CN102492869A - 一种铜锆铋合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新型高强高导易切削铜合金及其制备方法,属于铜基电工材料。铜基电工合金的重量百分比化学成份为:0.001~6.0Zr,0.0001~3.0Bi,余量为Cu。将电解铜和一定重量百分比的铋、电解铜和一定重量百分比的锆,分别经真空中频熔炼成中间合金,再将电解铜、CuBi和CuZr中间合金按合金设计成分比例配好,真空中频熔炼成CuZrBi合金锭;合金锭再经过模锻、退火、挤压、拉拔等工艺加工,获得棒材或丝材等成品。该合金材料具有导电率大于80IACS%、最大抗拉强度大于400MPa和软化温度高等优点,特别是有较好的易切削性能,经切削后表面光洁度高,可用做电力、电工、电子、机电等行业中的导电杆、电阻焊电极、引线框架、导电桥和换向器等材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种高强高导电易切削铜基合金及其制备方法,属铜基电工合金材料。
背景技术
高强高导易切削铜合金是指在具有较高的室温抗拉强度、优良的导电性能易切削表面光洁度极高的合金。铜基合金材料主要用作汽车、摩托车、电工、电子、电力等行业中的电阻焊电极、引线框架、导电桥等材料。国内外这类合金按其强度和导电率主要分为四类:
(1)高强高导电铜合金,抗拉强度500~600MPa,导电率80~90%IACS; (2)中强高导电铜合金,抗拉强度350~550MPa,导电率70~98%IACS;
(3)高强中导电铜合金,抗拉强度700~800MPa,导电率40~50%IACS;
(4)超高强低导电铜合金,抗拉强度≥900MPa,导电率=10~30%IACS;
目前,国内外广泛使用的易切削铜主要是HPb59-1,通常规定它的易切削性为100%,但该合金含约2%的铅,导电率不超过30IACS%。该合金不能满足对导电率不小于80 IACS%的导电性能要求。此外,纯铜由于粘度较大,不宜加工或无法加工成表面光洁的元器件,在加工过程中不断屑,导致细长的屑刮伤器件表面,无法满足插接件、连接件表面高光洁度的要求。因此,在此类应用中在保持高导电率和高强度的前提下,易切削性就成为对铜合金比较突出的性能要求。近年来,该领域新材料的研究主要集中于铜-氧族元素,如:Cu-S,Cu-Se,Cu-Te,Cu-Pb等。制备技术为合金熔铸法。强化手段为形变强化、固溶强化或时效强化等。虽然这些方法对铜基合金材料的性能和使用范围有所改善,但对材料导电率、易切削性、高温硬度和软化温度等性能有待进一步改进。
发明内容
本发明为了克服现有技术的不足,提供了一种铜铋锆合金及其制备方法,在CuBi合金的发明基础上,再添加对导电性能影响也较小,又能较好提高强度的Zr元素,形成了新的铜基电工合金材料,能满足某些特殊用户需要。
本发明的技术方案是,制备特种铜合金材料,其化学成份为:Bi 0.0001~3.0wt%,Zr 0.001~6.0wt%,余量为Cu。将电解铜和一定重量百分比的铋、电解铜和一定重量百分比的锆,分别经真空中频熔炼成中间合金,再将电解铜、CuBi和CuZr中间合金按合金设计成分比例配好,真空中频熔炼成CuZrBi合金锭;合金锭再经过模锻、退火、挤压、拉拔等工艺加工,获得棒材或丝材等成品。其具体制备步骤包括如下:
(1)先将金属铜与金属铋按重量百分比100:3~200:1混合配料,在真空度>1×10-2Pa的条件下加热至1044~1074℃熔炼0.1~1h,自然冷却后得到CuBi0.5-3中间合金;再将金属铜与金属锆按重量百分比100:6~100:1混合配料,在真空度>1×10-2Pa的条件下加热至1060~1100℃熔炼0.1~1h,自然冷却后得到CuZr1-6中间合金;
(2)将步骤(1)制得的CuBi0.5-3、CuZr1-6中间合金和高纯电解铜按重量百分比0.5~3:1~6:100~200混合配料,在真空度>1×10-2Pa的条件下,加热至1050~1100℃熔炼0.1~1h,自然冷却后得到CuZrBi合金;
(3)在100~600MPa压力下将步骤(2)所得到的合金铸锭进行锻压成棒形;
(4)在500~800℃温度下将步骤(3)中得到的锻压半成品在真空度:>1×10-2Pa的条件下真空退火1~12h,自然冷却后获得退火态合金棒;
(5)在挤压比10~25:1,挤压温度为700~850℃的条件下,将步骤(4)中得到的退火态合金棒CuZrBi合金锭挤压成管材、棒材或片材;
(6)将步骤(5)中得到的半成品依次经过拉拔、轧制、热处理工序加工管材、棒材或片材后,根据最终的使用要求,再进行棒材或丝材的精加工,最终制得CuZrBi高导电易切削合金制品;
(7)根据使用要求,再进行棒材或丝材的精加工,最终制备得CuZrBi高强高导电易切削合金制品。
所述电解铜的纯度为≥99.95%,金属铋的纯度为≥99.9%,金属锆的纯度为≥99.7%。
所述步骤(6)中拉拔和轧制的总变形量为25~90%,热处理温度为400~800℃,时间1~12h。
本发明的优点和积极效果:
(1)高熔点金属Zr与铜形成固溶体外还可能形成多相金属间化合物,有效地促进了Cu合金的晶粒组织细化,明显改善了铜合金的微观组织结构,提高了铜合金的力学性能和高温强度、软化温度。
(2)低熔点金属Bi与铜几乎不共溶,只能均匀地分布于铜的晶界上,对合金材料的电阻率影响较小,并且能改善材料的易切削性能。
(3)高熔点金属Zr与金属Bi、Cu都有一定的固溶度。这能使Bi通过Zr进入Cu的晶粒内部,进一步加强易切削性能。
(4)该在铜合金中没有添加Pb、Cr等有害元素,在制备的电器元件中就不含有游离态Pb、Cr等有害元素,因此能满足欧盟绿色认证(RoHS)。
(5)该合金材料具有导电率大于80IACS%、最大抗拉强度大于400MPa和软化温度高等优点,特别是有较好的易切削性能,经切削后表面光洁度高,可用做电力、电工、电子、机电等行业中的导电杆、电阻焊电极、引线框架、导电桥和换向器等材料。
具体实施方式:
以下结合实施例对本发明作进一步阐述,但本发明的保护内容不限于所述范围。
实施例1:
(1)先将金属铜与金属铋按重量百分比100:3混合配料,在真空度为1.5×10-2Pa的条件下加热至1074℃熔炼0.1h,自然冷却后得到CuBi0.5-3中间合金;再将金属铜与金属锆按重量百分比100:6混合配料,在真空度为1.5×10-2Pa的条件下加热至1060℃熔炼1h,自然冷却后得到CuZr1-6中间合金; 电解铜的纯度为≥99.95%,金属铋的纯度为≥99.9%,金属锆的纯度为≥99.7%。
(2)将步骤(1)制得的CuBi0.5-3、CuZr1-6中间合金和高纯电解铜按重量百分比0.5: 6:100混合配料,在真空度为1.5×10-2Pa的条件下,加热至1050℃熔炼1h,自然冷却后得到CuZrBi合金;
(3)在100MPa压力下将步骤(2)所得到的合金铸锭进行锻压成棒形;
(4)在500℃温度下将步骤(3)中得到的锻压半成品在真空度为1.5×10-2Pa的条件下真空退火1h,自然冷却后获得退火态合金棒;
(5)在挤压比10:1,挤压温度为700℃的条件下,将步骤(4)中得到的退火态合金棒CuZrBi合金锭挤压成管材、棒材或片材;
(6)将步骤(5)中得到的半成品依次经过拉拔、轧制、热处理工序加工管材、棒材或片材后,根据最终的使用要求,再进行棒材或丝材的精加工,最终制得CuZrBi高导电易切削合金制品;其中拉拔和轧制的总变形量为25%,热处理温度为600℃,时间10h。
(7)根据使用要求,再进行棒材或丝材的精加工,最终制备得CuZrBi高强高导电易切削合金制品。制备特种铜合金材料,其化学成份为:Bi 0.0001wt%,Zr 6.0wt%,余量为Cu。
实施例2:
(1)先将金属铜与金属铋按重量百分比200:1混合配料,在真空度为2×10-2Pa的条件下加热至1044℃熔炼1h,自然冷却后得到CuBi0.5-3中间合金;再将金属铜与金属锆按重量百分比100:1混合配料,在真空度为2×10-2Pa的条件下加热至1100℃熔炼0.1h,自然冷却后得到CuZr1-6中间合金; 电解铜的纯度为≥99.95%,金属铋的纯度为≥99.9%,金属锆的纯度为≥99.7%。
(2)将步骤(1)制得的CuBi0.5-3、CuZr1-6中间合金和高纯电解铜按重量百分比3:1: 200混合配料,在真空度为2×10-2Pa的条件下,加热至1100℃熔炼0.1h,自然冷却后得到CuZrBi合金;
(3)在600MPa压力下将步骤(2)所得到的合金铸锭进行锻压成棒形;
(4)在600℃温度下将步骤(3)中得到的锻压半成品在真空度为2×10-2Pa的条件下真空退火10h,自然冷却后获得退火态合金棒;
(5)在挤压比5:1,挤压温度为850℃的条件下,将步骤(4)中得到的退火态合金棒CuZrBi合金锭挤压成管材、棒材或片材;
(6)将步骤(5)中得到的半成品依次经过拉拔、轧制、热处理工序加工管材、棒材或片材后,根据最终的使用要求,再进行棒材或丝材的精加工,最终制得CuZrBi高导电易切削合金制品;其中拉拔和轧制的总变形量为80%,热处理温度为400℃,时间1h。
(7)根据使用要求,再进行棒材或丝材的精加工,最终制备得CuZrBi高强高导电易切削合金制品。制备特种铜合金材料,其化学成份为:Bi 0.3wt%,Zr 1.5wt%,余量为Cu。(结果如表1所示)
实施例3:
(1)先将金属铜与金属铋按重量百分比150:2混合配料,在真空度为3×10-2Pa的条件下加热至1066℃熔炼0.8h,自然冷却后得到CuBi0.5-3中间合金;再将金属铜与金属锆按重量百分比100:3混合配料,在真空度为3×10-2Pa的条件下加热至1090℃熔炼0.8h,自然冷却后得到CuZr1-6中间合金; 电解铜的纯度为≥99.95%,金属铋的纯度为≥99.9%,金属锆的纯度为≥99.7%。
(2)将步骤(1)制得的CuBi0.5-3、CuZr1-6中间合金和高纯电解铜按重量百分比1:5:160混合配料,在真空度>1×10-2Pa的条件下,加热至1080℃熔炼0.8h,自然冷却后得到CuZrBi合金;
(3)在500MPa压力下将步骤(2)所得到的合金铸锭进行锻压成棒形;
(4)在800℃温度下将步骤(3)中得到的锻压半成品在真空度为3×10-2Pa的条件下真空退火12h,自然冷却后获得退火态合金棒;
(5)在挤压比20:1,挤压温度为800℃的条件下,将步骤(4)中得到的退火态合金棒CuZrBi合金锭挤压成管材、棒材或片材;
(6)将步骤(5)中得到的半成品依次经过拉拔、轧制、热处理工序加工管材、棒材或片材后,根据最终的使用要求,再进行棒材或丝材的精加工,最终制得CuZrBi高导电易切削合金制品;其中拉拔和轧制的总变形量为90%,热处理温度为800℃,时间12h。
(7)根据使用要求,再进行棒材或丝材的精加工,最终制备得CuZrBi高强高导电易切削合金制品。制备特种铜合金材料,其化学成份为:Bi 3.0wt%,Zr 0.001wt%,余量为Cu。
表1. Cu Zr1.5Bi0.3室温纵向力学性能指标
Claims (4)
1.一种铜铋锆合金,其特征在于化学成份为:Zr 0.001~6.0wt%,Bi 0.0001~3.0 wt%,余量为Cu。
2.一种铜铋锆合金的制备方法,其特征在与具体制备步骤包括如下:(1)先将金属铜与金属铋按重量百分比100:3~200:1混合配料,在真空度>1×10-2Pa的条件下加热至1044~1074℃熔炼0.1~1h,自然冷却后得到CuBi0.5-3中间合金;再将金属铜与金属锆按重量百分比100:6~100:1混合配料,在真空度>1×10-2Pa的条件下加热至1060~1100℃熔炼0.1~1h,自然冷却后得到CuZr1-6中间合金;
(2)将步骤(1)制得的CuBi0.5-3、CuZr1-6中间合金和高纯电解铜按重量百分比0.5~3:1~6:100~200混合配料,在真空度>1×10-2Pa的条件下,加热至1050~1100℃熔炼0.1~1h,自然冷却后得到CuZrBi合金;
(3)在100~600MPa压力下将步骤(2)所得到的合金铸锭进行锻压成棒形;
(4)在500~800℃温度下将步骤(3)中得到的锻压半成品在真空度:>1×10-2Pa的条件下真空退火1~12h,自然冷却后获得退火态合金棒;
(5)在挤压比10~25:1,挤压温度为700~850℃的条件下,将步骤(4)中得到的退火态合金棒CuZrBi合金锭挤压成管材、棒材或片材;
(6)将步骤(5)中得到的半成品依次经过拉拔、轧制、热处理工序加工管材、棒材或片材后,根据最终的使用要求,再进行棒材或丝材的精加工,最终制得CuZrBi高导电易切削合金制品;
(7)根据使用要求,再进行棒材或丝材的精加工,最终制备得CuZrBi高强高导电易切削合金制品。
3.根据权利要求书2所示的铜铋锆合金的制备方法,其特征在于:所述电解铜的纯度为≥99.95%,金属铋的纯度为≥99.9%,金属锆的纯度为≥99.7%。
4.根据权利要求书2所示的铜铋锆合金的制备方法,其特征在于:所述步骤(6)中拉拔和轧制的总变形量为25~90%,热处理温度为400~800℃,时间1~12h。
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