颁布功夫：2021-07-19点击：4850
提要:高纯无氧铜银合金拥有高电导性、高软化温度和高强度,是串激电机换向器的新材料。为此钻研了化学成分、熔炼工艺和加工工艺对合金机能的影响。
1.引言
换向器是直流电机的重要部件之一,紫铜(T1)和无氧铜(TU1)是造作换向器的传统资料。随着微特电机造作技术的发展,电机的转速愈来愈高,体积愈来愈幼。电机的电磁负荷增长,温升提高,因而对换向器资料的机能要求更为刻薄。由于紫铜和无氧铜的强度低、软化温度低,显然已不能满足微特电机换向器的要求,必须开发新资料。
高纯无氧铜银合金O≤ 100× 10-6,同化物量∑总≤ 100× 10-6,Cu+ Ag≥ 99.99% (Ag0.02%～ 0.10% ),该合金由于氧和同化物含量极低,净化了晶界,使得晶界脆化和裂纹产生的概率显著削减,提高了合金的韧度和电导率;由于在铜中参与了少量的银,在电导率降落甚少的情况下显著提高了合金的力学机能和软化温度。我国无氧铜和铜银合金的尺度与日本无氧铜和美国无氧铜的尺度对照见表1。
由表1可见,我国的无氧铜允许的含氧量和同化物远高于国表同类尺度中的含量,因而开发高质量无氧铜极度重要[1]。经多年的试验钻研,我们发现高纯无氧铜银合金(TUoAg0.06合金)重要机能均赶上国际先进水平,能够代替进口资料。表2是TUoAg0.06合金与国表无氧铜银合金化学成分和重要机能对比。
2.试验步骤
2.1含银量领域
为了提高铜的抗拉强度和硬度,通常可增长合金元素和增大冷变形度,但分歧水平地降低了铜的电导率。为维持较高的电导率,试样选用Ag0.02%～ 0.10%的高纯无氧铜银合金。
2.2真空熔炼工艺
由Gibbs吸附理论可知,绝大无数的低熔点同化物将富集在晶界或界面。文件[2]用示踪法测定Bi在晶界的部门偏聚浓度比晶内高103倍,由于晶界自身是一个缺点较多的过渡带,金属中只有有1× 10-6的低熔点同化存在,就可能使其在晶界的偏聚量达0.1%左右,与Bi类似,Pb和Se等也易偏聚在晶界处。另表,铜中的脆性化合物(Cu2O、Cu2S、Cu2Se等)也易在晶界偏聚或沉淀,从而对合金机能产生一系列不利的影响。
通常在电解铜中存在约500× 10-6的氧和同化物,用通常的化学步骤难以去除。而通过真空冶炼[3、4],提高真空度,能够使蒸气压较高的元素挥发,从而去除Pb、Bi、Sb等低熔点有害元素。为此选取ZG-25真空感应炉进行熔炼和铸锭,选择高纯石墨坩埚和铁模。每炉装入量25kg,Cu一次性装入坩埚,Ag装入料斗中,装入的原资料必须纯度高、清洁无锈。
在真空度达到0.6Pa时起头送电,缓慢升高功率,使气体在溶解期尽可能排出。在炉料齐全溶解后,提高功率和真空度,维持适当的精辟功夫,使铜液中的气体进一步排出和同化物加快挥发。因而,
精辟期的真空度节造在0.5～ 0.6Pa,温度节造在1200～ 1270°C,精辟功夫通常为30～ 40min。在铜液纯净、脱氧优良、温度适中时可分批参与Ag料,进行大功率搅拌,使Ag均匀化。在1200°C左右进行浇注,此时要维持合金液安稳上升。
2.3合金的加工
合金锭在热轧前要切除冒口和铣面,将经过表表处置的合金锭在电阻炉内加热(为预防渗氧要维持部门还原性空气)至890°C,保温20～ 30min后进行热轧(为二辊可逆轧机),终轧尺寸的厚度节造要求留有20%～ 80%冷变形度(或10%～ 90% )。热轧后须经酸洗和表表洗濯,再经二辊冷轧机冷轧至厚度为2mm的铜银合金带。
3.试验了局和会商
3.1化学成分的节造
对6炉合金进行了化学成分分析,了局见表3 ？杉,采取真空熔铸工艺,节造相宜的真空度(0.6～0.7Pa)、精辟温度(1200～ 1270°C)和精辟功夫(30～ 40min),所得铜银合金的O≤ 5× 10-6、同化物∑总≤ 100× 10-6,达到了美国ASTMF68-77和日本JISH3510-86高纯铜的尺度要求,且Ag的收得率大于96%。试验批注,使用电解铜作原料,通过一次性真空熔炼,可出产出高纯无氧铜银合金。
3.2含Ag量对电导率的影响
串激电机换向器对资料电导率的要求:软态I-ACS≥ 99.5% ,硬态IACS≥ 97.5% ,任何元素加到铜中城市分歧水平地降低其电导率,而Ag是缓慢降低电导率的元素。所以,在保障合金强度和硬度的前提下,应尽量降低Ag在铜中的含量。测定了含Ag0.02%～ 0.09%的高纯无氧铜银合金(软态)的电导率,见图1 ？杉焙Ag0.09ω,%时,IACS≥99.1% ,;当含Ag0.06ω,%时,IACS≥ 99.5%。作为高电导率合金的含Ag量,宜节造在0.06%左近记作TUoAg0.06。
3.3冷变形度对电导率的影响
高纯无氧铜银合金是在冷加工硬化后使用,为了便于比力冷变形杜纂电导率之间的关系,对TUoAg0.06合金进行了分歧冷变形度(10%～90% )的轧造,其对电导率的影响见图2。由于冷加工使晶界的状态发生了变动,晶格畸变、位错增长、晶格变长等成分引起电阻增大[5、6],因而冷变形度增大,电导率降落。当冷变形度80%时,电导率约为IACS97.5% ,可见为了保障合金拥有较高的电导率,
高纯无氧铜银合金TUoAg0.06的冷变形度不宜超过80%。
3.4冷变形度对力学机能的影响
用经10%～ 90%分歧冷变形度的TUoAg0.06合金试样,丈量抗拉强度和维氏硬度,了局与文件[5]根基一致。纯铜在90%冷变形加工后,其硬度124HV;当在铜中参与Ag0.04%时,在同样冷变形前提下,其硬度可达137HV,注明由于微量元素的参与可显著地提高合金的力学机能。 TUoAg0.06合金冷变形度对力学机能的影响见图3 ？杉浔湫味仍40%以下时,硬度和强度均随冷变形度的增大而缓慢提高;冷变形度在40%～ 80%时,硬度和强度增长的幅度较大,曲线的斜率变陡;当冷变形度超过80% ,硬度和强度仍随冷变形度的增长而提高。因而,通过冷变形能够有效地提高高纯无氧铜银合金的强度和硬度,并且能够通过节造冷变形度,来满足新的力学机能。
3.5退火温度对硬度的影响
将经冷变形的TUoAg0.06合金(130HV5)的试样别离进行50～ 350°C× 2h的退火处置。退火后试样的维氏硬杜纂退火温度的关系见图4,该图也暗示了TUoAg0.06合金在冷变形后的退火软化曲线 ？杉陀200°C时,合金的硬度险些不变,当超过220°C时,硬度急剧降落;在250°C时,硬度106HV5,相当于退火前硬度的80% ,与所测的软化温度250°C一致。
文件[7]以为,铜的软化温度重要与同化物和微量元素有关,由于固溶到铜基体的微量元素和天生弥散析出相的杂质能有效地故障位错的活动,从而提高铜的软化温度,在肯定领域内将随微量元素的增长而提高。通常纯铜的软化温度150°C,铜中含有0.06%的Ag后,软化温度提高到250°C,可见,Ag有显著提高软化温度的作用。
4.结论
(1)采取真空熔炼工艺,节造相宜的真空度、精辟温度和精辟功夫,能够得到高纯无氧铜银合金,O≤ 5× 10-6、同化物∑总≤ 100× 10-6、Cu+ Ag≥99.99% ,Ag的回收率可达96%以上。(2)当冷变形度节造在80%时,TUoAg0.06合金的电导率IACS> 98% ,硬度130HV5,σb达450MPa,合金的软化温度250°C。其综合机能达到国表同类产品的先进水平。
起源：中国知网 作者：孙向明
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