CN1050906A

CN1050906A - 音响铜合金

Info

Publication number: CN1050906A
Application number: CN 89107741
Authority: CN
Inventors: 王欣平; 李洁兰
Original assignee: Beijing General Research Institute for Non Ferrous Metals
Current assignee: Youyan Yijin New Material Co., Ltd.
Priority date: 1989-10-12
Filing date: 1989-10-12
Publication date: 1991-04-24
Anticipated expiration: 2004-10-12
Also published as: CN1026998C

Abstract

本发明设计了一种制造乐器用的音响铜合金，它由锡0.5-3，锌14-22，Mx0.01-0.5，其余为铜(重量％)组成。Mx为锰、镁、钛、硼、磷、稀土中的至少二种，设计的合金对铅、锑、铋等杂质元素的敏感性差，因此具有好的热加工性，合金具有时效强化效应。经处理后可以同时具有适中的弹性，良好的塑性和足够的强度、硬度。制成的号不仅音色优美、音质纯正，而且三个音域能较好地贯穿统一。

Description

本发明涉及制造乐器用的音响材料，尤其与号用铜合金有关。

铜管乐器的音色优美，在管弦乐中始终独具一格，小号的音色透彻明亮是一支重要的重奏和独奏用乐器，即使电声乐器也取代不了小号的音色和风度。要得到音色好的小号除了使用合理的制管工艺外就是要有音质优美的号用铜材。各类铜号、琴簧片等常用的音响铜合金大部分是铜-锌二元合金。即以单相黄铜为主，其中的锌含量控制在35%以下。锡青铜或高弹性铜合金、不锈钢等则被用于需要高音阶的乐器。含铅的锌白铜Cu-17Ni-18Zn或两相黄铜（Cu-40Zn）则常用于需要机加工的乐器辅助零件。美国的标定成份为Cu-18Zn-1Sn（重量%）的合金综合了低锌黄铜和低锡青铜的优点，既具有较高的弹性模量，又具有好的室温塑性。但它们共同的不足之处是对于引起热脆性的杂质元素如铅、锑、铋、氧、硫等有害气体及杂质极为敏感，杂质含量稍有偏高就导致合金难以承受热加工，在材料热轧开坯时极易产生裂边、甚至开裂报废，在铜号成型的强旋、弯管时也会产生微裂，这不仅对铜材生产、铜号的制作带来不便，而且也影响铜号的音质。为了改善材料的热加工性能必须严格控制合金的杂质含量，因此对原材料及熔铸加工工艺也必须严格控制，不宜使用边角料作为原材料，这势必增加材料的成本。

本发明的目的是要设计一种音响铜合金，用这种合金制成的号具有好的吹奏感和优美的听感。这种合金可以使用部分边角废料作为原材料，具有好的冷热加工性能和适中的弹性模量。

本发明设计的制号用音响铜合金的组成（重量%）包括：锡0.5-3，锌14-22，Mx0.01-0.5，其余为铜，其中Mx是锰、镁、钛、硼、磷、稀土中至少二种。

本发明设计的铜合金属于单相黄铜，因此其中的锌含量应控制在14-22重量%之间，为使合金保持好的室温塑性，又能提高其强度与弹性，加入的锡含量应仍能将合金控制在单相区，所以锡的加入量要控制在0.5-3重量%之间。含有锡的三元合金色泽更近于黄金色，比一般黄铜更美观，耐蚀性也有所改善。加入添加元素的作用是减少合金对杂质元素如氧、硫、铅、铋、锑等的热敏感性。这些添加元素可以作为精炼剂去除合金中的部分有害杂质而提高铸锭的致密度;又可与部分杂质形成非游离状的高熔点化合相，使合金不再会在晶界产生热脆相，因而可改善合金的热加工性能;这些添加元素还可细化合金的晶粒，防止合金在热加工与退火时晶粒粗化，也可防止在制作乐器过程中经受焊接、弯管时由于过热造成晶粒的长大，从而赋予产品均匀的微观组织，添加元素还可使合金具有一定的析出硬化效应，因此使合金的硬度、强度、塑性与弹性可同时获得适度的恢复与提高。为取得较好的综合性能，加入量控制在0.01-0.5为好。

设计的乐器用音响铜合金由于减少了对有害杂质的敏感性，因而在配料时可以加入适量普通黄铜边角料，既可降低成本又可处置废料;合金具有良好的室温塑性，软态合金的延伸率达65%以上，可承受冷加工，各向同性，能满足剪切强旋压制铜号的工艺要求。又具有极好的热加工性能，在热轧加工时可由厚45毫米的板坯顺利地轧至3-4毫米带材，大大缩短了加工周期、提高生产效率;合金具有时效强化效应，经低温处理后的合金具有理想的弹性与强度，制成的铜号音色优美、音质纯正、灵敏度高、高音明亮、中音通顺、低音宽松，三个音域能较好地贯穿统一，声音穿透力强。

附图1是为合金弹性模量随退火温度的变化曲线，其中a为本发明的合金，b为H62，c为H68。横座标为温度（℃），纵座标为弹性模量（Mpa）。

附图2为合金的加工硬化曲线，其中a为本发明的合金，b为H62，c为H68。横座标为加工率（%），纵座标为维氏硬度（Kg/mm²）。

附图3为合金的抗拉强度随变形率的变化曲线，其中a为本发明的合金，b为H62，c为H68。横座标为变型率（%），纵座标为抗拉强度（Mpa）。

附图4为合金的比例极限随变形率的变化曲线，其中a为本发明的合金，b为H62，c为H68。横座标为变形率（%），纵座标为比例极限（Mpa）。

附图5为合金的延伸率随变形率的变化曲线，其中a为本发明的合金，b为H62，c为H68。横座标为变形率（%），纵座标为延伸率（%）。

附图6为合金的比例极限随退火温度的变化规律，其中a为本发明的合金，b为H62，c为H68。横座标为温度（℃），纵座标为比例极限（Mpa）。

附图7为合金的维氏硬度Hv随退火温度的变化规律其中a为本发明的合金，b为H62，c为H68。横座标为温度（℃），纵座标为维氏硬度（Kg/mm²）。

附图8为合金的损耗因子随频率变化的关系曲线，横座标为频率（Hz），纵座标为损耗因子。

附图9为本发明合金的弹性模量随退火温度的变化曲线。

附图10为本发明合金的加工硬化曲线。

附图11为本发明合金的损耗因子随频率变化的关系曲线。

用下列非限定性实施例对本发明的实施方式和其效果作进一步的描述。

例一，用电解铜、纯锡、纯锌为原料，按锌18，锡1，其余铜配料，按普通黄铜的工艺得到厚度为23毫米的方锭，其中铅含量为0.05。铣后锭厚20毫米，加热到800℃后热轧开坯，第一道道次加工率10%，锭即开裂报废。

例二，用电解铜、纯锡、纯锌做原料，按锡0.5、锌22、余量铜（重量%）配料，另外再配以锰0.05，磷0.1、钛0.3作为添加元素，按普通黄铜的熔铸工艺得到厚度为50毫米的方锭，铁后锭的厚度为46毫米，加热到800℃后热轧开坯得到3毫米厚的板材，经酸洗、冷轧、退火、酸洗、精轧后得到所需尺寸的板材。热轧过程中无裂边现象。制成各种试样并与黄铜同时测定各种性能。

1、弹性模量

试验合金与H62，H68合金分别经30%冷变形并在150-250℃下退火后测定弹性模量，其变化曲线见图1。由曲线可见，本发明合金的弹性模量在试验温度范围内上升幅度比其他合金明显，并在250℃处有峰值。电镜观察发现除有冷轧变形产生的滑移线外，在母体基体处显示出折出质点。

2.强度和塑性

材料的加工成型性是音响乐器材料的重要指标之一，在强力旋压成型时承受的作用力更复杂，主要受到多向剪切力及压力，尤其是强旋号口时，对材料的塑性要求更高，各向异性要尽可能地小。

合金的加工硬化曲线见图2，其中a是本发明合金的，b是H62合金的，c是H68合金的，图3-图5是本发明合金的H62、H68的机械性能随变形率的变化曲线。本发明合金沿不同轧制方向的机械性能见表1。

表1

	软态		40％变形
					σbN/mm²	δ％	σbN/mm²	δ％
	沿轧制方向	300	74	566					8.2
垂直轧制方向					320.5	75	572	14

从图表中可见本发明合金虽然是低合金化元素的材料，但其强度也可通过冷作硬化获得较大幅度的提高，而且在退火状态时，还具有优异的加工塑性，直至承受30%的冷加工度时其塑性仍然优于其它合金，甚至经受40%冷加工后，其纵横方向上的塑性仍然较好，差别也较小，能较好地满足强旋压深度加工工艺的要求。

材料经20%冷变形后在不同退火温度下的比例极限、维氏硬度随退火温度的变化规律见图6、7。冷加工后的合金经低温退火后可使σ0.01及Hv有所提高。在200-250℃温度范围内，本发明的合金具有在弹性模量上升的同时，硬度值增大并保持塑性不下降的特点。

上述试验表明，本发明的合金可通过冷加工和低温退火，调整得到所需的弹性性能和机械性能。

3.合金的损耗因子

损耗因子η表示自由振动体其振幅自由衰减的幅度，它与材料的消振能力有密切的联系。小号在吹奏过程中，号身要发生弹性振动，存在弹性振动能量的部分损耗，相应地影响到弹性振动能与声能之间的转换，这种能量转换率应尽可能的高，即要求材料的损耗因子尽可能的小，对弹性波有良好的传导能力。图8为合金经20%冷加工并在250℃低温退火后损耗因子随频率变化的关系曲线，随振动频率的升高，合金的损耗因子下降。表2为本发明的合金、H62、H68合金在不同振动频率时的损耗因子，可见在某一频率下本发明合金的损耗因子低于现有合金的。

表2

	500Hz	1000Hz
			η×10^-4	η×10^-4
	S1	1.67			1.06
H62			1.98	1.17
	H68	2.17			1.46

例三，采用例二相似的原材料及工艺制得成份为表3所列的合金，合金的弹性模量随退火温度的变化曲线，加工硬化曲线及合金经20%冷加工并在250℃低温退火后的损耗因子随频率变化的关系曲线见图9-11。

表3

合金代号	Sn	Zn	Mg	Mn	RE	Ti	B	P	Zr
										S-1	0.5	22	0.05	0.05		0.15
S-2	0.5	22	0.1	0.1
										S-3	0.5	22		0.1	0.2

例四，使用H62黄铜的边角料，10%的铜-稀土中间合金，5%的铜-镁，15%铜-钛，30%铜-锰等中间合金为原料，采用例二相似的加工工艺制得各种成份的合金。杂质Pb的含量为0.05，合金的成份和测得的机械性能列于表4，其性能的变化规律与例二的合金基本相似。合金锭加热到800℃后可由厚度46毫米轧到3毫米而无裂边现象。

表4

例五，采用例四相同的原料和类似工艺，按表5所列成份配制得各种合金，合金中铅含量为0.05重量%，可以顺利承受热加工，测得的机械性能同列于表5。

例六，用例二-例五制得的材料，经强力旋压，退火、普旋制成号口，号身是由材料经弯筒对焊形成长锥体，再经号口与长锥体焊接弯管等一系列工序制成小号，在制作过程中均未发现开裂等缺陷。制成的小号经吹奏专家们鉴定，认为高音明亮，中音通顺，低音宽松三个音区能较好的贯穿统一。

表5

Claims

1、一种由铜、锡、锌组成的音响合金，其特征是：

[1]所说的合金还包括添加元素MX，所说的MX是锰、镁、钛、硼、磷、稀土中的至少二种，

[2]所说的合金的组成(重量%)为：锡0.5-3，锌14-22，MX0.01-0.5。