CN102383078A

CN102383078A - 一种高强度高导电率铍铜合金的制备方法

Info

Publication number: CN102383078A
Application number: CN201110354310XA
Authority: CN
Inventors: 马俊杰; 岳丽娟; 李永华; 潘建立
Original assignee: CNMC NINGXIA ORIENT GROUP Co Ltd
Current assignee: CNMC NINGXIA ORIENT GROUP Co Ltd
Priority date: 2011-11-10
Filing date: 2011-11-10
Publication date: 2012-03-21
Anticipated expiration: 2031-11-10
Also published as: CN102383078B

Abstract

本发明涉及一种高强度高导电率铍铜合金的制备方法，该方法是将低铍合金与铜铌复合材料一起进行熔炼，而后铸造成锭，再经热加工，大加工率冷加工，固溶处理，精轧或产品拉拔和时效处理后得到高强度高导电率铍铜合金。本发明通过在高导电率的低铍合金中加入弥散分布的铜铌复合材料，后经过一次热加工和多次大加工率的冷加工后，均匀弥散分布的铌粒子在低铍合金中形成有序的复合结构，极大的提高了低铍合金的强度和硬度，且对低铍合金的导电率影响不大，最终获得σ_b=1200～1400MPa的抗拉强度，HB334～374的硬度和g=45～60%IACS的导电率的铍铜合金。通过本发明制备的铍铌合金能够同时具有高铍合金的高强度、高硬度、高弹性、高耐磨性和低铍合金的高导电率和导热率，极大的提高了铍铜合金的综合性能。

Description

一种高强度高导电率铍铜合金的制备方法

技术领域

本发明属于有色金属技术领域,特别是涉及一种高强度高导电率铍铜合金的制备方法。

背景技术

铍铜合金分为高铍高强度低导电率合金（铍含量1.65～2.8%，抗拉强度σ_b=1100～1500 MPa，硬度HB326-391，导电率g=20～30%IACS）和低铍低强度高导电率合金（铍含量0.15～0.8%，抗拉强度σ_b=700～980 MPa，硬度HRB 179～215，导电率g=45～60%IACS）。其性能方面各有优缺点，高强度和高导电率二者在性能上不能兼顾，同时也限制了各自的应用领域。高铍高强度合金只能应用在要求高强度、高硬度、高弹性、高耐磨性的场合，如各种弹簧、垫圈、撞针、无火花工具等；低铍低强度高导电率合金只能应用在需要载流和散热的场合，如熔断器、导线、电阻焊电极等。同时具有高强度高导电率的铍铜合金材料，目前还没有相关产品。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种兼顾高强度和高导电率，旨在满足电子、通讯、交通、宇航、能源、家电、机械工程等行业对铍铜合金材料的钢高要求，拓展铍铜的实用领域，提升国内外装备制造水平的高强度高导电率铍铜合金的制备方法。

为实现本发明所采取的技术方案为：

一种高强度高导电率铍铜合金的制备方法，其特征是：将含铍2-4%铍铜合金与铌含量18-22%的铜铌复合材料、电解铜、电解镍或电解钴一起进行熔炼，而后铸造成锭，再经热加工，大加工率冷加工，固溶处理，精轧和时效处理后得到高强度高导电率铍铜合金；

所述高强度高导电率铍铜合金的成分含量为：铍 0.15％－0.5％，镍或钴1.5％－2.4％，铌0.5％－2.4％，其余为铜；

所述的铜铌复合材料为Cu-Nb20合金；

所述Cu-Nb20合金是指将18-22％的纯铌条与余量的电解铜熔铸成铸锭，再经锻造，大加工率连续冷轧，剪切后得到的块料；

所述熔炼是在中频真空感应电炉中进行，其熔化时间20-30min，保温10-15min，出炉温度控制在1250±20℃；

所述铸造采用液压半连续铸造，铸造时控制温度1250±20℃，铸造速度40-80mm/分钟，冷却水流量8-12m³/小时；

所述热加工是指将铸造所得坯锭在850～925℃下保温6～8小时，然后进行热轧或热挤压；

所述大加工率冷加工是指将热加工所得坯料在700～800℃条件下进行退火处理，之后去除坯料的氧化层，然后进行冷轧或冷拉拔，单次冷加工率70～90%，反复处理多次；

所述固溶处理是指在冷加工后的坯料在900～925℃下保温5～120min；

将上述固溶处理后的坯料进行水淬或保护性气体淬火，然后进行表面清洗和钝化；

所述时效处理是指在425～480℃，保温2-3小时。

本发明的设计原理是：由于铌在铜中的溶解度非常小，对铜基体的导电率影响不大，同时铌具有很高的熔点和良好的塑性，容易加工变形而以非常弥散的铌粒子分布在铜基体上。为此，本发明通过在高导电率的低铍合金中加入这种弥散分布的铜铌复合材料，即使经过二次重熔，大部分的铌仍以非常弥散的粒子形态分布在低铍合金的铸锭里，然后经过一次热加工和多次大加工率的冷加工后，均匀弥散分布的铌粒子在低铍合金中形成有序的复合结构，极大的提高了低铍合金的强度和硬度，同时对低铍合金的导电率影响不大，最终经过时效处理后，该合金具有σ_b=1200～1400 MPa的抗拉强度，HB334～374的硬度和g=45～60%IACS的导电率。

通过本发明制备的铍铌合金能够同时具有高铍合金的高强度、高硬度、高弹性、高耐磨性和低铍合金的高导电率和导热率，极大的提高了铍铜合金的综合性能。该合金可以应用在要求高强度、高硬度、高弹性、高耐磨性的场合或需要载流和散热的场合，也可以应用在既要求高强度、高硬度、高弹性、高耐磨性同时需要载流和散热的场合，从而能够满足电子、通讯、交通、宇航、能源、家电、机械工程等行业对铍铜合金材料的更高要求，扩展铍铜的使用领域，提升国内外装备制造水平。

下表是本发明合金与高铍合金和低铍合金的成分和性能对比表：

合金种类	铍含量，%	铌含量，%	抗拉强度σ_b，MPa	硬度HB	电导率 %IACS
						高铍合金	1.65-2.8	≤0.01	1100-1500	326-391	20-30
低铍合金	0.15-0.8	≤0.01	700-980	179-215	45-60
						高强高导合金	0.15-0.5	0.5-2.4	1200-1400	334-374	45-60

具体实施方式

实施例1

1、Cu-Nb20合金的制备：

将20%纯铌条与80%电解铜在真空电弧炉中熔铸成Ф400×L（㎜）的铸锭，锻造开坯成规格为200-210×300-320×L（㎜）的板坯，采用大加工率冷轧至5×300-320×L（㎜）的薄板，剪切成5×100×100㎜及以下的块料。此时过量的铌以单质形式呈枝晶状结构存在于铜基体中，形成纤维状弥散分布的铜铌复合材料。将此合金以中间合金的形式加入到以下铍铜合金中进行熔铸。

2、配料：

将铍含量2-4%的CuBe合金、电解铜、电解镍或电解钴以及上述制得的Cu-Nb20中间合金按一定比例配料，保证合金成份范围在0.15～0.5%Be，1.5～2.4%Ni或Co，0.5～2.4%Nb，余量铜，其它杂质总和不大于0.5%。

3、熔炼：

将配制好的电解铜、电解镍、铍含量2-4%的CuBe合金、Cu-Nb20中间合金依次装入到中频真空感应电炉进行熔炼，其中熔化时间20-30min，保温10-15min，出炉温度控制在1250±20℃。

4、铸造：

采用液压半连续铸造，埋管浇注。铸锭规格为Ф190mm的圆锭或220×80×L（㎜）的板坯锭，铸造时控制温度1250±20℃.，铸造速度40-80mm/分钟，冷却水流量8-12m³/小时。

5、热加工：

坯锭在箱式电阻炉中加热，控制温度在850～925℃，保温6～8小时，然后进行热轧或热挤压。

6、冷加工：

将热轧或热挤压的板坯或者棒坯进行700～800℃退火，保温时间2-6小时，之后进行机加工去除坯料的氧化层及表面缺陷，然后进行冷轧或冷拉拔，单次冷加工率70～90%，之后再进行退火或冷加工，达到精轧或成品拉拔所需规格。

7、固溶处理：

将冷加工完成后的坯料进行加热，控制温度900～925℃，根据坯料的厚度保温5～120min，之后进行水淬或保护性气体淬火，然后进行表面清洗和钝化。

8、精轧或精拉拔：

将固溶处理后的板材或棒材进行精轧或精拉拔，依据产品状态控制5-50%的冷加工率，达到成品的厚度或直径。

9、时效处理：

将成品的板带材或棒材进行时效处理，控制温度在425～480℃，保温2-3小时。

Claims

1.一种高强度高导电率铍铜合金的制备方法，其特征是：将含铍2-4%铍铜合金与铌含量18-22%的铜铌复合材料、电解铜、电解镍或电解钴一起进行熔炼，而后铸造成锭，再经热加工，大加工率冷加工，固溶处理，精轧和时效处理后得到高强度高导电率铍铜合金。

2.按照权利要求1所述的高强度高导电率铍铜合金的制备方法，其特征在于所述高强度高导电率铍铜合金的成分含量为：铍 0.15％－0.5％，镍或钴1.5％－2.4％，铌0.5％－2.4％，其余为铜。

3.按照权利要求1所述的高强度高导电率铍铜合金的制备方法，其特征是：所述的铜铌复合材料为Cu-Nb20合金。

4.按照权利要求3所述的高强度高导电率铍铜合金的制备方法，其特征在于所述Cu-Nb20合金是指将18-22％的纯铌条与余量的电解铜熔铸成铸锭，再经锻造，大加工率连续冷轧，剪切后得到的块料。

5.按照权利要求1所述的高强度高导电率铍铜合金的制备方法，其特征在于所述熔炼是在中频真空感应电炉中进行，其熔化时间20-30min，保温10-15min，出炉温度控制在1250±20℃。

6.按照权利要求1所述的高强度高导电率铍铜合金的制备方法，其特征在于所述铸造采用液压半连续铸造，铸造时控制温度1250±20℃，铸造速度40-80mm/分钟，冷却水流量8-12m³/小时。

7.按照权利要求1所述的高强度高导电率铍铜合金的制备方法，其特征在于所述热加工是指将铸造所得坯锭在850～925℃下保温6～8小时，然后进行热轧或热挤压。

8.按照权利要求1所述的高强度高导电率铍铜合金的制备方法，其特征在于所述大加工率冷加工是指将热加工所得坯料在700～800℃条件下进行退火处理，之后去除坯料的氧化层，然后进行冷轧或冷拉拔，单次冷加工率70～90%，反复处理多次。

9.按照权利要求1所述的高强度高导电率铍铜合金的制备方法，其特征在于所述固溶处理是指在冷加工后的坯料在900～925℃下保温5～120min。

10.按照权利要求9所述的高强度高导电率铍铜合金的制备方法，其特征在于将上述固溶处理后的坯料进行水淬或保护性气体淬火，然后进行表面清洗和钝化。

11.按照权利要求1所述的高强度高导电率铍铜合金的制备方法，其特征在于所述时效处理是指在425～480℃，保温2-3小时。