CN102676870A - 一种无铅铜合金线材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种无铅铜合金线材料，其技术要点是：包括以下的组份和重量份数：碲0.2-0.8份，微量元素0.01-0.06份，铜99.14-99.79份；其中，微量元素由下列组分和重量份数组成：磷0.004-0.015份，硼0.001-0.015份，镁0.005-0.03份；一种无铅铜合金线材料的制备方法，其技术特征在于：包括水平连铸线坯工序，连续挤压热缩性变形工序和多模盘拉冷缩性变形工序；本发明的优点在于线坯不需加热，直接进入连续挤压机挤制成和成品规格相对应的热变形线坯，再用多模盘拉机一次加工到成品线坯规格，中间不退火；本发明攻克了含碲高铜合金铸线坯冷加工易裂，热加工高温脆性的难点。
Description
技术领域
本发明涉及环保型铜合金材料的制备技术领域，具体地说是一种无铅铜合金线材料及其制备方法。
背景技术
联接器是电子行业和IT行业不可缺少的主要部件，随着电子行业和IT业的发展，联接器逐步要求小型化和精密化，这就要求铜合金材料具有更高的可靠性，稳定性，高强、高导以及低含氧的要求越来越高，伴随着现代技术的发展对小型精密化的要求，联接器工业必须实现高效率的自动化大规模生产，进而要求材料可靠性同时，要求材料易切削、大长度、大盘重，易切削的碲铜合金线材越来越被联接器行业大规模采用；
目前，传统的碲铜合金线还不能实现大长度、大盘重的生产，重量通常在每盘100Kg以下，传统的生产方式主要有两种，一种是通过半连续铸造法生产棒坯，直径一般
锯成300mm-500mm长铸锭，再加热到850℃，采用常规铜挤压机挤压成
线坯，再拉伸—退火—拉伸成品线材，此方法成品率低，一般在60%以下，能耗高，流程长，由于含Te合金焊接性差，此方法生产的线材单盘重一般只有几十公斤，3000吨以上大功率挤压机生产的盘重也不超过100Kg；另一种生产方法，用水平连铸生产棒坯，再加热进行热轧或热锻成线坯，再冷拉、退火、冷拉出成品。碲是以弥散的独立相Cu2Te存在于铜合金中，固溶度很低。当碲超过0.4%时，连铸棒坯不能实现冷拉冷轧等方式的冷变形，但合金的另一个特性是高温条件下，会有Cu2Te脆性相沿晶界析出，热加工时线坯极易产生裂纹，质量的稳定性难以保证，连铸棒坯热轧线坯生产法相对半连铸棒坯再热挤线坯方法有了很大的改进，但能耗仍然较高，成材率较低，不能满足联接器自动化生产大盘重的要求。
发明内容
本发明是一种无铅铜合金线材料及其制备方法，该制备方法生产流程短，采用工频有芯感应熔化炉和保温炉联体潜流方式，水平连铸成大盘重线；线坯不需加热，直接进入连续挤压机挤制成和成品规格相对应的热变形线坯；再用多模盘拉伸一次加工到成品线坯规格，中间不退火；本发明攻克了含碲高铜合金铸线坯冷加工易裂，热加工高温脆性和焊接性能差的难点，实现了短流程、低成本、大长度、大盘重的线材制备方法。
本发明目的是由以下技术方案实现的：一种无铅铜合金线材料，其特征在于包括以下的组份和重量份数：碲0.2-0.8份，微量元素0.01-0.06份，铜99.14-99.79份；其中，微量元素由下列组分和重量份数组成：磷0.004-0.015份，硼0.001-0.015份，镁0.005-0.03份。
一种无铅铜合金线材料的制备方法，其特征在于包括水平连铸线坯工序，连续挤压热缩性变形工序和多模盘拉冷缩性变形工序；
水平连铸线坯工序是将上述组份分别放入熔炉体内，该熔炉体为通过潜流槽连体安装的有芯感应熔化炉和有芯感应保温炉，其有芯感应熔化炉内的熔化顺序为先加入99.14-99.79份的铜，再加入上述0.01-0.04份的微量元素，最后加入碲0.2-0.8份，有芯感应熔化炉内的温度为1150℃-1250℃，当有芯感应熔化炉内的各化学组分熔化为铜合金液体后，将有芯感应熔化炉内的铜合金液通过潜流槽流入有芯感应保温炉内，在有芯感应保温炉内再加入0.01-0.02份的微量元素，有芯感应保温炉内的温度为1200℃-1300℃，再将熔炉体内的铜合金液流入结晶器内部，在结晶器内引出的线坯直接进入冷却水槽，该冷却水槽内的水温为5℃-30℃；
连续挤压热缩性变形工序是采用连续挤压机将线坯进行挤压，在挤压前先用小型箱式电阻炉将挤压模具预热到450℃-550℃，再用无氧铜杆预挤压10-15分钟，采用大盘开卷矫直，超声波清洗干燥，线坯连续挤压变形后进入水封槽内，该水封槽内为含有乙醇的冷却水，线坯冷却后采用工字轮收线；
多模盘拉冷缩性变形工序是采用快速滑轮式拉丝机组进行多模拉伸，将线坯一次性拉伸至无铅碲铜合金线的成品尺寸。
在熔铸过程中熔炉体内连续通入高纯氮气。
上述的每根线坯根据成品要求可无限调整线坯长度。
线坯自结晶器引出的温度控制在400℃-500℃之间。
本发明的优点：
1、线坯不需加热，直接进入连续挤压机挤制成和成品规格相对应的热变形线坯，再用多模盘拉机一次加工到成品线坯规格，中间不退火；
2、本发明攻克了含碲高铜合金铸线坯冷加工易裂，热加工高温脆性和焊接性能差的难点，实现了短流程、易切削、成本低、大盘重、长度可调控的线材制备方法；
3、稳定性强，高传导性能以及含氧量低，耗能低，成材率>97%。
具体实施方式
实例1：
取碲0.2份、微量元素0.02份，铜99.78份；其中，微量元素由下列组分和重量份数组成：磷0.009份，硼0.001份，镁0.01份；
水平连铸线坯工序是将上述组份分别放入熔炉体内，该熔炉体为通过潜流槽连体安装的有芯感应熔化炉和有芯感应保温炉，其有芯感应熔化炉内的熔化顺序为先加入99.78份的铜，再加入0.01份的微量元素，最后加入碲0.2份，有芯感应熔化炉内的温度为1150℃-1250℃，当有芯感应熔化炉内的各化学组分熔化为铜合金液体后，将有芯感应熔化炉内的铜合金液通过潜流槽流入有芯感应保温炉内，在有芯感应保温炉内再加入上述0.01份的微量元素，在熔铸过程中熔炉体内连续通入高纯氮气，进行脱氧脱氢处理，以保证铜合金含氧量小于30PPm，有芯感应保温炉内的温度为1200℃-1300℃，再将熔炉体内的铜合金液流入结晶器内部，合金液体在结晶器内凝固并由牵引装置引出，结晶器内设有铜合金内套，铜合金内套内镶有石墨套，该石墨套采用高纯裂解石墨，牵引装置由电机自动控制牵引，牵引方式为停-拉-停-反推，在结晶器内引出的线坯直接进入冷却水槽，该冷却水槽内的水温为5℃-30℃，为了提高产量，有芯感应保温炉的正面设置有1-5个结晶器，有芯感应保温炉的侧面设置有2-5个结晶器，每个结晶器同时引出1-5根线坯，线坯自结晶器引出的温度控制在400℃-500℃之间。引铸线坯尺寸φ14mm，长度1000米，重量1350公斤；每根线坯可根据成品性能的要求调整长度；
连续挤压热缩性变形工序是采用连续挤压机将线坯进行挤压，在挤压前先用小型箱式电阻炉将挤压模具预热到450℃-550℃，再用无氧铜杆预挤压10-15分钟，采用大盘开卷矫直，超声波清洗干燥，线坯连续挤压变形后进入水封槽内，该封槽内为含有乙醇的冷却水，线坯冷却后采用工字轮收线，挤制线坯尺寸φ12mm，长度1336米，重量1323公斤；
多模盘拉冷缩性变形工序是采用快速滑轮式拉丝机组进行多模拉伸，将线坯一次性拉伸至无铅碲铜合金线的成品尺寸，经三模拉伸，成品尺寸φ9.52mm，长度2113米，重量1322公斤。
实例2：
取碲0.4份、微量元素0.03份，铜99.57份；其中，微量元素由下列组分和重量份数组成：磷0.008份，硼0.002份，镁0.02份；
水平连铸线坯工序是将上述组份分别放入熔炉体内，该熔炉体为通过潜流槽连体安装的有芯感应熔化炉和有芯感应保温炉，其有芯感应熔化炉内的熔化顺序为先加入99.57份的铜，再加入0.015份的微量元素，最后加入碲0.4份，有芯感应熔化炉内的温度为1150℃-1250℃，当有芯感应熔化炉内的各化学组分熔化为铜合金液体后，将有芯感应熔化炉内的铜合金液通过潜流槽流入有芯感应保温炉内，在有芯感应保温炉内再加入上述0.015份的微量元素，在熔铸过程中熔炉体内连续通入高纯氮气，进行脱氧脱氢处理，以保证铜合金含氧量小于30PPm，有芯感应保温炉内的温度为1200℃-1300℃，再将熔炉体内的铜合金液流入结晶器内部，合金液体在结晶器内凝固并由牵引装置引出，结晶器内设有铜合金内套，铜合金内套内镶有石墨套，该石墨套采用高纯裂解石墨，牵引装置由电机自动控制牵引，牵引方式为停-拉-停-反推，在结晶器内引出的线坯直接进入冷却水槽，该冷却水槽内的水温为5℃-30℃，为了提高产量，有芯感应保温炉的正面设置有1-5个结晶器，有芯感应保温炉的侧面设置有2-5个结晶器，每个结晶器同时引出1-5根线坯，每根线坯可根据成品长度的要求调整长度，线坯自结晶器引出的温度控制在400℃-500℃之间，引铸线坯尺寸φ14mm，长度900米，单盘重量1215公斤；
连续挤压热缩性变形工序与多模盘拉冷缩性变形工序的方法与实例1相同，故省略；本实施例例挤压线坯尺寸φ10mm，长度1900米，单盘重量1190公斤，经三模拉伸，成品规格φ7.94mm，长度2733米，单盘重量1189公斤。
实例3：
取碲0.6份、微量元素0.05份，铜99.35份；其中，微量元素由下列组分和重量份数组成：磷0.01份，硼0.012份、镁0.028份；
水平连铸线坯工序是将上述组份分别放入熔炉体内，该熔炉体为通过潜流槽连体安装的有芯感应熔化炉和有芯感应保温炉，其有芯感应熔化炉内的熔化顺序为先加入99.35份的铜，再加入0.03份的微量元素，最后加入碲0.6份，有芯感应熔化炉内的温度为1150℃-1250℃，当有芯感应熔化炉内的各化学组分熔化为铜合金液体后，将有芯感应熔化炉内的铜合金液通过潜流槽流入有芯感应保温炉内，在有芯感应保温炉内再加入上述0.02份的微量元素，在熔铸过程中熔炉体内连续通入高纯氮气，进行脱氧脱氢处理，以保证铜合金含氧量小于30PPm，有芯感应保温炉内的温度为1200℃-1300℃，再将熔炉体内的铜合金液流入结晶器内部，合金液体在结晶器内凝固并由牵引装置引出，结晶器内设有铜合金内套，铜合金内套内镶有石墨套，该石墨套采用高纯裂解石墨，牵引装置由电机自动控制牵引，牵引方式为停-拉-停-反推，在结晶器内引出的线坯直接进入冷却水槽，该冷却水槽内的水温为5℃-30℃，为了提高产量，有芯感应保温炉的正面设置有1-5个结晶器，有芯感应保温炉的侧面设置有2-5个结晶器，每个结晶器同时引出1-5根线坯，每根线坯可根据成品性能的要求调整长度，线坯自结晶器引出的温度控制在400℃-500℃之间，本实施例引铸线坯尺寸φ14mm，长度1200米，单盘重量1620公斤；
连续挤压热缩性变形工序与多模盘拉冷缩性变形工序的方法与实例1相同，故省略；本例挤压线坯规格φ8mm，长度3591米，单盘重量1587公斤，经三模拉伸，成品规格φ4.76mm，长度10134米，单盘重量1586公斤。
实例4：
取碲0.8份、微量元素0.06份，铜99.14份；其中，微量元素由下列组分和重量份数组成：磷0.015份，硼0.015份，镁0.03份；
水平连铸线坯工序是将上述组份分别放入熔炉体内，该熔炉体为通过潜流槽连体安装的有芯感应熔化炉和有芯感应保温炉，其有芯感应熔化炉内的熔化顺序为先加入99.14份的铜，再加入上述0.04份的微量元素，最后加入碲0.8份，有芯感应熔化炉内的温度为1150℃-1250℃，当有芯感应熔化炉内的各化学组分熔化为铜合金液体后，将有芯感应熔化炉内的铜合金液通过潜流槽流入有芯感应保温炉内，在有芯感应保温炉内再加入0.02份的微量元素，在熔铸过程中熔炉体内连续通入高纯氮气，进行脱氧脱氢处理，以保证铜合金含氧量小于30PPm，有芯感应保温炉内的温度为1200℃-1300℃，再将熔炉体内的铜合金液流入结晶器内部，合金液体在结晶器内凝固并由牵引装置引出，结晶器内设有铜合金内套，铜合金内套内镶有石墨套，该石墨套采用高纯裂解石墨，牵引装置由电机自动控制牵引，牵引方式为停-拉-停-反推，在结晶器内引出的线坯直接进入冷却水槽，该冷却水槽内的水温为5℃-30℃，为了提高产量，有芯感应保温炉的正面设置有1-5个结晶器，有芯感应保温炉的侧面设置有2-5个结晶器，每个结晶器同时引出1-5根线坯，每根线坯可根据成品长度的要求调整长度，线坯自结晶器引出的温度控制在400℃-500℃之间，本实施例引铸线坯尺寸φ14mm，长度1500米，单盘重量2025公斤；
连续挤压热缩性变形工序与多模盘拉冷缩性变形工序的方法与实例1相同，故省略；本实施例挤压坯料规格为φ6mm，单根长度8002米，单盘重量1985公斤，经三模拉伸，成品规格φ3.81mm，长度19820米，单盘重量1983公斤。
结果如下：
Claims (5)
1.一种无铅铜合金线材料，其特征在于：包括以下的组份和重量份数：碲0.2-0.8份、微量元素0.01-0.06份，铜99.14-99.79份；其中，铜中含有其他不可避免杂质≤0.04；所述的微量元素由下列组分和重量份数组成：磷0.004-0.015份，硼0.001-0.015份，镁0.005-0.03份。
2.一种无铅铜合金线材料的制备方法，其特征在于：包括水平连铸线坯工序，连续挤压热缩性变形工序和多模盘拉冷缩性变形工序；
水平连铸线坯工序是将上述组份分别放入熔炉体内，该熔炉体为通过潜流槽连体安装的有芯感应熔化炉和有芯感应保温炉，其有芯感应熔化炉内的熔化顺序为先加入99.14-99.79份的铜，再加入上述0.01-0.04份的微量元素，最后加入碲0.2-0.8份，有芯感应熔化炉内的温度为1150℃-1250℃，当有芯感应熔化炉内的各化学组分熔化为铜合金液体后，将有芯感应熔化炉内的铜合金液通过潜流槽流入有芯感应保温炉内，在有芯感应保温炉内再加入0.01-0.02份的微量元素，有芯感应保温炉内的温度为1200℃-1300℃，再将熔炉体内的铜合金液流入结晶器内部，在结晶器内凝固，并由牵引装置引出，引出的线坯直接进入冷却水槽，该冷却水槽内的水温为5℃-30℃；
连续挤压热缩性变形工序是采用连续挤压机将线坯进行挤压，在挤压前先用小型箱式电阻炉将挤压模具预热到450℃-550℃，再用无氧铜杆预挤压10-15分钟，采用大盘开卷矫直，超声波清洗干燥，线坯连续挤压变形后进入水封槽内，该封槽内为含有乙醇的冷却水，线坯冷却后采用工字轮收线；
多模盘拉冷缩性变形工序是采用快速滑轮式拉丝机组进行多模拉伸，将线坯一次性拉伸至无铅碲铜合金线的成品尺寸。
3.根据权利要求2所述的一种无铅铜合金线材料的制备方法，其特征在于：在熔铸过程中熔炉体内连续通入高纯氮气。
4.根据权利要求2所述的一种无铅铜合金线材料的制备方法，其特征在于：上述的每根线坯根据成品长度要求可无限调整线坯长度。
5.根据权利要求2所述的一种无铅铜合金线材料的制备方法，其特征在于：线坯自结晶器引出的温度控制在400℃-500℃之间。
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