如Si、Pb同时加入可以减少摩擦因数。

黄铜是由铜和锌所组成的合金。如果只是由铜、锌组成的黄铜就叫作普通黄铜。如果是由二种以上的元素组成的多种合金就称为特殊黄铜。如由铅、锡、锰、镍、铅、铁、硅组成的铜合金。黄铜有较强的耐磨性能。特殊黄铜又叫特种黄铜，它强度高、硬度大、耐化学腐蚀性强。还有切削加工的机械性能也较突出。由黄铜所拉成的无缝铜管，质软、耐磨性能强。黄铜无缝管可用于热交换器和冷凝器、低温管路、海底运输管。制造板料、条材、棒材、管材，铸造零件等。含铜在62%～68%，塑性强，制造耐压设备等。

根据黄铜中所含合金元素种类的不同，黄铜分为普通黄铜和特殊黄铜两种。压力加工用的黄铜称为变形黄铜。

1．普通黄铜

（1）普通黄铜的室温组织 普通黄铜是铜锌二元合金，其含锌量变化范围较大，因此其室温组织也有很大不同。根据Cu－Zn二元状态图（图6），黄铜的室温组织有三种：含锌量在35%以下的黄铜，室温下的显微组织由单相的α固溶体组成，称为α黄铜；含锌量在36%～46%范围内的黄铜，室温下的显微组织由（α+β）两相组成，称为（α+β）黄铜（两相黄铜）；含锌量超过46%～50%的黄铜，室温下的显微组织仅由β相组成，称为β黄铜。

（2）压力加工性能 α单相黄铜（从H96至H65）具有良好的塑性，能承受冷热加工，但α单相黄铜在锻造等热加工时易出现中温脆性，其具体温度范围随含Zn量不同而有所变化，一般在200～700℃之间。因此，热加工时温度应高于700℃。单相α黄铜中温脆性区产生的原因主要是在Cu-Zn合金系α相区内存在着Cu3Zn和Cu9Zn两个有序化合物，在中低温加热时发生有序转变，使合金变脆；另外，合金中存在微量的铅、铋有害杂质与铜形成低熔点共晶薄膜分布在晶界上，热加工时产生晶间破裂。实践表明，加入微量的铈可以有效地消除中温脆性。

两相黄铜（从H63至H59），合金组织中除了具有塑性良好的α相外，还出现了由电子化合物CuZn为基的β固溶体。β相在高温下具有很高的塑性，而低温下的β′相（有序固溶体）性质硬脆。故（α+β）黄铜应在热态下进行锻造。

含锌量大于46%～50%的β黄铜因性能硬脆，不能进行压力加工。

（3）机械性能 黄铜中由于含锌量不同，机械性能也不一样，图7是黄铜的机械性能随含锌量不同而变化的曲线。对于α黄铜，随着含锌量的增多，σb和δ均不断增高。对于（α+β）黄铜，当含锌量增加到约为45%之前，室温强度不断提高。若再进一步增加含锌量，则由于合金组织中出现了脆性更大的r相（以Cu5Zn8化合物为基的固溶体），强度急剧降低。（α+β）黄铜的室温塑性则始终随含锌量的增加而降低。所以含锌量超过45%的铜锌合金无实用价值。

2．特殊黄铜

为了提高黄铜的耐蚀性、强度、硬度和切削性等，在铜-锌合金中加入少量（一般为1%～2%，少数达3%～4%，极个别的达5%～6%）锡、铝、锰、铁、硅、镍、铅等元素，构成三元、四元、甚至五元合金，即为复杂黄铜，亦称特殊黄铜。

（1）锌当量系数 复杂黄铜的组织，可根据黄铜中加入元素的“锌当量系数”来推算。因为在铜锌合金中加入少量其他合金元素，通常只是使Cu-Zn状态图中的α/（α+β）相区向左或向右移动。所以特殊黄铜的组织，通常相当于普通黄铜中增加或减少了锌含量的组织。例如，在Cu-Zn合金中加入1%硅后的组织，即相当于在Cu-Zn合金中增加10%锌的合金组织。所以硅的“锌当量”为10。硅的“锌当量系数”最大，使Cu-Zn系中的α/（α+β）相界显著移向铜侧，即强烈缩小α相区。镍的“锌当量系数”为负值，即扩大α相区。

（2）特殊黄铜的性能 特殊黄铜中的α相及β相是多元复杂固溶体，其强化效果较大，而普通黄铜中的α及β相是简单的Cu-Zn固溶体，其强化效果较低。虽然锌当量相当，多元固溶体与简单二元固溶体的性质是不一样的。所以，少量多元强化是提高合金性能的一种途径。

（3）几种常用的特殊变形黄铜的组织和压力加工性能

铅黄铜：铅实际不溶于黄铜内，呈游离质点状态分布在晶界上。铅黄铜按其组织有α和（α+β）两种。α铅黄铜由于铅的有害作用较大，高温塑性很低，故只能进行冷变形或热挤压。（α+β）铅黄铜在高温下具有较好的塑性，可进行锻造。

锡黄铜：黄铜中加入锡，可明显提高合金的耐热性，特别是提高抗海水腐蚀的能力，故锡黄铜有“海军黄铜”之称。

锡能溶入铜基固溶体中，起固溶强化作用。但是随着含锡量的增加，合金中会出现脆性的r相（CuZnSn化合物），不利于合金的塑性变形，故锡黄铜的含锡量一般在0.5%～1.5%范围内。

常用的锡黄铜有HSn70-1，HSn62-1，HSn60-1等。前者是α合金，具有较高的塑性，可进行冷、热压力加工。后两种牌号的合金具有（α+β）两相组织，并常出现少量的r相，室温塑性不高，只能在热态下变形。

锰黄铜：锰在固态黄铜中有较大的溶解度。黄铜中加入1%～4%的锰，可显著提高合金的强度和耐蚀性，而不降低其塑性。

锰黄铜具有（α+β）组织，常用的有HMn58-2，冷、热态下的压力加工性能相当好。

铁黄铜：铁黄铜中，铁以富铁相的微粒析出，作为晶核而细化晶粒，并能阻止再结晶晶粒长大，从而提高合金的机械性能和工艺性能。铁黄铜中的铁含量通常在1.5%以下，其组织为（α+β），具有高的强度和韧性，高温下塑性很好，冷态下也可变形。常用的牌号为Hfe59-1-1。

镍黄铜：镍与铜能形成连续固溶体，显著扩大α相区。黄铜中加入镍可显著提高黄铜在大气和海水中的耐蚀性。镍还能提高黄铜的再结晶温度，促使形成更细的晶粒。

HNi65-5镍黄铜具有单相的α组织，室温下具有很好的塑性，也可在热态下变形，但是对杂质铅的含量必须严格控制，否制会严重恶化合金的热加工性能。

我国最早用黄铜铸钱开始于明嘉靖年间。 “黄铜”一词最早见于西汉东方朔所撰的(((}申异经·中荒经》:“西北有宫，黄铜为墙，题日地皇之宫。”这种“黄铜”指的是何种铜合金，待考。《新唐书·食货志》又有‘青铜”、“黄铜”的称谓，分别指矿石颜色和冶炼产品，并非现在的铜锡合金与铜锌合金。宋人洪咨夔撰《大冶赋》中又有“其为黄铜也，坑有殊名，山多众朴”，指的是火法炼制的纯铜。黄铜一词专指铜锌合金，则始于明代，其记载见于《明会典》:“嘉靖中则例，通宝钱六百万文，合用二火黄铜四万七千二百七十二斤……。”通过对明代铜钱成分的分析，发现《明会典》中所说的铸钱种真正意义上的黄铜的出现较其它几种铜合金晚很多，这是因为黄铜中金属锌的获得比较困难。氧化锌在950℃一1000℃的高温下才能较快地被还原成金属锌，而液态锌在906℃时已经沸腾，所以还原得到的金属锌以蒸气状存在。在冷却时反应逆转，蒸气锌为炉中的二氧化碳再氧化成氧化锌，因此要得到金属锌必须有特殊的冷凝装置。这是金属锌的使用比铜、铅、锡、铁的使用晚得多的原因，也是黄铜铸币出现较晚的原因之一。但是，在姜寨仰韶文化遗址中曾出土有含锌量超过20%的黄铜片和黄铜管，山东胶县三里河龙山文化的地层中也曾出土两种黄铜锥。显而易见，这些黄铜器物的出现并不是说人们在史前就掌握了黄铜的冶炼技术，而是人们在利用铜锌共生矿时无意中获得的。商周时期铜器的含锌量都很低，一般在10-z数量级。西汉、新莽的钱中有板个别的铜锌甘金钱，其中有的钱币中锌的含量达到7%，但是这并不能说明黄铜铸钱产生于西汉新莽之际。因为这些铜锌合金是极个别现象，其含锌量又普遍较真正意义上的黄铜含锌量15%一40%要小得多。所以我们认为这些含锌的铜钱是汉代在“即山铸钱”中使用铜锌共生矿时产生的。据对有关矿山进行调查后发现，山东的昌潍、烟台、临沂及湖北等地都有资源丰富的铜锌共生矿，这就使冶炼后的铜含有一小部分锌。到了唐代，由于铸钱材料的规范化，使所铸行的钱币中锌的含量均为恒量。

黄铜加锡 称之为锡黄铜

锡黄铜和锡青铜的区别

锡黄铜为含锡在0.7%~1.5%的低锡，主要为改善材质之用，本质为黄铜，主要元素是铜和锌

锡青铜为铜和锡合金 含锡根据材料要求，目前我国主要由含锡4%，6.5%，8%和10%的等4种锡青铜，其余为铜含量

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锡，金属元素，一种略带蓝色的白色光泽的低熔点金属元素，在化合物内是二价或四价，不会被空气氧化，主要以二氧化物（锡石）和各种硫化物（例如硫锡石）的形式存在。元素符号Sn。锡是大名鼎鼎的“五金”——金、银、铜、铁、锡之一。早在远古时代，人们便发现并使用锡了。在我国的一些古墓中，便常发掘到一些锡壶、锡烛台之类锡器。据考证，我国周朝时，锡器的使用已十分普遍了。在埃及的古墓中，也发现有锡制的日常用品。

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