CN101717875A - 一种鉻青铜合金材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铬青铜合金材料及其制备方法，它是由以下物质组成，铬、锡、钛、稀土0.006～0.012％、铜98.518～99.394％组成，所述一种铬青铜合金材料的制备方法，包括配料、熔炼、铸造、挤压、拉伸、矫直、成品检验检测制造步骤，通过上述铬青铜合金材料及其制备方法，所制备的铬青铜合金材料弹性恢复能力好，晶粒度较小，而且在工艺中采用了先进的工艺方法，使得铬青铜合金材料的质量大大提高，同时还延长了加工设备的使用寿命。

Description

一种鉻青铜合金材料及其制备方法

技术领域

本发明属于合金材料制造领域，特别涉及一种鉻青铜合金材料及其制备方法。

背景技术

鉻青铜合金是广泛应用于高压、超高压、特高压电力领域中的触头元件，自2007年起，我国已经进入了特高压建设的“黄金年”，预计我国将在“十一五”到“十二五”初，我国将建设纵贯南北的双回路百万伏输电通道，建设百万伏变电站20座，这将极大的促进合金制造业的发展。目前，市场上销售的各种鉻青铜合金导电性能好，是电器工业制作电极、整流子早先的优秀材料，但是随着实际应用，现在的产品弹性恢复能力较差，晶粒度较大是此材料最大缺陷，严重影响了电力的发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种产品弹性恢复能力好，晶粒度较小的鉻青铜合金材料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明的解决方案是：一种鉻青铜合金材料，它是由以下物质按照重量百分比配比组成，

鉻0.40～1.10％      锡0.15～0.25％    钛0.05～0.12％

稀土0.006～0.012％  铜98.518～99.394％

所述一种鉻青铜合金材料的制备方法，是由以下步骤完成的：

一、配料

选用1号电解铜98.518～99.394％，铬0.40～1.10％，锡：0.15～0.25，钛：0.05～0.12％，稀稀土0.006～0.012％为原料；

二、熔炼

将步骤一中准备好的原料电解铜投入到1吨中频电炉熔炼，电炉功率500千瓦，熔炼温度1340℃，然后再加入铬、锡、钛、稀土，均匀化搅拌，同时检测铬、锡、钛、稀土含量；

三、铸造

将步骤二制熔炼所得的产品进行半自动连续振动铸造，铸造温度在1280℃，铸造速度：4m～5m/h，铸造水压在开始时候为0.5kg/cm²，逐步变为0.5kg/cm²～1.0kg/cm²，将产品铸造成Ф(145～245)×L mm的铜锭，然后在铜锭上覆盖烟灰作为覆盖剂，然后由带式锯床将每块锯切为长度350mm的铜锭；

四、挤压

将步骤三中切割好的铜锭放入到500千瓦中频加热炉内，加热温度为850℃～900℃，加热后的铜锭再用反向挤压方式，挤压成Ф120×Ф190mm×460mm铜棒后进行热处理待用；

五、拉伸

将步骤四制备的钢管用15吨链式拉伸机拉伸为Ф(6～82)×L mm的铜棒待用；

六、矫直

将步骤五中制备的铜棒采用七辊矫直机矫直，矫直规格为Ф(6～80)×Lmm，矫直后待用；

七、成品检验检测

对步骤六矫直的铜棒进行机械检测，检查铜棒的尺寸规格是否达到标准，达到标准的将其经过热处理后包装入库。

上述鉻青铜合金材料及其制备方法，所制备的鉻青铜合金材料弹性恢复能力好，晶粒度较小，而且在工艺中采用了先进的工艺方法，使得鉻青铜合金材料的质量大大提高，同时还延长了加工设备的使用寿命。

在工艺流程中采用了反挤压方法，这和以前的正挤压方法相比，有了很大的进步，在相同的挤压条件下，反向挤压法挤压筒壁与坯料表面之间无相对滑动，不产生摩擦损耗，因而所需要的最大挤压力比正挤压可降低30％～40％，可在较低的温度下挤压有较大挤压比的小断面制品，生产效率提高。所需最大及压力与坯料长度无关，因而可采用长坯料挤压长制品；坯料和挤压筒之间不产生摩擦热，而且变形区体积小，变形热小，因而模孔附近制品的温升小，可采用较高的速度进行挤压，制品表面和边角不易产生裂纹；挤压筒和模具的磨损少，使用寿命长。沿制品截面上和长度上的变形比正挤压时更均匀，因而沿制品截面上和长度上的组织与性能比较均匀。用正挤压法挤压2024-T4合金型材，其头尾端的σb相差100MPa，而用反挤压的仅为30～40Mpa；用正挤压法挤压的2017-T4棒材，其最大粗晶环深度可达8mm，而反挤压时仅为0.5mm，甚至可以消除粗晶环组织。因而反向挤压的成品率可大为提高。反挤压时尾端金属无倒流现象，因而其挤压残料厚度可比正挤压的减少50％以上。1、反向挤压金属流动均匀，故挤出的棒材头尾组织一样，性能均匀。2、反向挤压金属没有反向流动，故挤压出的棒材无缩尾，成品率高。

将现有鉻青铜合金材料和本发明制备的鉻青铜合金材料进行比较

一、以前产品及产品名称：QCr0.5

成分：

物理性能：

1)、弹性模量E＝128GPa

2)、抗拉强度бb＝350MPa

3)、屈服强度(平均值)：250.6MPa

4)、HB平均值≥100

5)、晶粒度≤60μm

6)、导电率：g≈80～85％IACS

优点：导电性能好，是电器工业制作电极、整流子早先优秀材料

缺点：弹性恢复能力教差，晶粒度较大是此材料最大缺陷

二、现在产品及产品名称：QCr0.5B

成分：

物理性能：

1)、弹性模量E＝128GPa

2)、抗拉强度бb＝350MPa

3)、屈服强度(平均值)：250.6MPa

4)、HB平均值≥120

5)、晶粒度≤40μm

6)、导电率：g≈80～85％IACS

从上述对比中我们可以看出，采用本发明制备的鉻青铜合金材料的各项指标都比以前的产品有了明显的提高，HB平均值大大提高，晶粒度明显降低。

对与以前技术的改进，主要包括以下内融：

一、添加锡、钛元素后各性能指标均有显著提高，铬青铜中加入一定比例的锡和钛，可使该合金借TiSn相的沉淀而进一步提高强度，硬度和耐热性；含0.55～0.85％铬、0.15～0.25％锡、0.05～0.12％钛的铬青铜是一种新的高强、耐热导电材料，在250℃以下长时间加热，机械性能和导电性能极小改变

二、在传统熔炼过程中加入微量稀土元素充分净化合金基体(稀土元素是有色金属净化剂)同时充分细化晶粒，获得良好的综合性能。微量稀土元素：稀土添加剂在铜及铜合金中的应用不断扩大，得到人们的共识。生产中将其制成铜-稀土中间合金铸块，这种添加剂具有易破碎、能显著细化铜及铜合金的晶粒组织，改善铜及铜合金材料的性能，提高铜及铜合金的导电、导热性能等综合效果。

添加稀土元素细化机理稀土细化晶粒的作用机理大致有以下几种：

①、形成新晶核的作用稀土在铜及铜合金中能形成多种高熔点化合物，这些能熔化合物的某些极微细颗粒，常悬浮于熔体之中，形成弥散的结晶核心，由于晶核数目显著增多，晶粒因此得到细化。

②、微晶化作用稀土金属和合金产生的微晶化作用的机理，一般认为与稀土元素的原子半径和离子半径性质有关，由于稀土元素原子半径(0.174～0.2)nm比铜的原子半径(0.125nm)要大36％～60％，故稀土原子很容易填补正在生长中的铜或铜合金的晶粒新相的表面缺陷上，生成能阻碍晶粒继续长大的膜，从而使晶粒化为微晶；熔体在冷却凝固时，往往由于位错而引起空穴性缺陷，稀土离子半径较大(0.085～0.106)nm，这与晶格位错形成的空穴大小相同。在金属和合金熔炼时加入稀土，则在凝固过程中，半径合适的稀土离子将填补空穴，使晶体不易继续生长，故所得晶粒不是粒度较大的碎晶，而是以微晶粒为主

③、表面活性物质的选择性吸附加入稀土能使金属或合金熔体的表面张力有所降低，根据Gibbs吸附理论，降低表面能的活性组元将更多地富集在晶界或其它界面。故作为表面活性物质的稀土元素，能优先在成长中的金属或合金新相结晶面上，作选择性的吸附，使晶体的继续长大受到阻碍；由于晶体生长的线速度下降，因而当晶核总数增多时，将伴随着晶粒的细化。

④、增加过冷能力，降低浇铸温度稀土元素对某些合金具有增大过冷能力的作用，利用稀土以降低其铸造温度，这对消除枝晶组织有良好作用，并可达到细化晶粒的作用。

⑤、反应气体的搅拌作用某些金属和合金熔体，在加入稀土时产生大量的反应气体，引起熔体的剧烈翻腾和搅动。这种搅拌作用会促使熔体中可能成为新相晶核的微细质点增多，并成极均匀的弥散分布，从而使结晶组织得到细化。

⑥、向铜中添加混合稀土，即可显著改善铜的工艺性能；加入小于0.1％时，铜的力学性能与工艺性能就有所改善，含0.01％～0.15％La的铜合金的力学性能、电导率、抗软化温度均优于Cu-0.15％Ag合金。

三、铸造过程中采用震动铸造方式其作用是：有强烈搅拌作用，既可均匀液穴溶体的化学成分和温度，减少液穴深度和偏析程度，又可使铸锭周边的结晶组织致密，降低铸锭断面组织的不均匀性，消除冷隔和偏析瘤为下一道挤压工序奠定基础；从而改善机械性能。

具体实施方式

实施例1

选用1号电解铜1000公斤，铬10公斤，锡2公斤，钛1公斤，稀土0.6公斤放入1吨中频电炉熔炼，电炉功率500千瓦，熔炼温度1340℃，先将电解铜温熔炼形成液态金属，然后加入铬、锡、钛、稀土均匀化搅拌，对其检测化学成份，再采用半自动连续振动铸造，铸造温度为1280℃，铸造速度为4.6m/h，铸造水压在开始时候为0.5kg/cm²，正常时为1.0kg/cm²，锻造成规格为Ф145×L(mm)的铜锭，然后用干燥的烟灰作为覆盖剂覆盖在铜锭上以免氧化，再用350mm带式锯床锯切，锯切成规格Ф175×L mm的半成品铜锭，将半成品铜锭放入加热500千瓦中频加热炉，加热温度850℃～900℃进行反向挤压，挤压成青铜棒，再将该青铜棒用15吨链式拉伸机拉伸成规格为Ф(6～81)×L mm铜棒，然后用七辊矫直机矫直，脚之后规格为Ф(6～80)×L mm，最后检查机械性能和表面检查，检查完成后人处理包装入库。

实施例2

选用1号电解铜900公斤，铬9公斤，锡1.8公斤，钛0.9公斤，稀土0.05公斤放入1吨中频电炉熔炼，电炉功率500千瓦，熔炼温度1340℃，先将电解铜温熔炼形成液态金属，然后加入铬、锡、钛、稀土均匀化搅拌，对其检测化学成份，再采用半自动连续振动铸造，铸造温度为1280℃，铸造速度为4.6m/h，铸造水压在开始时候为0.5kg/cm²，正常时为1.0kg/cm²，锻造成规格为Ф175×L(mm)的铜锭，然后用干燥的烟灰作为覆盖剂覆盖在铜锭上以免氧化，再用350mm带式锯床锯切，锯切成规格Ф175×L mm的半成品铜锭，将半成品铜锭放入加热500千瓦中频加热炉，加热温度850℃～900℃进行反向挤压，挤压成青铜棒，再将该青铜棒用15吨链式拉伸机拉伸成规格为Ф(6～81)×L mm铜棒，然后用七辊矫直机矫直，脚之后规格为Ф(6～80)×L mm，最后检查机械性能和表面检查，检查完成后人处理包装入库。

Claims (2)

1.一种鉻青铜合金材料，其特征在于：它是由以下物质按照重量百分比配比组成，

鉻0.40～1.10％      锡0.15～0.25％    钛0.05～0.12％

稀土0.006～0.012％  铜98.518～99.394％

2.根据权利要求1所述的一种鉻青铜合金材料的制备方法，其特征在于：是由以下步骤完成的，

一、配料

选用1号电解铜98.518～99.394％，铬0.40～1.10％，锡：0.15～0.25，钛：0.05～0.12％，稀稀土0.006～0.012％为原料；

二、熔炼

将步骤一中准备好的原料电解铜投入到1吨中频电炉熔炼，电炉功率500千瓦，熔炼温度1340℃，然后再加入铬、锡、钛、稀土，均匀化搅拌，同时检测铬、锡、钛、稀土含量；

三、铸造

将步骤二制熔炼所得的产品进行半自动连续振动铸造，铸造温度在1280℃，铸造速度：4m～5m/h，铸造水压在开始时候为0.5kg/cm²，逐步变为0.5kg/cm²～1.0kg/cm²，将产品铸造成Φ(145～245)×L mm的铜锭，然后在铜锭上覆盖烟灰作为覆盖剂，然后由带式锯床将每块锯切为长度350mm的铜锭；

四、挤压

将步骤三中切割好的铜锭放入到500千瓦中频加热炉内，加热温度为850℃～900℃，加热后的铜锭再用反向挤压方式，挤压成Φ120×Φ190mm×460mm铜棒后进行热处理待用；

五、拉伸

将步骤四制备的钢管用15吨链式拉伸机拉伸为Φ(6～82)×L mm的铜棒待用；

六、矫直

将步骤五中制备的铜棒采用七辊矫直机矫直，矫直规格为Φ(6～80)×Lmm，矫直后待用；

七、成品检验检测

对步骤六矫直的铜棒进行机械检测，检查铜棒的尺寸规格是否达到标准，达到标准的将其经过热处理后包装入库。