CN102220513A - 弹性铜合金及其制备方法以及该铜合金在电气电工设备中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种弹性铜合金及其制备方法以及该铜合金在电气电工设备中的应用，合金中各元素重量含量为：4-45％的Zn、0.1-0.5％的Fe、0.01-0.09％的Sn和0.01-0.5％的P，其余为Cu及杂质。先将纯铜熔化，按配方比例将铜铁合金添加到铜液中，然后将纯锡和纯锌按比例进行添加，随后将磷铜中间合金按比例进行添加。所述弹性铜合金应用在电气电工设备中的应用，能够替代锡磷青铜，以降低材料成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种弹性铜合金，具体来说是一种能够用于电气电工设备中的铜合金。
背景技术
弹性铜合金在电气电工领域具有较为广泛的应用，可作为导电部件、散热部件等。目前应用比较多的为二元黄铜。在普通黄铜中往往随着锌含量的不断添加，其合金抗拉强度、延伸率均会出现线性提高，其晶粒结构中随着锌添加量的上升，其晶粒结构也在发生变化，如：在锌含量在4-35％之间，合金中固溶体为α相称之为α黄铜；当锌含量在36-45之间其合金中除去α相外，会产生β相，故此类黄铜称为α+β黄铜。目前电气电工行业常用的常规二元黄铜，其抗拉强度、表面硬度以及延伸率比较低。锡磷青铜QSn6.5-0.1则是在銅中含有Sn和P元素，与二元黄铜相比，在抗拉强度、表面硬度、弹性模量和延伸率方面均有所提高，然而由于添加了6.5％的元素锡，成本要比二元黄铜高，且导电率和抗软化温度却低于二元黄铜。
如果通过在黄铜中添加合金元素，将以上二元合金调整为多元合金，并通过多元合金元素的添加，改善其组织结构模式，细化晶粒，提高普通二元黄铜的抗拉强度、导电率、抗软化温度，以满足电气、电工行业的材料性能需求，降低材料成本，达到替代电气电工行业现用QSn6.5-0.1(磷铜材料)的目的，是本领域要解决的一个技术问题。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种多元铜合金，通过添加合金元素，以获得优良的抗拉强度、导电率和抗软化温度，同时成本又低于锡磷铜合金。
本发明采用的技术方案是：一种弹性铜合金，其特征在于合金中各元素重量含量为：4-45％的Zn、0.1-0.5％的Fe、0.01-0.09％的Sn和0.01-0.5％的P，其余为Cu及杂质。
进一步地，比较理想的是合金中各元素重量含量为：10-38％的Zn、0.2-0.3％的Fe、0.03-0.05％的Sn和0.02-0.03％的P，其余为Cu及杂质。
上述合金中，各元素的作用在于：
Fe铁元素：添加Fe铁元素后，其铁元素会以人工晶核的形式存在，并能阻止再结晶晶粒长大，从而显著细化晶粒，提高铜合金抗拉强度和硬度。在黄铜合金中Fe元素含量一般不超过1.5％，否则会造成富铁相偏析，降低黄铜合金的耐腐蚀性，同时在铸造时会加大难度，降低成材率。在本发明Fe元素含量选用0.1-0.5％范围，在避免出现铁偏析现象的同时，降低了铸造难度，晶粒细化效果最佳。
Sn锡元素：添加后作用是抑制黄铜脱锌，提高材料的抗腐蚀能力，同时还显著提高铜合金的耐软化温度、强度。在黄铜合金中添加锡元素上限值为1.5％，如超过此线将大大降低合金的塑性，在后期铸造、压延、材料冲压时将会出现开裂现象，降低材料成材率。同时过量添加将增加材料成本，在本发明Sn添加范围为：0.01-0.09％。
P磷元素：添加后可在合金内部产生共晶体Cu3P，并在黄铜合金中产生(α+Cu3P)组织成分，此成分可显著增强材料的耐磨性和弹性，同时可提高材料的疲劳强度。P元素和Fe同时添加还可在合金内部产生Fe2P或Fe3P成分，此组织结构可有效提高材料的反复折弯性能，强度和刚性，同时会适度提高材料的再结晶温度和导电率。由于P元素在纯铜中最大溶解度为1.75％，在黄铜合金中添加磷元素可有效增加合金铸造时的流动性，但过量添加将会导致共晶体Cu3P过多，使材料在铸造时表面产生裂纹，降低材料塑性。在本发明中P元素范围确定为：0.01-0.5％。
当Zn锌含量较低时，通过调整其它元素，合金化加强即可弥补由于含锌量降低而衰减的强度。
本发明还提供了上述合金的制备方法，方法如下：先将纯铜熔化，按配方比例将铜铁合金进行添加，然后将纯锡和纯锌按比例进行添加，随后将磷铜中间合金按比例进行添加即可。本发明的制备方法简单，有利于降低生产成本。
本发明还提供了上述弹性合金在电气电工领域中的应用。
本发明的这种弹性铜合金，是在Cu-Zn二元铜的基础上，添加Fe、Sn和P，不但能够提高常规二元铜的抗拉强度，还提高了其导电率，且导电率及抗软化温度也高于锡磷青铜，而较低的Sn含量使得合金成本低于锡磷青铜，应用于电气电工领域能够替代锡磷青铜，以降低材料成本。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详细描述，以助于理解本发明的内容。
所用原料有纯铜，纯锌，纯锡，銅铁合金(铁重量含量为5％或10％)，磷铜中间合金(磷重量含量为14％)。
采用如下方法制备：先将纯铜熔化升温至1080℃，根据待生产铜合金各元素含量，按配方比例将铜铁合金(铁含量为5％或10％)进行添加，然后将纯锡按比例进行添加，随后将磷铜中间合金(含量为14％)按比例进行添加即可，使最终铜合金中各元素重量含量为：4-45％的Zn、0.1-0.5％的Fe、0.01-0.09％的Sn和0.01-0.5％的P，其余为铜及杂质。
将本发明不同成份的设计合金进行物理性能检验，与常规二元黄铜及QSn6.5-0.1锡磷青铜进行比较，结果见表1
表1不同化学成份的铜合金物理性能
由表1比较可得出如下结论：
物理性能比较：以上各合金比较可以看到：①、普通黄铜的抗拉强度、HV硬度参数比较低，锡磷青铜与普通黄铜相比要高许多，但通过合金化以后的本发明的多元合金H62、H55，其抗拉强度和HV表面硬度性能已接近锡磷青铜，因此多元合金在物理性能方面，完全可以替代锡磷青铜，在弹性需求上进行满足。②在导电率及耐软化温度方面，本发明经过合金化得到弹性铜合金材料均要远远优于普通黄铜及锡磷青铜材料，彻底解决了原有锡磷青铜的低导电率问题、产品温升问题。
2)、通过对比化学成分可以看出：①、首先使用贵重金属Sn锡的数量比，设计合金的使用量要小得多，但其提高铜合金的耐软化温度、增强抗腐蚀性、提高强度的效果已经达到，和锡磷青铜相比在生产成本上进行了大幅下降。②、在普通黄铜中的α相和β相均是简单的铜-锌固溶体，其强化效果低。通过合金化后，虽然其含锌量和普通黄铜一样，但设计合金中的α相和β相均成为多元复杂固溶体，其强化效果强，可以看出少量多元化合金是提高合金性能的极佳途径。
Claims (6)
1.一种弹性铜合金，其特征在于合金中各元素重量含量为：4-45％的Zn、0.1-0.5％的Fe、0.01-0.09％的Sn和0.01-0.5％的P，其余为Cu及杂质。
2.如权利要求1所述的弹性合金，其特征在于合金中各元素重量含量为：10-38％的Zn、0.2-0.3％的Fe、0.03-0.05％的Sn和0.02-0.03％的P，其余为Cu及杂质。
3.一种权利要求1或2所述弹性铜合金的制备方法，其特征在于包括如下过程：先将纯铜熔化，按配方比例将铜铁合金添加到铜液中，然后将纯锡和纯锌按比例进行添加，随后将磷铜中间合金按比例进行添加。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述铜铁合金中铁重量含量为5％或10％。
5.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述磷铜中间合金中磷含量为14％。
6.一种权利要求1或2所述弹性铜合金在电气电工设备中的应用。
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