黄铜

虽然这些早期的金属工人能认出锌矿石和锡矿石的区别，但他们仍然不明白锌是一种金属。直到 1746 年，一位名叫 Andreas Sigismund Marggraf (1709-1782) 的德国科学家才发现了锌并确定了其特性。 1781年，将金属铜和锌结合制成黄铜的工艺在英国获得专利。

第一个用于枪械的金属弹壳于 1852 年推出。 尽管尝试了几种不同的金属，但黄铜是最成功的，因为它在弹壳首次发射时能够在压力下膨胀和密封后膛，然后立即收缩以允许空弹弹壳要从枪支中取出。这种特性导致了速射自动武器的发展。

原材料

黄铜的主要成分是铜。根据黄铜的类型及其预期用途，铜的含量在 55% 到 95%（重量）之间变化。含有高比例铜的黄铜由电精炼铜制成，纯度至少为 99.3%，以尽量减少其他材料的用量。铜含量较低的黄铜也可以由电精炼铜制成，但更常见的是由较便宜的回收铜合金废料制成。当使用回收废料时，必须知道废料中铜和其他材料的百分比，以便制造商可以调整要添加的材料量，以获得所需的黄铜成分。

黄铜的第二个成分是锌。根据黄铜的类型，锌的含量在 5% 到 40%（重量）之间变化。 6rass 生产中典型制造步骤的示意图。锌含量较高的黄铜强度更高、硬度更高，但它们也更难成型且耐腐蚀性较差。用于制造黄铜的锌是一种商业等级，有时也称为 spelter。

一些黄铜还含有少量其他材料以改善某些特性。最多可添加 3.8%（重量）的铅以改善机械加工性。锡的添加提高了耐腐蚀性。铁使黄铜变硬并使内部晶粒结构更小，因此金属可以在称为锻造的过程中通过反复冲击成型。砷和锑有时会添加到含有超过 20% 锌的黄铜中，以抑制腐蚀。其他可能少量使用的材料包括锰、 硅、 和磷。

设计

各种黄铜的传统名称通常反映材料的颜色或预期用途。例如，红黄铜含有 15% 的锌并呈微红色，而黄铜含有 35% 的锌且呈微黄色。弹药筒黄铜含有 30% 的锌，用于制造枪支弹药筒。海军黄铜的锌含量高达 39.7%，可用于船舶的各种应用。

不幸的是，在传统的黄铜名称中散布着许多用词不当。含 10% 锌的黄铜被称为商业青铜，即使它不含任何锡，也不是青铜。含 40% 锌和 3.8% 铅的黄铜被称为建筑青铜，尽管它实际上是含铅黄铜。

由于这些有时令人困惑的名称，美国的黄铜现在由金属和合金的统一编号系统指定。该系统使用一个字母——在这种情况下，字母“C”代表铜，因为黄铜是一种铜合金——后跟五位数字。化学成分使其适合通过机械方法（例如轧制或锻造）制成最终产品的黄铜称为锻制黄铜，其名称的第一位数字是 I 至 7。通过将熔融金属倒入模具中形成最终产品的称为铸铜，其名称的第一位数字是 8 或 9。

制造过程

用于生产黄铜的制造过程包括将适当的原材料混合成熔融金属，使其凝固。然后通过一系列精心控制的操作改变固化金属的形状和特性，以生产所需的黄铜原料。

黄铜原料有多种形式，包括板、片、带、箔、棒、棒、线和坯料，具体取决于最终应用。例如，黄铜螺钉是从一定长度的杆上切割下来的。一些汽车散热器中使用的锯齿形散热片是由条带弯曲而成的。管道和管子是通过挤压或挤压热黄铜的矩形坯料通过一个称为模具的成形开口形成长的空心圆柱体而形成的。

板、片、带、箔的区别在于材料的整体尺寸和厚度。板是一块大而扁平的矩形黄铜，厚度大于约 0.2 英寸（5 毫米）——就像建筑施工中使用的一块胶合板。片材通常与板材具有相同的整体尺寸，但更薄。条带是由切成细长片的薄片制成。箔就像条带，只是更薄。一些黄铜箔可以薄至 0.0005 英寸（0.013 毫米）。

实际的制造过程取决于黄铜原料的所需形状和特性，以及不同黄铜工厂使用的特定机械和实践。这是用于生产黄铜板和黄铜带的典型制造工艺。

融化

• 1 称取适量合适的铜合金废料并将其转移到电炉中，在大约 1,920°F (1,050°C) 下熔化。调整废合金中锌的用量后，待铜熔化后加入​​适量的锌。可以添加少量额外的锌，约占所需锌总量的 50%，以补偿在熔化操作期间蒸发的任何锌。如果特定黄铜配方需要任何其他材料，如果它们不存在于废铜中，也会添加它们。
• 2 将熔融金属倒入约 8 英寸 x 18 英寸 x 10 英尺（20 厘米 x 46 厘米 x 3 米）的模具中，使其凝固成称为饼块的板坯。在某些操作中，熔化和浇注是半连续进行的，以生产很长的板坯。
• 3 当蛋糕冷却到可以移动时，将它们从模具中倾倒出来并移动到滚动区并存放它们。

热轧

• 4 将蛋糕放入炉中并重新加热直至达到所需温度。温度取决于黄铜原料的最终形状和特性。
• 5 然后将加热的滤饼送入一系列相对的钢辊，这些钢辊逐步将黄铜的厚度减小到约 0.5 英寸（13 毫米）或更小。同时，黄铜的宽度增加。这个过程有时被称为击穿轧制。
• 6 现在温度要低得多的黄铜通过一台称为剥头皮机的铣床。这台机器从黄铜的外表面上切下一层薄薄的一层，以去除由于热金属暴露在空气中而可能在表面形成的任何氧化物。

退火和冷轧

• 7 由于黄铜是热轧的，它变得越来越难加工。它还失去了延展性或进一步拉伸的能力。在进一步轧制黄铜之前，必须先将其加热以减轻其硬度并使其更具延展性。这个过程称为退火。退火温度和时间根据黄铜成分和所需性能而变化。较大的热轧黄铜块可以放入密封炉中，并分批退火在一起。较小的零件可以放置在金属带式输送机上，并连续送入每端具有气密密封的炉子。在这两种方法中，炉内的气氛都充满了中性气体，如氮气，以防止黄铜与氧气反应并在其表面形成不需要的氧化物。
• 8 然后将经过退火的黄铜片送入另一系列辊子，以进一步将其厚度减小至约 0.1 英寸（2.5 毫米）。这个过程称为冷轧，因为黄铜的温度远低于热轧时的温度。冷轧使黄铜的内部结构或纹理变形，并增加其强度和硬度。厚度减少得越多，材料变得越坚固和坚硬。冷轧机旨在最大限度地减少轧辊宽度上的偏转，以生产厚度接近均匀的黄铜板。
• 9 步骤 7 和 8 可以重复多次，以达到所需的厚度、强度和硬度。在一些工厂中，黄铜片连接在一起形成一个长而连续的片材，并通过一系列以垂直蛇形图案排列的退火炉和轧机送入。
• 10 此时，可以将宽板切割成更窄的部分以生产黄铜带。然后可以对条带进行酸浴并冲洗以清洁它。

精轧

• 11 可以对板材进行最终冷轧，以收紧厚度公差或产生非常光滑的表面光洁度。然后根据其厚度和预期用途将它们切割成一定尺寸、堆叠或盘绕，然后送到仓库进行分配。
• 12 钢带也可以在被定长切割、成卷并送到仓库之前进行最后的精轧。

质量控制

在生产过程中，黄铜需要不断地评估和控制用于形成特定黄铜原料的材料和工艺。在熔化前检查和调整原材料的化学成分。加热和冷却时间和温度被指定和监控。在每一步测量片材和带材的厚度。最后，对成品样品进行硬度、强度、尺寸和其他因素测试，以确保它们符合要求的规格。

未来

黄铜兼具强度、耐腐蚀性和可成形性，在可预见的未来将继续使其成为许多应用的有用材料。黄铜还具有优于其他材料的优势，因为大多数由黄铜制成的产品都可以回收或再利用，而不是被丢弃在垃圾填埋场中，这将有助于确保持续供应多年。