CN101768682A - 一种高导易切削铜硒锂合金材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高导易切削铜硒锂合金材料及其制备方法，其特点是该合金材料由以下化学成分组成，按重量百分比计为：Se 0.1～0.8，Li 0.02～0.1，Cu余量，并按下述工艺步骤和工艺参数制备：将电炉熔沟熔化后，用木炭覆盖保温，逐步加入工业纯铜99.88～99.10wt％。固态铜熔清后，把铜液温度升到1195～1220℃时。向炉中加入Se元素0.1～0.8％，熔炼50～70分钟，使硒均匀分布于铜液中，再加入Li元素0.02～0.1％，15～25分钟后，在结晶器中于温度1150～1180℃结晶，并冷却铸锭，再将铸锭加热至800～850℃，热挤压或冷拔成各类型材。

Description

一种高导易切削铜硒锂合金材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高导易切削铜硒锂合金材料及其制备方法，属于新型合金材料领域。
背景技术
高导易切削铜合金应用非常广泛。使用最多的牌号是美国ASTM B 301M C14500铜碲磷合金。由于这种合金具有优良的切削性能和较高的导电性，还具有优良的抗腐蚀性能。极佳的冷热加工性能及锻造性能。因而其应用范围广泛，诸如：铜合金锻件，自动机床部件，要求高导电抗腐蚀并能多机床加工的另件，电的连结器及马达开关另件，也用于卫生设备，钎悍用铜，气炬喷嘴，晶体管基座，熔炉铜焊等方面。在欧美诸国，几乎成为定型的应用材料。但是，由于碲是一种稀散元素，地球上总储量相当稀少，经各国历年开采，矿源与时俱减，加之碲元素在太阳能，夜视等高技术领域中应用日趋增大，碲的市场销价不断攀升，近年来最高竟达2000多元/Kg。为了解决碲资源逐年匮乏，让位于高技术领域对碲的需求，降低高导易切削铜合金的生产成本，本发明采用我国储量相当丰富的硒元素，研制一种环境友好高导易切削铜硒锂合金材料，力图替换铜碲磷合金材料。试验结果表明，铜硒锂合金不仅具有铜碲磷合金的特性，而且有的性能还超过铜碲磷合金，成为另一种新型环境友好的高导易切削铜合金材料。经查新：国内外尚未见有这种新材料的报导。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种高导易切削铜硒锂合金材料及其制备方法，其特点是以硒元素替换碲元素，研制铜硒锂高导易切削铜合金材料，保持电气产业对这种新材料需求的持续发展。
本发明的目的由以下技术措施实现，其中所述原料份数除特殊说明外，均为重量百分比份数。
高导易切削铜硒锂合金材料由以下化学成分组成，按重量百分比计为：
Se    0.1～0.8
Li    0.02～0.1
Cu    余量
其中，Se的纯度＞99.9％，Li的纯度＞99.9％，Cu为工业纯铜及不可避免的杂质。
高导易切削铜硒锂合金材料的制备方法
将电炉熔沟熔化后，用木炭覆盖保温，逐步加入工业纯铜99.88～99.10％。固态铜熔清后，把铜液温度升到1195～1220℃时。向炉中加入Se元素0.1～0.8％，熔炼50～70分钟，使硒均匀分布于铜液中，再加入Li元素0.02～0.1％，15～25分钟后，在结晶器中于温度1150～1180℃结晶，并冷却铸锭，再将铸锭加热至800～850℃，热挤压或冷拔成各类型材。
性能测试：
1、高导易切削铜硒锂合金材料结构原理
硒是铜基体的非固溶元素。既不溶解于铜液中，也不固溶于固态铜中。因此，在合金熔炼过程中，硒粒子必须在铜液中均匀分布，否则会导致硒分布非均衡性，从而影响合金锭在长度方向性能的不均衡变化。合金在凝固过程中，非固溶的硒原子从合金液中析出并与高温铜原子产生化学反应，生成Cu2Se质点相，尺寸约在3～8微米，随机均布于铜基体的晶界和晶内，该材料由铜和Cu2Se两种独立物相组成。故对铜基体导电性的削弱较小，又强化了铜基体。鉴于Cu2Se相是属于脆性质点，故赋予合金具有优良的切削性能。
2、高导易切削铜硒锂合金材料的化学成份检验并与ASTM C14500进行对比，详见表2所示。
3、高导易切削铜硒锂合金材料的主要物理性能并与ASTM C14500进行对比，详见表3所示。
本发明具有如下优点：
1、本发明合金材料的性能全面达到美国ASTM B 301M C14500的标准，有的性能如易切削性，导电率等还优于后者，可替换C14500在工程技术中的应用。
2、采用本发明合金材料可大量节省稀散元素碲，支持太阳能等高端科技功能材料对碲元素的需求。
3、开辟了我国富硒资源的新用途。开拓了无铅环保的高导易切削铜硒锂合金的新途径。
4、采用的硒元素市场价格约为碲元素的1/3～1/2，因此，铜硒锂合金较C14500牌号合金在添加元素的成本上有大幅度降低。有广阔的市场前景。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明的内容作出一些非本质的改进和调整。
实施例
高导易切削铜硒锂合金材料的制备实施例如表1所示。
表1高导易切削铜硒锂合金材料的制备
实施例 Se(Kg) Li(Kg) Cu(kg)   总投料量(Kg)   温度℃熔炼    结晶   熔炼时间(分钟)加硒、加锂元素
  1   4.0   0.05   995.95   1000   1195    1150   50    25
  2   5.0   0.04   994.96   1000   1210    1170   60    20
  3   6.0   0.03   993.97   1000   1220    1180   70    15
表2高导易切削铜硒锂合金材料化学成分检验
并与ASTM C14500进行对比(重量百分比)
  实施例及对比例   Se(wt％)   Li(wt％)   Cu(wt％)
  1   0.36   0.02   余量
  2   0.48   0.015   余量
  3   0.57   0.010   余量
  ASTM C14500   (Te)0.4---0.7   (P)0.004-0.012   余量
表3高导易切削铜硒锂合金材料的主要物理性能
并与ASTM C14500进行对比(材料均为半硬态)
  实施例及对比例   抗拉强度(MPa)   伸长率(％)   导电率(％IACS)   切削性能(相对C36000) 冷热加工性
  1   290   15   91   85   ++++
  2   307   14   90   90   ++++
  3   320   13   88   92   ++++
  ASTMC14500 ≥260 ≥12 ≥85 ≥85 +++

Claims (2)

1.一种高导易切削铜硒锂合金材料，其特征在于该合金材料由以下化学成分组成，按重量百分比计为：
Se         0.1～0.8
Li         0.02～0.1
Cu         余量
2.如权利要求1所述高导易切削铜硒锂合金材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
将电炉熔沟熔化后，用木炭覆盖保温，逐步加入工业纯铜99.88～99.10wt％。固态铜熔清后，把铜液温度升到1195～1220℃时。向炉中加入Se元素0.1～0.8％，熔炼50～80分钟，使硒均匀分布于铜液中，再加入Li元素0.02～0.1％，15～25分钟后，在结晶器中于温度1150～1180℃结晶，并冷却铸锭，再将铸锭加热至800～850℃，热挤压或冷拔成各类型材。
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