铜及铜合金的性能

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铜及铜合金性能
成型性
对于选择合金材料重要的是在冲压成型过程中能够获得所需要的几何形状的能力。按治具的半径弯曲90 度或是更大的角度,也同时降低厚度来帮助弯曲定位,都是连接器冲制上常用的。当合金充分退火后,绝大多数成形是可利用的,但在此条件下,强度会降低。固体溶液的冷轧制和散粒硬质合金增加了强度,但却消耗了成型性能。铸造方式有效地改变了回火性能,这可能由于它造成的加工硬化而损害了成型性能,或者由于其厚度降低而导致有助于成形。
连接器技术之 4.2.5 成型性--在它们制程中的大量的冷加工所发展起来的更高强度的回火结构也可能在一个方向上比在另一个方向上表现出更好的成型性能。当可能时,最大的成形能力出现在弯曲轴线垂直于卷曲方向。这个方向是首选的,因为它常常比另一方向的回火能具有更好的成型性。在这个方向上的成形称之为径向的,因为它指出了随弯曲的进行金属流动的方向。对应到平行于轧制方向的弯曲轴线的成形则称之为纬向的。纬向弯曲上最小的可接受半径能比经向上更大,特别对于高温回火的固溶合金和散布强化合金。在连接器壳体部分中
90 度的弯曲常常朝向窄条导向以利用纵向的成型性。窄条能形成而不产生裂缝的冲模最小范围为由设计者和制造商所共同支持的合金窄条所定义,其中的裂缝定义为一不可接受的粗糙表面。材料的工作性能可以从弯曲的最小弯曲半径(MBR)而得知,由窄条厚度(t)所分割。较小的MBR/t 值表明有较好的成型性。
连接器技术之 4.2.5 成型性--图表4.5 中总结了所选择合金的相关成型性。此图表表明了名义上可拉伸强度其其每一合金可接受的最小弯曲(MBR/t value)在其纵向上和横向上从11.5。在冲压工具中的实际性能与此有些不同。此图表中所示的强度在纵向上较高,这样与通常此方向上的成型性较好是一致的。此图表同样表明了铜合金的一个与其独立的强度来源相关的总趋势。此固体溶解强化合金可提供一较高的强度,从而能使规定的最小成型性比固溶合金以及散布强化合金要小,因为此成形过程与其冷工作下性能的相关性很小。与此相似,在一组固溶合金中,如C521,其溶解强度为8%时能提供比C511 更高的强度,而C511只有C521 含有锡的一半(4%)。同样地分布强度合金有比纯铜高得多的强度。
  连接器技术之 4.2.5 成型性--不要忽略在固体溶液中的合金元素其强度可在传导过程中得到增加。凝结强化合金能提供较高的传导性且与其他类型的合金相比在高强度下有更好的
成型性。灵活性可从铜模的溶液强化的联合中得到,而此铜模与冷加工和沉积变硬结果将导致强度、研磨过程中的成型性之间的独特的平衡。此平衡也在图表4.5 中得到反映。
抗腐蚀性
铜合金通常对化学侵袭有较强的抵抗力,所以好经常在没有保护镀层的情况下使用。当在苛刻的环境下使用时,如自动化应用中,铜合金通常在其表面上镀一层锡或锡料以提高对腐蚀的抵抗能力。在这些实例中,锡或锡料镀层也用于接触镀层表面。铜合金在其它的应用性能中所覆盖的东西更为详细。
作为连接器应用的一个重要性能,是其局部微观结构的压力腐蚀。可以将其描述为腐蚀性的环境和高弹性的外部拉压力,将导致对其的裂缝产生和最终失效。此压力的存在有一外部根源,如产生于连接器配合过程中,以及内部根源(如来自保持导引线的成形及弯曲的残余应力)局部失效模式将在其作用显现于表面时被觉察到,并且其没有显著的塑性变形。此裂缝路径位于微粒之间(其可相互作用),而裂缝可通过纹理结构进行传播。此裂缝可通过合金与媒介进行传播漫延。
要出现压力腐蚀就必须有如下三个条件的存在:
      1.合金必须易受到压力腐蚀的影响。连接器技术之 4.2.6 抗腐蚀性
        2.其工作环境使得此特定的合金易受影响。连接器技术之 4.2.6 抗腐蚀性
        3.拉伸力的存在。连接器技术之 4.2.6 抗腐蚀性
此相关的几种合金对用于连接器的可接受性如图表4.6 中所总结。此指数用于在不同环境下整合其性能的分类。这些工作环境的范围从轻-中等的工业环境到航海的条件以及最恶劣的暴露于潮湿的氨气中的条件下。此指数成线性分布从0 1000
最易受保护的金属包括锌,C260 包含有30%的锌是最易受保护。其作用是产生限制以达到一个良性的环境。而如只含有15%锌的C230 以及含有仅仅较低锌和附加的镍(C770),其可显著的增加对压力腐蚀的低抗能力。锡-青铜,镍-硅和铍-铜合金都是具有较好的抗腐蚀能力的铜合金。铜-镍合金和高铜合金对化学侵袭产生的裂缝将有很重要的保护作用。
应力松弛/接触压力稳定性
对于连接器可靠性能的关键是当它在工作时, 它保持电性导通(transparent)。然而,当受拉伸应力时,来源于在弹性端子原料里多微孔性的接触压力的降低最终可能导致不可接受的接触阻抗。因为发生多微孔性的制程是由于受热引发的,所以高耐用温度导致它们发生不同程度的变化,这依靠于合金和它如何制成。
如果端子初始变形超出了弹性变化范围,那么伴随任意的原料畸变,接触压力在第一次插入后迅速的发展取决于弹性端子的弹性回复。当使用时,弹性变形随弹性原料依靠时间和温度的多孔性畸变会部分被回复,从弹性变形到塑性变形的变化结果会降低接触压力。这种变化称之为应力松弛,它随温度的增加而增加。然而应力松弛不同于发生在固定不变的端子弹片上的随时间变化而应力降低的现象,而应下意识地联系到在装配载荷下随时间变化而引起的几何形状的变化(应变)
许多合金在室温条件和微小温度变化情况下有足够的实用性,但当工作温度增加到80--100 度时, 表中可利用的合金性能会受到更大的限制。应力松弛的阻抗会受固溶合金元素和其它对金属上微量塑性畸变的阻碍而变化,比如细微的二次散布合金颗粒和凝结合金颗粒。
检测不同铜合金的相对应力松弛的阻抗常常是在悬臂弯曲中进行的,最初是在检测设备中
施加50%100%的屈服强度压力。按最初在制订的持续曝光条件下保持的弹性应力的百分比数来指定稳定性标准。C510 的应力松弛性能如图4.10 所示。当以对数坐标来描述时,应力保持数据是线性对应的。这个线性特性允许用推断法去预测更长远的性能。检测常常持续充足时间以确保应力松弛特性保持线性或者包括任意可能发生的直线斜率的变化。
4.10 中的例子也表明冷工作的数量常用在取得强度上的影响稳定性(更大强度的回过火的H08 的稳定性比H02 要低)。在某些场合,因为具有更好的长期稳定性,低温回火能在端子上提供更高的承载能力,甚至低温回火能使应力低于开始状态。同时也应该注意到其强度明显低于初始状态,在第一小时内,初值下降得很快也表明了这一点。连接器技术之 4.2.4 应力松弛/接触压力稳定性
应力松弛特性也可通过最初在漫延-破裂上发展起来的雷斯密尔方法而得出。这种方法需要在大范围内的雷斯密尔参数来决定。该参数被用来限制一个控制曲线,从而估计保持在任意时间和温度组合条件下的压力。该方法的一个缺点是假设了简单机理反映了在一个决定参数的温度范围里的应力松弛。因此,从这种方法中可能得出错误的结论;由于应力松弛特性受温度影响,是以该方法的另一缺点仍在争论之中。
低温热处理能提升应力松弛阻抗。这种处理主要目的是用来有效避免强度的改变,就象在调质退火的轧制H08 的回火而产生HR08 一样。稳定性也能是具有方向性的,随横向和纵向的性能不同而在退火中变得更明显,或经冷加工而使该差异更为明显。
在某些特定的温度下,一些合金元素能比其它元素更具有影响力。这种影响的层次相关于同样的因素,即列在前面由溶解元素加强的因素。锡在增加了基体百分比后有额外的超过锌的对应力松弛的影响力。如图4.11 所示,一种含锡8%的青铜合金(C521)比含锡30%的青黄铜(C260)具有更大的应力松弛阻抗。同时要注意到锡青铜具有更高的硬度(730MPa 的屈服强度--H08)相对于C260 黄铜(590MPa 的屈服强度--H08)。连接器技术之 4.2.4 应力松弛/接触压力稳定性
由不同合金元素所提供的温度稳定性也不同。锡青铜能比锌青铜用在更高温度的场合。如图4.11 所示,C260 处在边缘,因为保持在1000 小时(折合5 周的使用时间)后,只有低于75%的应力存在。青铜在使用温度上受到限制,不得超过75 100 度,而锡青铜和锡黄铜可达125 度。一些散布层次的高强度合金比黄铜具有更好的稳定性,如图4.12 所示,但C151 是例外的。
在从中温(105-125 )到高温(150-175 )的最大的应力松弛阻抗对于结晶合金是可利用的。以150 度调质退火的锡青铜与铍铜的比较来看表明了这种影响。两种所示的回火合金都具有相近的导电率。
强度
延展特性,包括屈服强度及弹性系数,作为区分各种合金成份的一种尺度而应用于特殊连接器的设计当中。由于连接器常见的应力形式为弯应力,因此弯曲应力也要作为合金的一种机械特性而附加考虑。拉伸及弯曲应力特性是合金加工中十分重要的考考虑因素。各种各样铜合金的弹性系数均有略微不同,弹性的恒定并不是取决于各合金自身受到加工过程的影响,而是由其材料形成时结晶组织所固定的弹性系数来决定的。连接器技术之 4.2.3 强度
拉伸强度 按照拉伸特性所选择的连接器用合金按照其相关电性传导率列示于图4.7。图中多数结晶合金均运用回火工艺而获得380700MPA 的拉伸强度,其传导率一般低于35IACS,而较为离散的合金其传导率却较大,一般在50IACS 以上,其强度只比那些集中点代表的合金略低。凝结强化合金和与其具有相同传导率的溶液强化合金相比其具有
最高的强度,和二次散布合金相比具有较高的强度但是传导率较低。连接器技术之 4.2.3 强度
弯曲强度/接触压力 对于最初的材料选择和对它们从供货商得来的规格,可延展性能是足够的。然而,弹性端子常常是悬臂梁,所以(and)弯曲应力应变特性基本上是适用的。依靠材料性能上的限制是否被超出,或者当使用错误的应力应变数据时,接触压力可能被错误地预测。连接器技术之 4.2.3 强度
如图4.9 所示的青铜在接触弹片 (contact spring) 受压超过了性能极限时的拉伸、压缩和弯曲应力应变曲线。这些曲线的限制(Dert-ermination)在合适的指定的ASTM 方法下会被覆盖。弯曲包括暴露表面的拉伸和压缩特性,并且这些特性间不存在必然性的对应关系。因此,弯曲应力应变曲线将对在缺少拉伸和压缩数据时接触压力的预测会更有益。如例子C260 所示的那样,压缩曲线在强度上比拉伸曲线更高,但这个相对的顺序不能被认为是一般性的。连接器技术之 4.2.3 强度
  而且,对于冷轧制材料的管理,弯曲歪斜反应常常是相当直接的。如图4.9 也表明了C260 的各向异性。当弹性端子组件被对齐普通(或垂直)长条(strip’s)旋转方向时,可以期待
从合金中得到更高的接触压力。而且在垂直方向上,拉伸曲线比压缩曲线更高,在横向方向上则刚好相反。长条在横向和纵向上的相对强度也由合金与制程所控制。

本文发布于:2023-05-04 22:30:06,感谢您对本站的认可!

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