铜合金螺旋桨成分设计与机械性能

中国船级社《材料与焊接规范》把铜合金螺旋桨分为4个级别。

分体浇铸的吉尔试件的机械性能仅仅作为一个统一的判定标准来代表每炉铜合金的性能，它并不是铸件本体的性能。通常，铸件本体的机械性能要比分体吉尔试件的机械性能低30%。

工厂如果在炉前进行桶样分析，应注意个别易烧损元素（如Al、Zn）尤其是黄铜合金（包括中国船级社规范中的一、二级铜合金）中的Zn元素，因为在从出炉到浇铸的过程中可能存在较大烧损，所以应采取措施以确定其终成分。

铜合金金相组织对性能的影响

Cu1和Cu2型合金的螺旋桨产品应逐个浇包取样并进行金相检验，测定α相的比例。试样可由拉伸试样的一端截取，其显微组织是两相结构，即较硬的β相（以电子化合物CuZn为基的固溶体，具有体心立方晶格）基体中分布着较软的、韧性好的α相粒子（Zn在铜中的固溶体，具有面心立方晶格），这两相组织的相互比例影响着材料的机械性能。β相的含量增高，会导致材料的抗拉强度增高，硬度增高，韧性降低。在海水中，β相对应力腐蚀开裂十分敏感。因此，β相应保持低含量，以保证足够的冷加工塑性和耐腐蚀疲劳性能。

经验表明，锰青铜螺旋桨中的α相含量约为40%时，其抗拉强度、韧性、腐蚀疲劳强度特性为佳。α相含量小于25%的铜合金，在焊补修复的周围区域，具有应力腐蚀开裂敏感性。为保证足够的韧性，由5个不同视野测出的α相组织的平均值应不低于25%。

为满足高强度黄铜螺旋桨金相组织中β相应保持低含量的要求，在铜合金成分设计时可以利用锌当量计算来近似评价组织中的β相所占比例。锌含量是指含1%的合金元素相当于锌的百分比的作用。锌含量不应超过45%，当α相的比例达到或超过25%时，可不考虑锌含量的要求。

锰青铜（Cu1）和镍锰青铜（Cu2）二者对应力腐蚀具有敏感性，当桨叶边缘局部加热至300℃以上时，受热区的两边冷却至常温过程，会产生较高的应力，从加热温度快速冷却会导致α和β相的不理想分布。这种情况下的螺旋桨在海水中易产生应力腐蚀裂纹。因此，常会看到局部加热修复的区域自边缘向区域内延伸的裂纹，这种形式的裂纹可在浸入海水后3个月内产生，但若应力较低，则需1年或更长的时间才能表现出来，由于缓慢冷却会给α相的形成以充足的时间，所以控制冷却速度可以有效地解决此问题。因此，对这两种材质，无论是预热还是应力消除操作，都必须慎重选择合适的加热程序，这意味着加热应是缓慢的，以便热量能完全扩散。如果要使应力扩散到桨叶的大部分区域（包括修复部分），则应将桨叶缓慢均匀地加热至350℃以上，然后，桨叶用绝热毯覆盖.镍铝青铜合金（Cu3）的应力腐蚀断裂敏感性小，腐蚀疲劳强度高，但Cu3合金在200~400℃之间易于出现脆裂，如果要求进行去应力热处理，则加热温度至少应在450℃以上。