Korkeakupariset seokset: tyypit, ominaisuudet ja sovellukset

Mikä lasketaan runsaskupariseokseksi

Korkeakupariset seokset ovat materiaaliryhmä, joka sijaitsee seostamattoman kuparin ja tavanomaisen messingin ja pronssin välissä. Ne sisältävät noin 96 % kuparia tai enemmän, joten ne säilyttävät suurimman osan kuparin johtavuudesta, kun taas pieni lisäys yhtä tai useampaa muuta elementtiä lisää lujuutta, kovuutta ja pehmenemiskestävyyttä lämpötilassa. Tähän perheeseen kuuluvia seoksia ovat berylliumkupari, titaanikupari, kromikupari, zirkoniumkupari, kupari-nikkeli-pii, kupari-rauta ja hopea-pitoinen kupari, ja useiden niistä on kiinalainen taottu nimitys 523 GB1/T.

Niitä käytetään, koska puhdas kupari pehmenee nopeasti kuumennettaessa tai kylmätyöstettynä: hehkutettu lujuus on vain muutama sata megapascalia, ja kohtuullisetkin käyttölämpötilat riittävät löysäämään jousikontaktia tai muodostamaan hitsauselektrodin. Korkeakupariset seokset myyvät vaatimattoman osan johtavuudesta suurella mekaanisen suorituskyvyn lisäyksellä, ja usein niitä voidaan vahvistaa saostamalla tai vanhentamalla, mitä puhdas kupari ei pysty.

Päätyypit ja niiden omaisuustase

Berylliumkupari on vahvin kaupallisessa käytössä oleva kupariseos ja vakiomateriaali, jossa jousen täytyy kestää suurta jännitystä pienessä osassa, mutta se maksaa eniten ja menettää suurimman osan johtavuudesta. Kromikupari ja kupari-zirkonium ovat resistanssi-hitsauselektrodien materiaaleja: ne säilyttävät riittävän johtavuuden välttääkseen ylikuumenemisen, mutta kestävät kuitenkin pehmenemistä elektrodin pinnalla. Kupari-nikkeli-pii on keskimmäinen liittimien ja lyijyrunkojen, ja hopea-kuparia käytetään silloin, kun johtavuuden on pysyttävä lähellä puhdasta kuparia säilyttäen samalla hyödyllinen korkean lämpötilan lujuus.

Vahvistusmekanismit

Vanheneminen: berylliumkupari ja kupari-nikkeli-pii on liuoskäsitelty, sammutettu ja sitten vanhennetaan hienojen hiukkasten saostamiseksi, jotka lisäävät lujuutta jättäen johtavan matriisin suurelta osin koskemattomaksi.

Rajoitetun liukoisuuden saostus: kromin ja zirkoniumin liukoisuus on erittäin alhainen, joten pieni lisäys ja kontrolloitu lämpökierto lisäävät suuren lujuuden, mutta johtavuusrajoitukset ovat vähäisiä.

Dispersio ja kiinteä liuos: kupari-rauta-fosforiseokset perustuvat hienoihin sakkauksiin ja hallittuihin epäpuhtauksiin, mikä antaa liitinnauhalle hyvän lujuuden, taivutettavuuden ja lämpöstabiilisuuden tasapainon.

Pienet kiinteän liuoksen vaikutukset: hopealla{0}}kuparissa oleva hopea vaikuttaa johtavuuteen vain vähän, mutta se nostaa pehmenemislämpötilaa, millä on merkitystä kommutaattoreissa ja korkean lämpötilan käämeissä.

Hakemukset ja valintaohjeet

Jousikoskettimet ja releosat, liitinpäätteet ja johtorungot, vastus{0}}hitsauselektrodit ja elektrodipidikkeet, muottityökalujen sisäkkeet ja ytimet, hitsausvarret, sähkökytkinlaitteiden komponentit, moottorikommutaattorit, jäähdytyselementit ja lämmönhallintaosat sekä tarkkuusosat, joissa tarvitaan sekä johtavuutta että kulutuskestävyyttä pienessä määrässä.

Valinta tulee aloittaa kahdella aina ristiriidassa olevalla numerolla: johtavuus, joka vaaditaan lämpötilan nousun pitämiseksi suunnittelurajojen sisällä, ja mekaanisen työn vaatima kestävyys tai jousivoima. Resistanssi-hitsauselektrodi on ensinnäkin lämpöongelma, joka viittaa kromikupariin tai kupari-zirkoniumiin. Suuri-jännitys jousikosketin ahtaassa tilassa on ensinnäkin mekaaninen ongelma, joka viittaa berylliumkupariin. Kun malli on näiden kahden välissä, kupari-nikkeli-pii tarjoaa yleensä parhaan kompromissin alhaisemmilla materiaalikustannuksilla kuin berylliumkupari.

Käsittelyolosuhteet ratkaisevat, saadaanko ominaisuudet todella. Liuoskäsittely- ja vanhentamislämpötiloja ja -aikoja tulee noudattaa tarkasti, kylmäpelkistys ennen vanhentamista asettaa jousilämpötilan, eikä myöhempi juotto tai hitsaus saa ylittää vanhenemislämpötilaa tai saderakenne tuhoutuu ja osa pehmenee pysyvästi.

Laadunvalvonta- ja käsittelyvaatimukset

Materiaali toimitetaan tavallisesti nauhan, kelan, tangon, tangon, langan tai putken muodossa, ja tuotestandardit koskevat mittoja, lämpöä ja mekaanisia vaatimuksia sekä valmiiden osien johtavuutta, joka on tarkistettu pyörrevirtainstrumentilla ASTM E1004:n mukaisesti. Vanhenemisvaste vahvistetaan tuotantoerällä käsiteltyjen näytteiden kovuus- ja vetokokeilla, koska pieni poikkeama liuoskäsittelyn lämpötilassa voi jättää erän, joka ei saavuta lujuutta.

Beryllium{0}}laakerimetalliseokset tarvitsevat erityisiä käsittelylaitteita. Beryllium on hengitysteitä herkistävä aine, joten hionta-, koneistus- ja hitsaustoimenpiteet vaativat pölyn tai savunpoistoa, kodinhoitoa ja henkilönsuojaimia, jotka on suunniteltu sovellettavien työperäisten altistusrajojen, esimerkiksi GBZ 2.1:ssä asetettujen kemiallisten aineiden raja-arvojen ympärille. Joitakin kupari-nikkeli-piitä ja kupari-rautaseoksia on kehitetty osittain tämän käsittelytaakan välttämiseksi, jos mekaaninen käyttö sallii, ja valinta niiden välillä on tehtävä prosessireitillä ja ominaisuustaulukolla.

Usein kysytyt kysymykset

K: Mikä määrittelee korkean kuparilejeeringin?

V: Kuparipitoisuus on noin 96 % tai enemmän, ja siinä on pieniä lisäyksiä, kuten berylliumia, kromia, zirkoniumia, nikkeliä, piitä, titaania, tinaa tai hopeaa, jotka lisäävät lujuutta, kovuutta ja pehmenemiskestävyyttä säilyttäen samalla suurimman osan kuparin johtavuudesta.

K: Mikä runsaskupariseos on vahvin?

V: Berylliumkupari, esimerkiksi QBe2-laatu tai C17200 Pohjois-Amerikan käytännössä, saavuttaa noin 1200-1400 MPa vanhentuneessa tilassa, johtavuuden kustannuksella, joka laskee noin 22-28 % IACS:stä.

K: Mihin kromikuparia käytetään?

V: Resistanssihitsauselektrodit, puikkopidikkeet ja hitsausvarret, koska se pitää johtavuuden lähellä 80 % IACS:stä samalla kun se vastustaa elektrodin pinnan pehmenemistä paljon paremmin kuin puhdas kupari.

K: Miksi runsaskupariseoksia vahvistetaan lämpökäsittelyllä, kun puhdasta kuparia ei ole?

V: Seoslisäaineilla on rajoitettu liukoisuus, joka laskee lämpötilan myötä, joten liuoskäsittely- ja vanhentamissykli saostaa hienoja hiukkasia, jotka kiinnittävät rakennetta ja lisäävät lujuutta. Puhtaalla kuparilla ei ole tällaista saostumisreaktiota.

K: Tarvitsevatko nämä seokset erityisiä turvalaitteita?

V: Beryllium{0}}laakerilaadut tekevät. Koneistus, hionta ja hitsaus on suunniteltava poisto-, siivous- ja henkilösuojaimilla berylliumpölyaltistumista vastaan ​​standardeissa, kuten GBZ 2.1, asetettujen työperäisten altistusrajojen mukaisesti.

K: Mitä tapahtuu, jos valmis osa ylikuumenee vanhentamisen jälkeen?

V: Sakkarakenne karkeutuu tai{0}}liukeutuu uudelleen ja osa pehmenee pysyvästi menettäen sekä lujuuden että jousiominaisuudet. Kaikki myöhemmät juotto-, juotos- tai hitsaustoimenpiteet on siksi pidettävä vanhentamislämpötilan alapuolella tai suoritettava ennen vanhentamista.