CN101586200A - 一种铸造铜铬合金及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铸造铜铬合金及制备方法，其特征在于，按质量百分比，包括下述组分：铜铬中间合金6.5－13％，其余为铜；其中铜铬中间合金包含4％质量的铬；力学性能：抗拉强度бb为260－415MPa；延伸率δ为20－37％；硬度HB为93－130；导电率IACS为80－95％。该铸造铜铬合金经过铸造熔炼，随后进行热处理及时效处理。与现有铸铜铬0.3、或0.5合金相比：本发明通过制备铜铬中间合金来获得0.28～0.52％低铬含量的铸造铜铬合金，抗拉强度增大了21％，导电率增大了15％。可满足高压电器产品的特殊性能需求。

Description

一种铸造铜铬合金及制备方法
技术领域
本发明涉及一种铸造铜铬合金及制备方法，特别涉及一种用于高压电器产品导电零件的铸造铜铬合金及制备方法。
背景技术
在高压电器产品中，用作导电的零件目前大多选用铝硅系铸造合金，如ZL101H-T6，其材料的力学性能要求和导电性能要求为：抗拉强度(бb)226MPa、延伸率(δ)3％、布氏硬度(HB)75；导电率(IACS)36％。但是有一些导电零件根据其使用部位的不同，要求有较高的导电性能。为了满足高压电器产品的特殊性能要求，需要使用一种铸造铜铬合金材料。铜铬合金的选用主要是电导率需要，力学性能要求超过铝硅合金ZL101H-T6均可。
纯铜的突击特点是具有优异的导电、导热性能，加入铬元素是为了得到较高的力学性能和保持高的导电性能。而在铸造铜铬合金中铬含量过高直接影响合金液流动性、氧化和吸气，很容易产生缩孔、气孔、裂纹等铸造缺陷。另一方面铬元素在铜中的最大溶解度为0.7％，当铜中加入的元素超过它的最大溶解度以后，便会出现过剩相。它们多为硬而脆的金属化合物，数量少时可使强度提高，塑性降低，数量多时会使强度和塑性同时大大降低。
现有的一种铸铜铬0.3合金(ZCuCr0.3)，铬含量在0.15～0.45％；抗拉强度(бb)216MPa、延伸率(δ)20％、布氏硬度(HB)65；导电率(IACS)80％；ZCuCr0.3的合金性能不能满足高压电气产品要求-抗拉强度偏低。而另一种铸铜铬0.5合金(ZCuCr0.5)可满足高压电气产品抗拉强度要求，但是该铸造合金的铸造工艺性很差，零件的全过程合格率只有35％。
发明内容
本发明的目的是提供一种铸造铜铬合金及制备方法：使制备出的铜铬合金材料具备高强度、高导电性，铸造工艺性好，零件加工过程合格率高，满足高压电器产品导体零件的使用性能需求。
为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：
一种具有高抗拉强度的铸造铜铬合金，其特征在于，按质量百分比，包括下述组分：铜铬中间合金6.5-13％，其余为铜；力学性能：抗拉强度бb为260-415MPa；延伸率δ为20-37％；硬度HB为93-130；导电率IACS为80-95％；所述铜铬中间合金包含4％质量的铬。
上述具有高抗拉强度的铸造铜铬合金的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
(1)先制备铜铬中间合金，按质量百分比，称取铬4％，余量为阴极铜，放入石墨坩埚中置于感应炉升温至1250℃以上，待充分熔化后，搅拌均匀，冷却得到铜铬中间合金；
(2)按质量百分比，称取步骤(1)所得铜铬中间合金6.5-13％，余量为阴极铜，把称好的两种炉料按照阴极铜、铜铬中间合金，依次加入石墨坩埚中置于感应炉升温至1250-1350℃，当炉料全部熔化完后，充分搅拌，然后加入脱氧剂；浇注铜铬合金铸件；
(3)对铸件进行固溶处理：处理温度为950℃-1000℃，保温1-2小时，然后快速入水激冷；
(4)对铸件进行时效处理：处理温度为450-480℃，保温6-8小时，自然冷却后即得到高抗拉强度的铸造铜铬合金。
上述方法中，所述的阴极铜，杂质铅的质量百分含量不大于0.015％。杂质磷的质量百分含量不大于0.04％。所述的脱氧剂为铜镁合金，加入量为炉料质量的0.4％。
与现有的ZCuCr0.3、ZCuCr0.5合金相比，本发明通过先制备铜铬中间合金来获得添加0.28～0.52％高铬含量的铸造铜铬合金，使铸造工艺性能得到改善，产品抗拉强度增大了21％，导电率增大了15％。可满足高压电器产品导电零件的特殊性能需求，零件加工过程合格率达75％以上。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
具有高抗拉强度的铸造铜铬合金，按质量百分比，包括下述组分：铜铬中间合金6.5-13％，其余为阴极铜；所述铜铬中间合金包含4％质量的铬。具体组成参见表1
表1
Figure A20091002302300051
表1组成的铸造铜铬合金的制备方法：
(1)首先制备铜铬中间合金，按质量百分比，称取铬4％，余量为阴极铜，放入石墨坩埚中置于感应炉升温至1250-1300℃，待充分熔化后，冷却得到铜铬中间合金；
(2)然后按表1中的具体组成称取以上步骤所得中间合金锭，余量为阴极铜，把称配好的两种炉料按照阴极铜、铜铬中间合金，依次加入石墨坩埚中置于感应炉升温，当炉料全部熔化完后，充分搅拌半小时以上，然后加入脱氧剂；测含气性合格后，扒渣、浇注铜铬合金铸件；脱氧剂采用牌号为CuMg10的铜镁合金、牌号为CuTi20的铜钛合金、或者牌号为CuB3的铜硼合金，加入量为炉料质量的0.4-1.0％；
(3)对铸件进行热处理(固溶处理)后快速入水激冷；
(4)对铸件进行时效处理：自然冷却后即得到高抗拉强度的铸造铜铬合金。
上述步骤具体实施例的工艺参数参见表1。所采用的阴极铜，杂质铅的质量百分含量不大于0.015％；杂质磷的质量百分含量不大于0.04％。
本发明熔炼过程所使用的感应电炉为中频感应电炉；配制炉料应注意清洁，不得有油污、水分、泥砂等杂物。熔炼用工具：夹料钳、搅捧、铸模、热电偶等。
试验用的设备、仪器：力学性能检测-60吨拉力试验机、导电率检测-涡流导电率测定仪、硬度检测-无损硬度检测计。
本发明按照表1组成及不同工艺参数制备了六例铸造铜铬合金，材料性能如表2所示。
表2
铜铬合金代号   强度бbMPa   延伸率δ％   硬度HBS   导电率％
  合金1   260   30   118   95
  合金2   365   25   130   91
  合金3   261   25   93   93
  合金4   266   37   110   85
  合金5   300   20   128   86
  合金6   415   20   131   87
  铸铜铬0.3合金   216   20   65   80
  铸铜铬0.5合金   343   10   100   80
从表2可看出，同现有合金中的规定相近牌号性能相比：本发明铸造铜铬合金导电性能提高了15％，延伸率提高了近20％，硬度提高了30％；抗拉强度提高了21％。
根据本发明制备方法提供的用于高压电器产品的铸造铜铬合金，不但具有优异的抗拉强度、延伸率、硬度和导电率(表2)，而且还具有良好的制造工艺性能，

Claims (6)

1.一种铸造铜铬合金，其特征在于，按质量百分比，包括下述组分：铜铬中间合金6.5-13％，其余为铜；力学性能：抗拉强度6b为260-415MPa；延伸率δ为20-37％；硬度HB为93-130；导电率IACS为80-95％；所述铜铬中间合金包含4％质量的铬。
2、一种权利要求1所述铸造铜铬合金的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
(1)先制备铜铬中间合金，按质量百分比，称取铬4％，余量为阴极铜，放入石墨坩埚中置于感应炉升温至1250℃以上，待充分熔化后，搅拌均匀，冷却得到铜铬中间合金；
(2)按质量百分比，称取步骤(1)所得铜铬中间合金6.5-13％，余量为阴极铜，把称好的两种炉料按照阴极铜、铜铬中间合金，依次加入石墨坩埚中置于感应炉升温至1250-1350℃，当炉料全部熔化完后，充分搅拌，然后加入脱氧剂，浇注铜铬合金铸件；
(3)对铸件进行固溶处理：处理温度为950℃-1000℃，保温1-2小时，然后快速入水激冷；
(4)对铸件进行时效处理：处理温度为450-480℃，保温6-8小时，自然冷却后即得到高抗拉强度的铸造铜铬合金。
3、如权利要求2所述的权利要求1所述铸造铜铬合金的制备方法，其特征在于，所述的阴极铜，杂质铅的质量百分含量不大于0.015％。
4、如权利要求2所述的权利要求1所述铸造铜铬合金的制备方法，其特征在于，所述的阴极铜，杂质磷的质量百分含量不大于0.04％。
5、如权利要求2所述的权利要求1所述铸造铜铬合金的制备方法，其特征在于，所述的脱氧剂采用牌号为CuMg10的铜镁合金、牌号为CuTi20的铜钛合金、或者牌号为CuB3的铜硼合金，加入量为炉料质量的0.4-1.0％。
6、如权利要求2所述的权利要求1所述铸造铜铬合金的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述充分搅拌至少搅拌半小时。
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