Медь-титан c19900 cuti

Когда видишь маркировку CuTi, кажется, будто имеешь дело с очередной вариацией бериллиевой бронзы — ан нет. C19900 в этом плане материал капризный, особенно если пытаться гнаться за пресловутой электропроводностью без учёта деформационных свойств. Многие ошибочно полагают, что легирование титаном автоматически даёт эффект упрочнения, сравнимый с CuCrZr, но на практике фазовая стабильность здесь совсем иная.

Структурные особенности C19900

В наших экспериментах на производстве ООО 'Сучжоу Ляньсинь Новые материалы и технологии' выяснилась любопытная деталь: при содержании титана 0.8-1.2% образуются дисперсные выделения Cu4Ti, но их распределение сильно зависит от скорости охлаждения. Один раз пришлось переделывать партию прутков из-за сегрегации по оси прокатки — виной оказался слишком резкий отжиг после горячей деформации.

Заметил, что многие технологи недооценивают роль кобальта в этом сплаве. Его добавка 0.2-0.5% не просто стабилизирует структуру, а принципиально меняет кинетику распада пересыщенного твёрдого раствора. Кстати, именно этот нюанс стал ключевым при разработке штамповочных матриц для нашего китайского партнёра — без корректировки режима старения получали неравномерную твёрдость по сечению.

Что касается электропроводности — да, 75% IACS декларируется, но мы в лаборатории видим стабильные 72-78% только после двухстадийного старения. Причём вторая стадия при 450°C даёт неожиданный эффект: прочность падает на 5-7%, но пластичность и электропроводность растут. Для контактных элементов это иногда важнее, чем абсолютные значения прочности.

Технологические сложности при обработке

Холодная прокатка ленты из C19900 требует особого подхода к смазочно-охлаждающим жидкостям. Стандартные составы для медных сплавов здесь не работают — появляются риски выкрашивания кромок. Пришлось совместно с технологами разрабатывать специальную эмульсию с добавлением сернистых присадок, но и это не панацея: при толщинах менее 0.3 мм всё равно наблюдаем неравномерность деформации.

Сварка — отдельная история. Лазерная сварка даёт приемлемые результаты только при содержании кислорода менее 5 ppm, иначе в шве образуются хрупкие фазы. Мы в ООО 'Ляньсинь' для ответственных соединений используем электронно-лучевую сварку в вакууме, но это, конечно, удорожает процесс. Для массового производства приходится искать компромиссы.

Нагревательные элементы из этого сплава показывают интересное поведение: при циклическом нагреве до 300°C наблюдается своеобразное 'самоотпускание' — твёрдость немного снижается, но стабилизируется после 50-60 циклов. Это важно учитывать при проектировании термоузлов, иначе возможен преждевременный выход из строя.

Практические кейсы применения

В прошлом году поставили партию прутков C19900 для производства контактных стержней в вакуумных выключателях. Заказчик жаловался на трещины при холодной высадке — оказалось, проблема в исходной структуре. Пришлось пересмотреть режим гомогенизации: вместо стандартных 2 часов при 800°C перешли на 4 часа при 750°C с последующим контролируемым охлаждением.

Интересный опыт получили при изготовлении радиаторных пластин для мощных IGBT-модулей. Требовалась стабильная теплопроводность не менее 320 Вт/м·К при сохранении прочности после пайки. Стандартные сплавы меди не выдерживали температурный режим пайки — либо разупрочнялись, либо деформировались. C19900 показал себя оптимальным, но пришлось разработать специальный защитный газовый состав для предотвращения окисления титана.

Для пружинных контактов в разъёмах военной техники этот сплав — одно из немногих решений, сочетающих упругие свойства и стойкость к вибрациям. Правда, пришлось отказаться от химического полирования в пользу электролитического — выявлялись микротрещины по границам зёрен.

Сравнение с альтернативными материалами

Если сравнивать с бериллиевой бронзой — C19900 проигрывает в пределе текучести (у нас получалось максимум 850 МПА против 1200 у CuBe2), но выигрывает в температурной стабильности. При длительной работе при 250°C бериллиевые сплавы начинают рекристаллизоваться, а CuTi сохраняет структуру.

Против хром-циркониевой меди — здесь паритет. CuCrZr лучше по электропроводности (до 85% IACS), но хуже по стабильности механических свойств после термоциклирования. Для статических контактов лучше выбирать хром-циркониевую медь, для динамических — C19900.

С никель-кремниевой медью конкуренция особая. CuNiSi даёт лучшую обрабатываемость резанием, но проигрывает в стойкости к электроэрозии. Для деталей, работающих в условиях искрения, наш выбор — определённо CuTi.

Перспективы и ограничения

Сейчас экспериментируем с легированием микродобавками редкоземельных элементов — церия и лантана. Предварительные результаты обнадёживают: зерно мельчает, а электропроводность падает незначительно. Но стоимость обработки возрастает на 15-20%, что для массового производства критично.

Основное ограничение — высокая чувствительность к режимам термической обработки. Малейшее отклонение от температурного графика — и получаем либо недогрев с сохранением избыточного твёрдого раствора, либо перегрев с коагуляцией выделений. Технологам приходится постоянно мониторить печи.

На сайте https://www.lianxin-metal.ru мы разместили обновлённые техкарты по обработке C19900 — добавили раздел по особенностям шлифования. Оказалось, что обычные абразивы дают повышенный разогрев кромки, что приводит к локальному отпуску. Пришлось подбирать специальные круги с пониженной тепловой нагрузкой.