方案:三号银铜开发案

提案人:任向荣
提案时间:2005.2.12
实验人:任向梅
试验时间:2000.10月

参考资料:
The Science and Engineering of Materials, Second Edition, Donald R. Ask eland, PWS-KENT Publishing Company.
《机械材料》,新修订版,金重勳 博士著,从文书局发行。
科技用书《机械材料》，初版，王木琴编著，台湾从文兴业股份有限公司发行。
机电工程系列丛书，《电火花加工技术》，赵万生主编，哈尔滨工业大学出版社发行。

问题：在对模具钢放电的常规使用下,市场出现纯铜对精密模具的精度要求不能完全满足.
目的:为保证模具尺寸精度,铜电极被要求:
在不影响放电热能的前提下,减少铜材的熔化、气化与抛出蚀除，达到电极本身损耗少的企图。
改善放电后模具穴面的表面粗度，以减少后期抛光量，避免人为影响精度。
设计研究：
由铜—银平衡相图（图一）知，XQ-3#银铜合金在铸造结晶过程中，自液相L的银铜液溶体，当温度降至a点以下并持续下降，固溶体α开始凝固成核并成长晶粒，此为初晶α固溶体，α的数量沿AM线增多，液相L的量沿AE线不断减少。
直到温度低过b点以下，产生了一个单一α相的固态溶液，此为共晶α固溶体。
 合金继续冷却至c点以下，银在α固溶体中呈现过饱和状态，多余的银就以βⅡ 固溶体的第2固相形式从初始的α相中析出，随着温度的继续降低，α固溶体的溶解度逐渐减小，因此这一析出过程将不断进行，α相和β相的成分分别沿MF线和NG线变化。
 晶界的晶格能较高，故βⅡ优先从α相之晶界析出，其次是从晶粒内的缺陷部位析出，由于固态下的原子扩散能力小，析出的次生相不易长大，较为细小。如图二（b）所示，其金相应与过共晶铅—锡合金的组织结构具有相似倾向。
注：（1）降温至c点以下的析出过程亦称为二次结晶，析出的相称为次生相，次生的β固溶体以βⅡ表示，以区别于从液体中直接析出的β固溶体。
    （2）因银的含量低，不足以出现亚共晶组织，对微量元素可视为杂质状态存在。
对于加入元素，须考虑导电率下降不多的前提，遍观周期表，因银之导电度与导热度占金属元素中的首位，故试验微量白银的添加。由图三中，含银量对导电率的变化，理论计算可知，电导率下降有限。另含银铜具有较高的耐氧化性。
注：（1）各种金属材料被电火花加工的难易程度依次为：钨、铜、银、钼、铝、钽、铂、铁、镍、不锈钢、钛。
当脉冲放电能量相同时，金属的熔点、沸点、比热、熔化热、汽化热愈高，则电蚀量愈小，其加工的难度就愈大。
热导率愈大的金属，由于较多地把瞬时产生的热量传导散失到其他部位，因而降低了本身的蚀除量，也不易加工。

 作为被放电者，铜比银难加工。虽然银拥有略优的导热率，但不足以祢补其熔点太底的影响，所以较少的热能就容易地将银蚀除。
四、结果分析：
正极、负极受电子、正离子撞击的能量、热量不同，不同电极材料的熔点、气化点不同，脉冲宽度、脉冲电流大小不同，正、负电极上被抛出材料的数量也不会相同；产品的主要目的在于比纯铜进一步地提高放电精度，故研究方向为热损耗须少。
对银铜从材料的单一角度来看：
见图一，熔点只下降很少，估计约0.630C。
对含银杂质的铜，由电导率的理论推算知，导电率和导热率比纯铜略下降一些，将造成电极发热较多。
 银铜的理论损耗在单位时间内应比纯铜稍微增加。     实物结果却相反！
从工艺的角度观之：
由大量实验资料来看，每次电火化腐蚀的微观过程是电场力、磁力、热力、流体动力、电化学和胶体化学等综合的过程。
（1）火花加工机理：
 a.极间介质的电离、击穿，形成放电通道：
极间介质（工具电极、工件）是主要关心点，其重要影响为放电通道内数量大体相等的正离子、负离子及中性原子组成，正负粒子反向高速运动，碰撞生热。
在放电过程中，伴随一系列衍生现象，其中有热效应、电磁效应、光效应、声效应及频率范围很宽的电磁辐射和爆炸冲击波等。
b.介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀：
  因银铜熔点下降极少，约0.630C，电极材料的熔化和抛出的效应“变化量”，几乎可以忽略。
c.电极材料的抛出：
材料抛出是热爆炸力、电动力、流体动力等综合作用的结果。
工作液因热分解产生金属碳化物的胶团粒，在电场作用下移动向电极表面并吸附，形成碳黑膜。
  d.极间介质的消电离：
脉冲间隔（脉间）过间过程，来不及消电离和恢复绝缘体，容易电弧放电，烧伤工具和工件，脉间过久，将降低加工生产率。
抬刀排渣距离是为了电蚀产物排除来保障绝缘和及时散热来降低带电粒子自由能，使消电离过程充分。
 （2）因导电率、导热率略下降，脉冲电流密度下降幅度接近3%，从电能转变为正负粒子动能碰撞再转变成热能的电流效应幅度随之下降，由于能量在转换型式时发生辐射逸失，根据质能守恒定律，主能量因部分逸失而减少，电极表面温度随之下降，进而减少了电极的热损耗。
   注：在正离子、负离子的放电流量通道内
由量子力学知，光既是电磁波，也是具有能量动量的粒子，呈现波粒二向性，粒子性的能量，在原子发光过程，是以电子在不同能阶（稳定轨道态）之间不连续的跃进，表现出光波频率。（可由光谱线知之）
电子在能阶间跃迁过程中，发生光诱导磁效应，而电场和磁场的交互变化产生电磁波辐射。
机床的自动进给控制系统会保持放电间隙不变，因电极自身微观损耗已减少，热膨胀和局部微爆炸将迫使工件的蚀除增加，此间隙热爆的强迫蚀除增加量大于能量辐射逸失的熔蚀减少量，从巨观看，即有利于生产率的增加。
观察平衡相图，在铸造后的冷却过程，当温度低过G点以下，可明显发现βⅡ相中的较多数占据于晶界，其阻碍了进一步的α相晶粒成长，起到了晶粒细化的效果，这提高了电极的表面光洁度。
同时，βⅡ相产生了散布强化的效果，使合金的强度增加，硬度也相对提升。
因铜—银合金在铸造时易引起偏析，故于冶炼过程须采取防治手段，来取得均质化。