宣布时间：2021-06-02点击：2414
摘要:试验制备了铜—硫,铜—碲两种合金,研究了挤压工艺参数及冷变形对这两种合金的机械性能、电气性能,显微组织的影响,为硫铜、碲铜棒材工艺参数设计提供可靠依据。硫、碲合金元素在铸态下与铜形成化合物硫Cu2S、Cu2Te,这两种化合物在较高温度与铜形成共晶,以弥散而柔软的第二相粒子的形式漫衍于铜基体中,细化晶粒,显著改善合金切削性能,同时对导电率的影响比较小。
要害词:第二相;弥散;挤压;晶粒
中图分类号:146.11 文献标识码:A
精密导电器件不但要求有较高的导电性,由于形状庞大,还要求有精密的尺寸、光洁的外貌,大都要进行切削加工,因此还要求质料有优良的切削加工性能。纯铜虽有优良的导电导热性能,但切削性能较差,所以重要导电器件多接纳含碲铜合金[1]。在保存铜合金的优良特性的同时,导电和导热性能降低未几,并且可使用通例要领生产。,美国等国家乐成地以元素硫、硒、碲加到铜和铜合金中去,它们不可溶解到基体金属中去,以第二相形式弥散漫衍于晶间或晶内,加之它们形成的第二相都很软(显微硬度低于Cu2O)[2],使切屑易断,改善质料切削性能。作为易切削质料使用的硫铜(14720)碲铜(14500)合金,目前海内关于其生产工艺、组织和性能的研究很不充分,研究报道少少。沈阳有色金属加工厂在试生产的历程中积累了大宗的技术数据,为硫铜和碲铜的工艺参数设计提供可靠依据。
1.试验目的和要领
探索硫铜(C14720)、碲铜(C14500)组织和性能的变革纪律及合理的工艺参数,制定切合ASTMB124中C14720、C14500的技术条件要求的棒材生产工艺。
试制产品规格及状态:
30± 0.06 H50(拉制) S25.4± 0.10 H50(拉制)
1.1合金制备(熔铸)
(1)使用设备:工频600 kg电炉;
(2)铸锭规格: 223×(370～ 400)mm;
(3)浇铸温度:1 200～ 1 220℃ ;
(4)笼罩剂:烤红烟灰;
(5)加P-Cu中间合金作为脱氧剂,含磷量
C14720为0.02%,C14500为0.01%。;
(6)由于硫易烧损,须以硫粉装入薄壁铜管内
密封两头插入,碲以紫铜薄带包好后加入。
配料比C14720硫:0.45%;C14500碲:0.55%取铸造试样进行金相组织视察,并拍摄金相组
织图片。
1.2实验视察与测试
铸坯经2 500 t挤压机加工成棒材,接纳水封挤压和挤压后空冷这两种方法,比较机械性能和金相组织的差别,挤压后进行综合机械性能试验,包括抗拉强度,硬度,导电率,延伸率、晶粒度。
挤压坯料规格: 33×(3 000～ 3 500)mm
1.3绘制硬化曲线
将挤压坯料拉制成棒材,按拉伸道次取金相试样和综合机械性能试样,进行质料硬化性能实验,绘制质料硬化曲线。挤压坯料冷加工试验流程:
2.试验结果
2.1挤压工艺参数的研究
挤压冷却条件对挤制棒材的导电率,晶粒度,综合机械性能无明显影响。
碲铜的导电率岂论是淬水照旧空冷均抵达89%IACS,硫铜的导电率两种冷却方法也没有明显区别,均为84%IACS。硫铜和碲铜的导电性能之所以不受冷却方法的影响,是由于硫和碲在铜中的溶解度都很小,并且都呈弥散漫衍的第二相形式析出,引起的晶格畸变比较小,应力场强度较低,从而使合金坚持着优良的导电性[3]。尤其重要的是,硫、碲纵然在高温下溶解度也很小,碲在800℃时溶解度也不凌驾0.01%,而硫在铜中的溶解度800℃时则更低,仅为0.002%,因此这两种合金不可进行淬火时效热处理强化。且这两种合金共晶温度很高,硫铜的共晶温度为1067℃ ,碲铜的共晶温度为1084℃[2],不会由于共晶熔化引起热脆,冷却方法不会影响其性能。从挤压试验数据可以视察到,这两种合金的性能与挤压态的纯铜相比,强度硬度均无明显变革,仅延伸性能略有下降,但挤压态硫铜和碲铜合金的晶粒度却明显低于同状态的纯铜,说明合金化元素使合金基体的再结晶温度有明显提高。
2.2金相显微组织视察
金相显微组织视察见图1。
照片1为铸造碲铜金相组织图片(未侵蚀)。白色基体为α固溶体,兰灰色略呈网状漫衍的析出物为碲与铜形成的化合物Cu2Te,该化合物与α固溶体在1 084℃形成共晶,在铜中形成第二相(α+ Cu2Te)。照片2为铸造硫铜金相组织图片(未侵蚀)。白色基体为α固溶体,呈兰灰色粒状弥散漫衍的析出物为共晶体(α+ Cu2S)。由照片中可以视察到,铸态组织的颗粒发育的较大,第二相粒子形态为球状,颗粒尺寸***大为10μm。文献[4]指出作用显著的强化颗粒必须是均匀弥散漫衍,尺寸为亚微米级,因此,碲铜、硫铜的第二相颗粒细度不敷,强化作用微小。
照片3和照片4硫铜和碲铜合金挤压态的显微组织,基体已经再结晶,第二相粒子为链状和条状。
照片5和照片6为硫铜和碲铜的变形棒材试样的金相组织照片。变形合金的显微组织为沿加工偏向拉长的基体相和化合物Cu2Te、Cu2S形成的链状和条状第二相粒子。凭据强化理论,第二相粒子如果为柔软相,当位错运动时,位错线很容易挣脱颗粒的钉扎并攀越颗粒,继续向前滑移,使第二相被拖曳成链状的颗粒漫衍,即第二相粒子很容易被位错切过头至破坏,随同基体一同变形。因此对证料的强化作用很微弱。这一点与性能测试获得的结论相一致,即硫铜和碲铜的性能与纯铜相差很微小,仅造成延伸性的少量损失。
2.3合金的冷加工性能
硫、碲铜合金具有良好的冷加工能力,可以从 34 mm的挤压态棒材经多道次的冷拉直接加工到 18 mm,而不必中间退火,且加工硬化速率明显低于其他铜合金。硫铜(C14720)、碲铜(C14500)综合机械性能曲线如图2所示。图2显示了硫铜和碲铜的硬化纪律,很显然两条曲线的重合性相当好,说明硫铜和碲铜具有相对一致的性能,硬化速度。并且硬化速度均匀,强度和硬度缓慢上升,但延伸率在冷变形初始阶段即迅速下降到较低数值,延性损失速度明显大于纯铜。淬水和空冷两种冷却方法的挤压坯料拉制成的棒材性能无明显差别。硫铜、碲铜的硬化速度与纯铜相似,只有延伸性能略受影响。较大的冷加工只能使合金的导电率下降2%左右,导电率的下降幅度不大,反应了硫、碲铜合金的导电率对冷加工不敏感。
2.4质料切削性能的变革
凭据文献5介绍,影响切削性能的因素许多,除了正确选择切削工艺条件外,再结晶晶粒呈均匀细粒状,第二相细且均匀漫衍是至关重要的,第二相细且均匀漫衍其效果甚至比提高合金含量还要好。易切削铜材进行拉伸加工,可使剪断力增大,再加上柔
软质点的影响,可大大减小切削阻力,在一定水平上对改善质料切削性能有益。但冷加工量不益过大,从我厂的试验数据上视察,在包管合金强度的条件下,冷加工量坚持在50%以下切削性能***好。我厂试生产的硫铜和碲铜为拉制品,显微组织细密,晶粒沿加工偏向拉长,第二相也随同变形,呈条状或链状漫衍以易切削黄铜(61%Cu、3%Pb,36%Zn)车削率为100%作标准进行比较,纯铜的车削率为仅为20%,而硫铜和碲铜的车削率均能抵达80%以上。
3.结论
(1)冷却条件对挤压棒材的导电率、晶粒度、综合机械性能无明显影响。挤压棒材强度,硬度与纯铜无明显的差别,仅延性略有下降,晶粒度明显获得细化。
(2)碲与硫在铜中均形成稳定的金属间化合物Cu2Te、Cu2S,呈网状和点状弥散漫衍。第二相粒子很柔软,可以和基体一同变形成条状和链状,对合金强化作用微弱,再结晶温度高于基体金属。
(3)合金具有优良的冷加工性能,加工硬化速度均匀,延伸性能损失较快,导电率对冷加工不敏感。
(4)制品切削性能优异。
来源：中国知网 作者：王艳杰
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