铍铜合金中铍元素化学活性高,在高温熔炼、铸造情况下合金氧化、吸气严重,导致铸锭成品率低,产生气孔、起皮、夹杂、偏析等缺陷,国内外从事铍铜事业的工程技术人员虽进行了大量研究,尝试了多种途径,但收效不大。

       稀土元素早已因其优良特性而广泛应用于冶金(主要是钢铁、铝合金、锌合金、镁合金)、石油、化工、玻璃、陶瓷、荧光材料、农业、医药中,但在国内外铍铜行业未见有其相关应用报道。故笔者以此文抛砖引玉,以期铍铜能帮助身边越来越多的朋友！

稀土在铍铜合金中的作用

一、稀土在铍铜合金中的物理化学作用

      1、细化晶粒稀土元素Ce,La,Y(除Nd外)能明显细化晶粒,从而改善铜的机械性能。用不同稀土元素处理后,合金的晶粒尺寸发生明显变化

      2、脱氧稀土金属化学活性高,高温下极易与氧化合生成氧化物,显著提高抗氧化性能。这

是由于添加稀土以后,氧化激活能提高了,导致了氧化速度降低。

      3、脱硫稀土与硫作用,G<<0,具有很大的热稳定性。加入稀土,能使条状硫化物呈球状分布,起了变性作用,从而使性能得到改善。稀土硫化物熔点高,大多在2000℃左右,这些化合物的密度低于铜,在金属液凝固以前以固态析出。

      4、在稀土对硫化物合适的“组织控制”、“形态控制”的变性作用下,或适当的比值下,条状硫化物呈球状分布,可以克服条状硫化物产生的合金性能方向性,克服焊接特别是厚板焊接热影响区的层状撕裂,改善铍铜的热加工性能

      5、与氢的作用稀土不但有相当大的贮氢能力,而且能形成两种氢化物(RH2-х,RH8-х),这样能大大降低铸锭的气孔率。

      6、与低熔点杂质的作用原材料工业电解铜中常含有O,S,Pb,Bi和As等杂质,O和S与Cu生成(Cu+Cu2O)和(Cu+Cu2S)共晶体,这两种共晶体均为脆性相,加工时易引起“冷脆”性,影响加工性能;Pb和Bi与Cu生成低熔点化合物(Cu+Pb)和(Cu+Bi),沿晶界呈网状分布,在热轧时引起开裂,即所谓的“热脆性”。稀土金属活性高,高温下极易与O和S化合生成氧化物、硫化物及氧硫化物;与低熔点的Pb和Bi生成高熔点的稳定化合物,这些化合物的密度低于铜,因此易上浮排除,起净化作用。

     7、改变夹杂物的形貌将不同稀土添加量的铜进行定量分析,未加稀土元素前,夹杂物多为不规则棱角形的Cu2O和Cu2S,当稀土增至0.05%时,部分夹杂物已球化;当增至0.32%时,夹杂物全部球化,稀土夹杂物取代了Cu2O和Cu2S,使夹杂物由固溶态变为稀土化合物析出,从而排除或降低夹杂物的有害作用,提高铍铜合金的成品率、电导率。

稀土对铍铜合金工艺性能的影响

     1、对粘度和流动性的影响稀土能使金属液粘度变小,流动性增加,从而使铸锭表面质量得到改善。

     2、防止偏析合金中由于铍、铜各组成物的比重差较大,在液态下将会出现分层液析现象,造成上下区域化学成分的不均匀,加之搅拌不充分,即可能形成比重偏析,使得铸锭铍、镍的上下成分有一定差异。造成铸锭各部分机械性能、物理性能及抗腐性等的不同;使加工发生困难。稀土能有效防止偏析,效果优于镍,可消除铍偏析。

     3、对铍铜合金性能的影响由于稀土具有上述净化、除杂、改变夹杂物形态和细化晶粒等效果,使铍铜合金性能得到改善:提高合金的机械性能、改善高温塑性、消除或减轻加工时造成的困难,从而改善铍铜合金的导电、导热、耐腐蚀、焊接及高温抗氧化性能。

稀土加入铍铜合金中的方法及问题分析

    1、稀土在铍铜合金中的应用,以Y的效果最好,但价格高;混合稀土较单一稀土便宜,所以常用混合稀土金属或铜与稀土中间合金。用Cu-RE中间合金较好,价格不高,稀土收率也较高。

    2、稀土含量对夹杂物总面积的影响

    3、Cu-RE中间合金加入效果分析

Cu-RE中间合金应在出炉前加入。稀土的应用,成功与否的关键是加入量要适宜,存留量适当,对合金的各项性能有益,过量反而有害。

稀土对铍铜合金性能影响的结论

    1、从以上的研究、试验可以看出:稀土能成功应用于铍铜合金中,其作用与理论分析相符;

    2、Cu-RE中间合金应在出炉前加入,减少烧损,提高收率;

    3、从表3可以看出:Cu-RE中间合金在铍铜合金中的最佳加入量为0.1%～0.12%,在此加入量时,铍铜合金的各项性能都有很大程度的提高,且铸锭缺陷明显减少;

    4、Cu-RE中间合金在铍铜合金中的加入量不足,达不到应用目的,过量反而有害。

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