- 模具鑲嵌用銅開發案
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《模具鑲嵌用銅開發案》
參考資料:
The science and Engineering of materials, Accord edition PWS-KENT publishing Company 出版,DONALD R.ASKELAND
機械材料,金重勳著,從文書局出版。
科技用書機械材料，王木琴編著，臺灣從文興業股份有限公司出版。
金屬材料手冊，黃俊琦編譯，機械技術出版社。一、問題：
現有高鈹銅（QBe2）由于部分產品須達到硬度36HRC以上，造成配方中含鈹量高達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，坯錠使用無流澆鑄法，對于品質的穩定性，仍有待進一步探討。
目的：
為滿足低成本、無毒性問題，開發低成本的可替代元素原料。可參考一些歐洲國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指標。
軟態高鈹銅：a.硬度：26—30HRC（耐磨性）
b.熱導率105w/(m.k) 200C (電導率18%IACS成比例)
試驗：
含碳量0.1-1.0%的銅材，可經淬火得到麻田散鐵系（Martindale），具高強度。亦可經回火而得到適當強度、韌性、延性而銅需避免C的存在，此法唯忽略。
經由浙江大學材料科學與工程學系教授指導研發的高強度高熱穩定性銅基合金，已申請國家專利，實驗過程與數據如附件。其選擇為鎳青銅分類作為研究方向。
設計研究：
鈹青銅以其機械強度見稱于也，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。硬度經二次時效可達42HRC。
考慮其析出物的原理，在于針對差排（Dislocation）現象的阻礙作用，因此重點在關注金屬間化合物（Intermetallic compounds）的生成，進而達成高熔點，硬度增加，抗氧化、抗拉強度提高的效果。但須注意鍛造（forging）時，對差排爬生（Dislocation Climb）現象引起潛變（Creep），進而造成rapture（破裂）。
鑒于W、Mo、Cr、Mn高熔點元素溶入固溶體，也會阻礙差排擴散過程，增加原子結合力，提高基體再結晶度，進而提高合金的高溫強度。
現實驗方向為鎳青銅（nickel bronze），Cu和Ni可在任何比例互相熔合成固容體，Ni可增進流動性，對鑄造性有利；亦有微化晶粒功用，有助于強度，但因Cu-Ni合金的強度、彈性限和硬度較低，雖于沃斯田系銅合金，尤其在高溫時為然，熱處理也不能改變機械性質。再加適量的Si，作成時效硬化系（age hardening）。另外，在工業上，含矽量在α固溶體（面心立方）的范圍內（1-3.5%Si），其強度和耐熱性提高，卻又不致使導電度減低太多。
結果分析：
浙大的實驗樣品，綜合指標不錯，唯獨硬度仍有不足，雖然金屬間化合物Ni2Si反應不完全。
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，兩元素須完全反應以保證作用 完全發揮，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，不必擔心包晶成長現象，在七分滿時加入，約剩下七成，余者揮發。
Fe、Ni:皆為ⅧB鐵族元素，雖于穩態元素，穩定性高，在開始下電解銅時便可投入中間合金。
Si、Mg:雖于活潑元素，在高溫時劇烈燃燒揮發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。
