- 三號(hào)銀銅開(kāi)發(fā)案
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方案:三號(hào)銀銅開(kāi)發(fā)案
提案人:任向榮
提案時(shí)間:2005.2.12
實(shí)驗(yàn)人:任向梅
試驗(yàn)時(shí)間:2000.10月參考資料:
The Science and Engineering of Materials, Second Edition, Donald R. Ask eland, PWS-KENT Publishing Company.
《機(jī)械材料》,新修訂版,金重勳 博士著,從文書(shū)局發(fā)行。
科技用書(shū)《機(jī)械材料》，初版，王木琴編著，臺(tái)灣從文興業(yè)股份有限公司發(fā)行。
機(jī)電工程系列叢書(shū)，《電火花加工技術(shù)》，趙萬(wàn)生主編，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社發(fā)行。問(wèn)題：在對(duì)模具鋼放電的常規(guī)使用下,市場(chǎng)出現(xiàn)純銅對(duì)精密模具的精度要求不能完全滿足.
目的:為保證模具尺寸精度,銅電極被要求:
在不影響放電熱能的前提下,減少銅材的熔化、氣化與拋出蝕除，達(dá)到電極本身?yè)p耗少的企圖。
改善放電后模具穴面的表面粗度，以減少后期拋光量，避免人為影響精度。
設(shè)計(jì)研究：
由銅—銀平衡相圖（圖一）知，XQ-3#銀銅合金在鑄造結(jié)晶過(guò)程中，自液相L的銀銅液溶體，當(dāng)溫度降至a點(diǎn)以下并持續(xù)下降，固溶體α開(kāi)始凝固成核并成長(zhǎng)晶粒，此為初晶α固溶體，α的數(shù)量沿AM線增多，液相L的量沿AE線不斷減少。
直到溫度低過(guò)b點(diǎn)以下，產(chǎn)生了一個(gè)單一α相的固態(tài)溶液，此為共晶α固溶體。
合金繼續(xù)冷卻至c點(diǎn)以下，銀在α固溶體中呈現(xiàn)過(guò)飽和狀態(tài)，多余的銀就以βⅡ 固溶體的第2固相形式從初始的α相中析出，隨著溫度的繼續(xù)降低，α固溶體的溶解度逐漸減小，因此這一析出過(guò)程將不斷進(jìn)行，α相和β相的成分分別沿MF線和NG線變化。
晶界的晶格能較高，故βⅡ優(yōu)先從α相之晶界析出，其次是從晶粒內(nèi)的缺陷部位析出，由于固態(tài)下的原子擴(kuò)散能力小，析出的次生相不易長(zhǎng)大，較為細(xì)小。如圖二（b）所示，其金相應(yīng)與過(guò)共晶鉛—錫合金的組織結(jié)構(gòu)具有相似傾向。
注：（1）降溫至c點(diǎn)以下的析出過(guò)程亦稱為二次結(jié)晶，析出的相稱為次生相，次生的β固溶體以βⅡ表示，以區(qū)別于從液體中直接析出的β固溶體。
（2）因銀的含量低，不足以出現(xiàn)亞共晶組織，對(duì)微量元素可視為雜質(zhì)狀態(tài)存在。
對(duì)于加入元素，須考慮導(dǎo)電率下降不多的前提，遍觀周期表，因銀之導(dǎo)電度與導(dǎo)熱度占金屬元素中的首位，故試驗(yàn)微量白銀的添加。由圖三中，含銀量對(duì)導(dǎo)電率的變化，理論計(jì)算可知，電導(dǎo)率下降有限。另含銀銅具有較高的耐氧化性。
注：（1）各種金屬材料被電火花加工的難易程度依次為：鎢、銅、銀、鉬、鋁、鉭、鉑、鐵、鎳、不銹鋼、鈦。
當(dāng)脈沖放電能量相同時(shí)，金屬的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、比熱、熔化熱、汽化熱愈高，則電蝕量愈小，其加工的難度就愈大。
熱導(dǎo)率愈大的金屬，由于較多地把瞬時(shí)產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)散失到其他部位，因而降低了本身的蝕除量，也不易加工。
作為被放電者，銅比銀難加工。雖然銀擁有略優(yōu)的導(dǎo)熱率，但不足以禰補(bǔ)其熔點(diǎn)太底的影響，所以較少的熱能就容易地將銀蝕除。
四、結(jié)果分析：
正極、負(fù)極受電子、正離子撞擊的能量、熱量不同，不同電極材料的熔點(diǎn)、氣化點(diǎn)不同，脈沖寬度、脈沖電流大小不同，正、負(fù)電極上被拋出材料的數(shù)量也不會(huì)相同；產(chǎn)品的主要目的在于比純銅進(jìn)一步地提高放電精度，故研究方向?yàn)闊釗p耗須少。
對(duì)銀銅從材料的單一角度來(lái)看：
見(jiàn)圖一，熔點(diǎn)只下降很少，估計(jì)約0.630C。
對(duì)含銀雜質(zhì)的銅，由電導(dǎo)率的理論推算知，導(dǎo)電率和導(dǎo)熱率比純銅略下降一些，將造成電極發(fā)熱較多。
銀銅的理論損耗在單位時(shí)間內(nèi)應(yīng)比純銅稍微增加。 實(shí)物結(jié)果卻相反！
從工藝的角度觀之：
由大量實(shí)驗(yàn)資料來(lái)看，每次電火化腐蝕的微觀過(guò)程是電場(chǎng)力、磁力、熱力、流體動(dòng)力、電化學(xué)和膠體化學(xué)等綜合的過(guò)程。
（1）火花加工機(jī)理：
a.極間介質(zhì)的電離、擊穿，形成放電通道：
極間介質(zhì)（工具電極、工件）是主要關(guān)心點(diǎn)，其重要影響為放電通道內(nèi)數(shù)量大體相等的正離子、負(fù)離子及中性原子組成，正負(fù)粒子反向高速運(yùn)動(dòng)，碰撞生熱。
在放電過(guò)程中，伴隨一系列衍生現(xiàn)象，其中有熱效應(yīng)、電磁效應(yīng)、光效應(yīng)、聲效應(yīng)及頻率范圍很寬的電磁輻射和爆炸沖擊波等。
b.介質(zhì)熱分解、電極材料熔化、氣化熱膨脹：
因銀銅熔點(diǎn)下降極少，約0.630C，電極材料的熔化和拋出的效應(yīng)“變化量”，幾乎可以忽略。
c.電極材料的拋出：
材料拋出是熱爆炸力、電動(dòng)力、流體動(dòng)力等綜合作用的結(jié)果。
工作液因熱分解產(chǎn)生金屬碳化物的膠團(tuán)粒，在電場(chǎng)作用下移動(dòng)向電極表面并吸附，形成碳黑膜。
d.極間介質(zhì)的消電離：
脈沖間隔（脈間）過(guò)間過(guò)程，來(lái)不及消電離和恢復(fù)絕緣體，容易電弧放電，燒傷工具和工件，脈間過(guò)久，將降低加工生產(chǎn)率。
抬刀排渣距離是為了電蝕產(chǎn)物排除來(lái)保障絕緣和及時(shí)散熱來(lái)降低帶電粒子自由能，使消電離過(guò)程充分。
（2）因?qū)щ娐省?dǎo)熱率略下降，脈沖電流密度下降幅度接近3%，從電能轉(zhuǎn)變?yōu)檎?fù)粒子動(dòng)能碰撞再轉(zhuǎn)變成熱能的電流效應(yīng)幅度隨之下降，由于能量在轉(zhuǎn)換型式時(shí)發(fā)生輻射逸失，根據(jù)質(zhì)能守恒定律，主能量因部分逸失而減少，電極表面溫度隨之下降，進(jìn)而減少了電極的熱損耗。
注：在正離子、負(fù)離子的放電流量通道內(nèi)
由量子力學(xué)知，光既是電磁波，也是具有能量動(dòng)量的粒子，呈現(xiàn)波粒二向性，粒子性的能量，在原子發(fā)光過(guò)程，是以電子在不同能階（穩(wěn)定軌道態(tài)）之間不連續(xù)的躍進(jìn)，表現(xiàn)出光波頻率。（可由光譜線知之）
電子在能階間躍遷過(guò)程中，發(fā)生光誘導(dǎo)磁效應(yīng)，而電場(chǎng)和磁場(chǎng)的交互變化產(chǎn)生電磁波輻射。
機(jī)床的自動(dòng)進(jìn)給控制系統(tǒng)會(huì)保持放電間隙不變，因電極自身微觀損耗已減少，熱膨脹和局部微爆炸將迫使工件的蝕除增加，此間隙熱爆的強(qiáng)迫蝕除增加量大于能量輻射逸失的熔蝕減少量，從巨觀看，即有利于生產(chǎn)率的增加。
觀察平衡相圖，在鑄造后的冷卻過(guò)程，當(dāng)溫度低過(guò)G點(diǎn)以下，可明顯發(fā)現(xiàn)βⅡ相中的較多數(shù)占據(jù)于晶界，其阻礙了進(jìn)一步的α相晶粒成長(zhǎng)，起到了晶粒細(xì)化的效果，這提高了電極的表面光潔度。
同時(shí)，βⅡ相產(chǎn)生了散布強(qiáng)化的效果，使合金的強(qiáng)度增加，硬度也相對(duì)提升。
因銅—銀合金在鑄造時(shí)易引起偏析，故于冶煉過(guò)程須采取防治手段，來(lái)取得均質(zhì)化。
