- 模具鑲嵌用銅開發(fā)案
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《模具鑲嵌用銅開發(fā)案》
參考資料:
The science and Engineering of materials, Accord edition PWS-KENT publishing Company 出版,DONALD R.ASKELAND
機(jī)械材料,金重勳著,從文書局出版。
科技用書機(jī)械材料，王木琴編著，臺(tái)灣從文興業(yè)股份有限公司出版。
金屬材料手冊(cè)，黃俊琦編譯，機(jī)械技術(shù)出版社。一、問題：
現(xiàn)有高鈹銅（QBe2）由于部分產(chǎn)品須達(dá)到硬度36HRC以上，造成配方中含鈹量高達(dá)2.0%，其不利因素有：a.制程上加工難度加大 b.原料成本增加
在冶煉過程，因鈹蒸汽具有劇毒，另外，坯錠使用無(wú)流澆鑄法，對(duì)于品質(zhì)的穩(wěn)定性，仍有待進(jìn)一步探討。
目的：
為滿足低成本、無(wú)毒性問題，開發(fā)低成本的可替代元素原料。可參考一些歐洲國(guó)家采用鎳青銅或鋁青銅替代。
須滿足模具鑲嵌用銅的主要市場(chǎng)指標(biāo)。
軟態(tài)高鈹銅：a.硬度：26—30HRC（耐磨性）
b.熱導(dǎo)率105w/(m.k) 200C (電導(dǎo)率18%IACS成比例)
試驗(yàn)：
含碳量0.1-1.0%的銅材，可經(jīng)淬火得到麻田散鐵系（Martindale），具高強(qiáng)度。亦可經(jīng)回火而得到適當(dāng)強(qiáng)度、韌性、延性而銅需避免C的存在，此法唯忽略。
經(jīng)由浙江大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)系教授指導(dǎo)研發(fā)的高強(qiáng)度高熱穩(wěn)定性銅基合金，已申請(qǐng)國(guó)家專利，實(shí)驗(yàn)過程與數(shù)據(jù)如附件。其選擇為鎳青銅分類作為研究方向。
設(shè)計(jì)研究：
鈹青銅以其機(jī)械強(qiáng)度見稱于也，可與合金銅比美，雖于析出硬化系（precipitation hardening），是沃斯田系（austenite）的改良型。硬度經(jīng)二次時(shí)效可達(dá)42HRC。
考慮其析出物的原理，在于針對(duì)差排（Dislocation）現(xiàn)象的阻礙作用，因此重點(diǎn)在關(guān)注金屬間化合物（Intermetallic compounds）的生成，進(jìn)而達(dá)成高熔點(diǎn)，硬度增加，抗氧化、抗拉強(qiáng)度提高的效果。但須注意鍛造（forging）時(shí)，對(duì)差排爬生（Dislocation Climb）現(xiàn)象引起潛變（Creep），進(jìn)而造成rapture（破裂）。
鑒于W、Mo、Cr、Mn高熔點(diǎn)元素溶入固溶體，也會(huì)阻礙差排擴(kuò)散過程，增加原子結(jié)合力，提高基體再結(jié)晶度，進(jìn)而提高合金的高溫強(qiáng)度。
現(xiàn)實(shí)驗(yàn)方向?yàn)殒嚽嚆~（nickel bronze），Cu和Ni可在任何比例互相熔合成固容體，Ni可增進(jìn)流動(dòng)性，對(duì)鑄造性有利；亦有微化晶粒功用，有助于強(qiáng)度，但因Cu-Ni合金的強(qiáng)度、彈性限和硬度較低，雖于沃斯田系銅合金，尤其在高溫時(shí)為然，熱處理也不能改變機(jī)械性質(zhì)。再加適量的Si，作成時(shí)效硬化系（age hardening）。另外，在工業(yè)上，含矽量在α固溶體（面心立方）的范圍內(nèi)（1-3.5%Si），其強(qiáng)度和耐熱性提高，卻又不致使導(dǎo)電度減低太多。
結(jié)果分析：
浙大的實(shí)驗(yàn)樣品，綜合指標(biāo)不錯(cuò)，唯獨(dú)硬度仍有不足，雖然金屬間化合物Ni2Si反應(yīng)不完全。
方案建議：
1.有鑒于硬度不足，考慮Ni2Si析出物作用在于提高硬度，兩元素須完全反應(yīng)以保證作用 完全發(fā)揮，不必過于顧慮偏析（segregation）
WNi /58.69 : WSi /28.09 =2:1 WNi :WSi = 4.1787 :1
冶煉配重過磅，須注意重量比例，矽量不可過多。
2.冶煉配料須知：
Cr:因含Cr量少，不必?fù)?dān)心包晶成長(zhǎng)現(xiàn)象，在七分滿時(shí)加入，約剩下七成，余者揮發(fā)。
Fe、Ni:皆為ⅧB鐵族元素，雖于穩(wěn)態(tài)元素，穩(wěn)定性高，在開始下電解銅時(shí)便可投入中間合金。
Si、Mg:雖于活潑元素，在高溫時(shí)劇烈燃燒揮發(fā)損耗其損耗重須額外加入；在保溫期間，即約出爐前5分鐘投料。矽的晶格大，須注意加量，以免偏析。
