Copper-Nickel-Silicon-Chromium合金模具工具bet188娱乐城

有很多工业用途高强度、高导电率合金。铜,纯粹的形式,提供了高导电性,但强度不足对于许多工业应用,如注塑核心和蛀牙。bet188娱乐城合金铜与铝和锡等元素提高了强度,但严重恶化电导率。20世纪的一个铜合金系统开发提供良好的强度和电导率是铜镍硅系统。

1928年,这个铜metal-silicide合金系统专利由Michael Corson.1它后来被称为科森青铜。在这种合金,硅化镍-,-或钴铬。铜,一个小的硅和镍或钴的化学计量比1:2的结果形成的硅化X2Si显著加强影响copper-while保持温度和电导率接近纯铜的。同样,将形成一个铬Cr2Si3硅化物。然而,布氏硬度只有135 75 (HRB),简单的硅化物系统发现有限使用。

合金系统发现广泛应用在塑料模具行业的介绍铜alloy2含有镍和铬硅化物。bet188娱乐城两级老化过程,这种合金提供了超过92 HRB硬度和导电率超过200 W / m / K。这种合金有爹妈指定C18000,近似成分按重量2.5%的镍,0.75%的硅,0.4%的铬和铜的平衡。

修改C18000通过增加镍浓度约为7%,硅2%按重量导致更高的力量科森青铜(表示本文为铜镍硅化物,CNS-V版本5)。3 29 HRC硬度和热导率约140 W / m / K造成部分大于25毫米,合金发现应用程序作为替代P-20等模具合金工具钢和C17200铜铍。bet188娱乐城这种合金系统相当年轻,回顾其物理和机械性能将帮助moldmakers更好地了解其应用,优点和局限性。bet188娱乐城这些与其他常见模具材料来帮助设计师在使用这种合金模具工具。bet188娱乐城

表1
财产	测试方法
导电性	ASTM E 1004
热扩散率	ASTM E 1461
热容	ASTM E 1269
硬度	384年ASTM E, E, E
拉伸性能	111年ASTM E, E
抗压强度	ASTM E 9
冲击强度	ASTM E 23
疲劳强度	旋转疲劳*
测量的物理性质和ASTM测试方法。*没有发表的ASTM测试方法。表由刷Wellman。

热导率的背景

CNS-V的主要属性,使得它吸引模具行业是其高导热系数(高强度工具钢)提供的很容易。bet188娱乐城与导电率超过5倍普通工具钢、合金可用于注塑模具核心和腔应用程序删除热点,减少翘曲和减少周期时间。bet188娱乐城4、5整体效果更好的生产力。

演示的冷却效率高导电性模具材料,进行了一个案例研究聚碳酸酯眼科镜头被塑造在24 W / m / K(14个Btu /人bet188娱乐城力资源/英尺/°F) 420不锈钢插入和130 W / m / K(75英热单位/人力资源/英尺/°F) C17200铜合金插入。聚碳酸酯镜片是2毫米厚,形成从一个眼科级聚碳酸酯注射310°C。流传的冷却水55°C。Thermographic镜头的图像逐出模具所示bet188娱乐城图1所示。图像显示,即使冷却周期短(10比25秒)60%,高电导率比不锈钢模具模具提供了更多的冷却。bet188娱乐城

测试过程评估模具合金bet188娱乐城

属性在一个或多个测量样品CNS-V和各自的ASTM测试方法在表1中给出。只有旋转疲劳测试缺乏一个公认的测试程序。这个测试是由旋转杆与减少半节而应用固定轴上的时刻(见图2)。这导致一个完全扭转载荷(R = 1)的中心测试杆。这个测试被称为RR摩尔测试后,这种类型的设备制造商。

表2
财产	单位	CNS-V	C17200 LH	C96970 CuNiSn	符合美国钢铁协会的 P-20
硬度	人权组织	28	30.	29日	32
拉伸屈服强度	MPa	790年	770年	720年	895年
抗压屈服	MPa	827年	850年	790年	850年
极限抗拉力气	MPa	880年	960年	770年	1020年
伸长	3 d %	7	15	6	20.
弹性模量	平均绩点	137年	137年	125年	205年
107年疲劳强度	MPa	275年	345年	250年	- - -
夏比能量	J	< 7	8-20	19	30.
热导率@ 100°C	W / m / K	160年	155年	67年	29日
热容	J /公斤/ K	410年	435年	390年	460年
导电性@ 20°C	/ m女士	18 - 20	16 - 20	8.0	- - -
密度@ 20°C	公斤/立方米	8690年	8320年	8940年	7800年
有用的几个模具合金的性质。bet188娱乐城

微观结构

一个扫描电子显微镜照相术(背散射电子图像)的抛光CNS-V示例所示图3。大10微米区域Ni2Si粒子,而较小的黑暗地区Cr2Si3粒子。材料的光学显微照片显示了在260 x图4。另一个在50 x光学显微照片,所示图5显示更大(100微米)Ni2Si粒子在钢板的轧制方向拉长。在大部分,最好的显微结构的质量,可以期望从这个合金是如图4所示。在许多情况下,这种材料将包含大量沉淀从而影响疲劳强度,韧性和表面光洁度。

电导率测试结果

的导电性取决于材料的热处理。合金达到其最小电导率(强度)固溶退火后,最初的热加工后热处理。附近的导电率18.0 MS / m (31% IACS)和最大强度达到老化后中间温度。图6显示了导电性和抗拉强度之间的关系一个热材料,经历了几个不同的过时效热处理超过峰值强度。

三个样品的热导率测量。样本来自不同的两个方向相同的板:一个正常的和一个垂直于表面。这个盘子的室温电导率为18.0 MS / m (31% IACS)和28的名义硬度HRC。其他样品的室温电导率为19.7 MS / m (34% IACS)和26 HRC硬度。

导热系数从18.0 MS / m板不同两个方向之间的约2%。在室温下,热导率计算是140 W / m / K(81英热单位/人力资源/英尺/°F)。这个收益率洛伦茨number6 2.65 x可W-ohm / K2。19.7 / m女士样品的室温导热系数162 W / m / K(94英热单位/人力资源/英尺/°F)。这个收益率洛伦兹数为2.78 x可W-ohm / K2。这洛伦兹数是一致的与其他铜合金,并允许电导率的测量提供了一个良好的导热系数的近似。

像大多数铜合金在室温附近,导热系数随温度增加而增大。在150°C, 18.0 / m女士样品电导率达到174 W / m / K(100英热单位/人力资源/英尺/°F)。19.7 / m女士样品达到198 W / m / K(114英热单位/人力资源/英尺/°F)。图中给出了导热系数的温度依赖性图718.0 / m女士样本。

机械测试结果

最高的机械性能测量在商业CNS-V样本883 MPa (128 ksi)极限抗拉强度,800 MPa (116 ksi)屈服强度在0.2%抵消和29.0 HRC。这个样品的测量伸长7.5%,其导电性是18 / m女士(31% IACS)。

图8展示了硬度和终极和产量之间的相关性拉伸性能来源于各种热处理的50毫米板。这些数据是一致的合金的硬度达到29 HRC 883 MPa的抗拉强度和屈服强度800 MPa。

洛氏硬度C的直方图显示在其他两个供应商图9。所有的读数超过29 HRC。最难的商用材料测试平均27.9 HRC。布氏硬度测试板的平均281.4 HBW。转换为HRC / ASTM E 140,表1是29.4。洛氏硬度测量平均通常较低,显示更大的变化。这可能是由于更大的布氏硬度计压头接触更多的困难比C洛氏硬度计压头硅化物。

图10显示了一个“SN”(压力、周期数)疲劳CNS-V图和C17200铜铍。图显示CNS-V疲劳强度略低于铜铍。CNS-V,两个样本/压力测量并显示最高的循环计数。铜铍是典型值的数据来源于一组更大的平均价值。

比较与其他模具合金bet188娱乐城

几个物理性质的比较常见的模具合金所示bet188娱乐城表2。C17200 LH是过度时效的C17200铜铍。C969707是爹妈C96970 Cu-Ni-Sn旋节线硬合金。符合美国钢铁协会的P-20 Cr-Ni-Mo工具钢。所有这些合金都在26 - 32 HRC硬度范围内提供。总结了硬度和热导率图11。

P-20来自发表数据表的数据。CNS-V的数据来自一个小数量的测量在一些商用材料(大约50毫米厚板)和一些发展材料。除了使用范围的地方,这些数据代表了“一流”样本的属性。拉伸和C96970 CVN数据平均值为大量生产样品。铍铜的强度数据的平均值是大量生产的样品。所有铜合金的压缩和热导率数据从一个小数量的样品(从1到3)。

应用程序

以其高强度和导电性,CNS-V有很多应用在模具行业。bet188娱乐城在吹塑可以用作夹bet188娱乐城止,颈环和处理插入。在注塑模具中,常见的应用包bet188娱乐城括核心,插入和幻灯片。其他用途包括浇口衬套和喷射器别针。由于其高上工作温度(425°C),它也可以成功地用于热流道喷嘴;虽然作为一个高铜合金,它是容易氧化在高温腐蚀。

结论

CNS-V合金系统能够实现最大硬度约29 HRC的热导率超过138 W / m / K。与铜铍显示在应用程序可能是一个合适的替代强度和硬度不是至关重要的。然而,铜铍略高强度在类似的电导率。也不像铜铍的40 HRC硬度、CNS-V似乎并不能够持续提供硬度超过28 HRC。CNS-V确有优势的上层操作温度425°C, C17200铜铍仅限于温度低于315°F。

读:网络研讨会回顾:一看铜合金模具bet188娱乐城

这篇文章没有处理供应商的能力提供大部分的合金。目前没有商业供应商提供部分比4英寸厚。经验表明,大部分(最小截面大于6英寸)不会产生由于均匀加热和冷却的困难在热处理等部分。

引用

1. 美国专利1658186年,迈克尔•科森1928年2月7日。
2. 铝铁青铜合金940®,现给出指定C18000。沃尔特Edens昆汀Ingerson, 4260435年美国专利,1981年4月7日。
3. 铜镍硅商业化其他的版本比最初的发明(C64700)和C18000铸版含镍2%和1%与10%镍铬和一篇作文,太脆使用。
4. 保罗•Englemann埃里克·道金斯Jay鞋匠和迈克尔Monfroe”应用铜合金使用新模具冷却软件,“SPE ANTEC诉讼,(1996)。bet188娱乐城
5. 保罗Englemann,埃里克·道金斯”与铜钢核心:过程性能,温度资料和翘曲,“SPE ANTEC学报,(1997)。
6. 洛伦兹数,L,量化之间的比例的导电性和导热性κ= LTσ,κ的导热系数,T是绝对温度和电导率σ。
7. 刷Wellman专用合金MoldMAX XL®。bet188娱乐城