CN103173649A - 高强高弹抗应力松弛无铍铜合金及其制备和加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高强高弹抗应力松弛无铍铜合金及其制备和加工方法，属于有色金属加工领域。按照重量百分比，合金组成包括：Ni 0.7％～1.7％，Si 0.4％～0.8％，Co 0.8％～2.0％，其余为Cu，所述铜合金的成分满足：(a)3.4≤(Ni+Co)/Si≤6.5；(b)1.0％≤Ni+Co≤3.5％；(c)0.4≤Ni/Co≤1.3％；(d)2.0％≤Ni+Co+Si≤3.6％；(e)1.0％≤Ni/Si≤3.6。本发明铜合金具有高弹性、高强度、高疲劳性、耐热性好，同时兼备了良好的导电性的优点，可以广泛的应用于各种弹性簧片、电触点、点焊极点、防爆工具、电接触元器件、接插元器件等场合。
Description
技术领域
本发明涉及一种高强高弹抗应力松弛无铍铜合金及其制备和加工方法，属于有色金属加工领域。
背景技术
随着人民生活水平日益提高、现代工业发展和国防建设的需要，高强度高弹性铜合金材料应用范围日益广泛，需求量持续增加。高强度高弹性铜合金材料具有强度高、弹性好、耐疲劳、弹性滞后小、耐腐蚀等优良特性，被广泛应用于电子、宇航、仪器、仪表及自动控制行业中，用于制造各种弹性簧片、电触点、点焊极点、防爆工具等，且由于其性能稳定、使用寿命长、而被广泛用于航空、航天、兵器、船舶、雷达系统等重要军工部门中的特殊部件，主要为电接触元器件、接插元器件及继电器器件等。在计算机、高档家用电器、防爆工具、化工、煤炭等行业中也有其巨大的潜在市场。
高强高弹铜合金材料是我国工业各部门长期需求量比较大的金属材料，但在应用上，尤其是一些高端器件的应用上，铍铜材料一直牢牢占据着不可动摇的地位，并且多年来一直是进行块式法的高能耗的低成材率的生产方式。但由于铍青铜对环境保护要求比较高、生产工艺流程长、能耗大，导致生产成本较高。针对这种情况，在中高端应用领域急需研制一种新型高强高弹铜合金材料进行替代，目前此研究在国内相对落后，并没有任何一种材料可以进行合理替代。所以，通过研究开发进行对铍青铜材料的合理替代，迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的是克服现有上述已有技术的不足，提供一种抗应力松弛、导电、导热良好、耐磨、耐蚀、耐疲劳的高强高弹无铍铜合金。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种高强高弹抗应力松弛无铍铜合金，按照重量百分比，其基础成分包括Ni0.7％～1.7％，Si 0.4％～0.8％，Co 0.8％～2.0％，其余为Cu，所述铜合金的成分满足：(a)3.4≤(Ni+Co)/Si≤6.5；(b)1.0％≤Ni+Co≤3.5％；(c)0.4≤Ni/Co≤1.3％；(d)2.0％≤Ni+Co+Si≤3.6％；(e)1.0％≤Ni/Si≤3.6。
作为本发明的优选方案，所述的高强高弹抗应力松弛无铍铜合金，含有以重量百分比计的下述成分：Ni 0.8％～1.5％，Si 0.5％～0.7％，Co 1.0％～1.8％，其余为Cu，所述铜合金的成分满足：(a)3.5≤(Ni+Co)/Si≤5.0；(b)1.7％≤Ni+Co≤3.0％；(c)0.5≤Ni/Co≤1.2％；(d)2.5％≤Ni+Co+Si≤3.6％；(e)1.2％≤Ni/Si≤3.6。
所述高强高弹抗应力松弛无铍铜合金中还可包含选自Ag、Sn、Cr、P和Zr中的至少一种微合金化附带元素，其重量含量为Ag 0.01％～0.1％，Sn 0.1％～0.5％，Cr 0.1％～0.5％，P 0.01％～0.5％和/或Zr 0.1～0.5％，总量应满足0.01％≤Ag+Sn+Cr+P+Zr≤0.5％。
所添加元素的作用：
镍和钴：镍和钴与硅结合，形成对时效硬化有效的硅化合物，抑止晶粒长大和提高抗应力松弛能力。镍的含量应控制在0.7％～1.7％。当镍的含量低于0.7％时，上述益处不明显。当镍的含量超过1.7％时，电导率和加工性能下降。钴的含量应控制在0.8％～2.0％，当钴的含量低于0.8％时，不能充分析出钴的硅化物第二相粒子，所述益处也不明显。当钴的含量超过2.0％时，会导致析出钴的硅化物第二相粒子过多，影响合金的加工性能。
硅：在本发明中，硅和镍、钴会形成硅化物第二相强化粒子来提高合金的强度。硅的含量应控制在0.4～0.8％。当硅含量低于0.4％时，合金经过时效后析出的硅化物第二相粒子过少，不能完全提高合金的强度。当硅含量高于0.8％时，会使合金的电导率和加工性能下降。
银、锡、铬、磷、锆：本发明的特点之一是添加一些微量元素(总量不高于0.5％)来提高合金的性能。添加锡、磷等元素能提高合金的铸造质量，增加合金的流动性，提高合金的加工性能。添加银能提高合金的抗应力松弛能力。添加铬、锆元素能提高合金的强度和电导率。添加磷元素能细化合金的晶粒。各微量元素的添加优选方案为：Ag 0.01％～0.1％，Sn 0.1％～0.5％，Cr 0.1％～0.5％，P 0.01％～0.5％，Zr 0.1～0.5％，总量应满足0.01％≤Ag+Sn+Cr+P+Zr≤0.5％。
本发明的另一个目的是提供上述高强高弹抗应力松弛无铍铜合金的制备和加工方法。
为实现上述目的，采取以下技术方案：
一种高强高弹抗应力松弛无铍铜合金的制备和加工方法，包括以下工艺流程：a.按照质量百分比进行配料、投料、熔炼及浇铸，b.铣面，c.热轧，d.固溶处理，e.一次冷轧，f.一次时效，g.二次冷轧，h.二次时效。
步骤a中，所述投料的具体顺序为：先加入铜(Cu)，熔化后，再加入镍(Ni)、硅(Si)，最后加入钴粉，所述钴粉用铜箔包覆。
步骤a中，还可以选择加入银(Ag)、锡(Sn)、铬(Cr)、磷(P)和/或锆(Zr)等微量元素。银(Ag)、铬(Cr)、磷(P)和/或锆(Zr)等微量元素优选以CuAg中间合金、CuCr中间合金、CuP中间合金、CuZr中间合金的形式加入。
步骤a中，所述熔炼的温度为1150～1300℃，所述浇铸的温度控制在1100～1200℃。
步骤b中，铣面时，合金上下表面各铣2mm，左右面各铣1mm。
步骤c中，所述热轧的温度为800～100℃，时间为1～10h。
步骤d中，所述的固溶处理的温度为850～1100℃，时间为0.5～5h。
步骤f中，所述一次时效的温度为400～550℃，时间为1～10h，冷却方式为空冷或随炉冷却。
步骤h中，所述二次时效的温度为320～450℃，时间为1～10h，冷却方式为空冷或随炉冷却。
本发明的优点在于：与其他弹性铜合金相比，本发明的高强高弹抗应力松弛无铍铜合金无论在强度、导电性还是弹性、耐腐蚀、可加工性能方面都是非常优良的，同时还具有优良的抗应力松弛性能。并且，该合金材料的制备过程比较简单，工艺流程短，能耗低，解决了熔炼铸造过程中的极易吸气从而导致铸锭内部存在大量的气孔的问题和铸锭在压力加工过程中易开裂不利于后续加工处理的问题，成材率高等。实现在中高端应用领域对铍青铜材料的合理替代，以解决该类材料的应用急需和降低生产能耗。
本发明的高强高弹抗应力松弛无铍铜合金的抗拉强度σb可达到700～900MPa，塑性延伸率δ为4～12％，电导率为40～55％IACS。该铜合金具有高弹性、高强度、高疲劳性、耐热性好，同时兼备了良好的导电性的优点，可以广泛的应用于各种弹性簧片、电触点、点焊极点、防爆工具、电接触元器件、接插元器件等场合。
具体实施方式
本发明中所述的高强高弹抗应力松弛无铍铜合金的制备及加工方法为：a.按照质量百分比进行配料、投料、熔炼及浇铸，b.铣面，c.热轧，d.固溶处理，e.一次冷轧，f.一次时效，g.二次冷轧，h.二次时效。
其中，具体的投料顺序为：先加入Cu，熔化后，再加入Ni、Si，出炉前选择加入CuAg中间合金、锡、CuCr中间合金、CuP中间合金和/或CuZr中间合金，最后加入钴。熔炼的温度为1150～1300℃，浇铸的温度控制在1100～1200℃；热轧温度为800～1000℃，时间为1～10h；固溶处理的温度为850～1100℃，时间为1～5h；第一次时效的温度为400～550℃，时间为1～10h，冷却方式为空冷或随炉冷却；第二次时效的温度为350～450℃，时间为1～10h，冷却方式为空冷或随炉冷却。
实施例1
本发明的合金采用以下原料熔炼：电解铜、纯镍、钴粉、纯硅。合金的成分见表1的实施例1。
1.熔炼：采用非真空感应电炉进行熔炼。合金的加入顺序为：先加入Cu，熔化后，再加入Ni、Si，加覆盖剂(木炭)保温5～10min，经充分除气、除杂后，再覆盖10mm左右厚的灼烧木炭。后加入钴粉(用铜箔包覆)，熔炼的温度为1280℃，保温10min后静置5～10min后出炉浇铸，浇铸温度为1200℃。
2.铣面：对合金进行铣面(上下表面各铣2mm，左右各铣1mm)。
3.热轧：对合金进行加热，加热温度为970℃，保温时间为2h，热轧总加工率为70％。
4.固溶处理：铸锭在加热炉中进行固溶处理，固溶温度为1020℃，保温时间为1h，冷却方式为水冷。
5.一次冷轧：将经过固溶处理的合金板材进行50％的变形处理。
6.一次时效：将冷轧后的板材装入热处理炉中，进行时效处理，温度为430℃，保温时间5h，冷却方式为随炉冷却。
7.二次冷轧：将一次时效后的板材进行二次冷轧，冷轧加工率控制在70％。
8.二次时效：二次冷轧后的板材进行时效处理，时效温度为340℃，保温时间为2.5h，冷却方式为空冷。
经过以上熔炼、铣面、热轧、固溶、一次冷轧、一次时效、二次冷轧、二次时效处理等加工处理后，其性能见表2中的实施例1。
实施例2
本发明的合金采用以下原料熔炼：电解铜、纯镍、钴粉、纯硅。合金的成分见表1的实施例2。
1.熔炼：采用非真空感应电炉进行熔炼。合金的加入顺序为：先加入Cu，熔化后，再加入Ni、Si，加覆盖剂(木炭)保温5～10min，经充分除气、除杂后，再覆盖10mm左右厚的灼烧木炭。后加入钴粉(用铜箔包覆)，熔炼的温度为1250℃，保温10min后静置5～10min后出炉浇铸，浇铸温度为1150℃。
2.铣面：对合金进行铣面(上下表面各铣2mm，左右各铣1mm)。
3.热轧：对合金进行加热，加热温度为950℃，保温时间为2.5h，热轧总加工率为70％。
4.固溶处理：铸锭在加热炉中进行固溶处理，固溶温度为1000℃，保温时间为2h，冷却方式为水冷。
5.一次冷轧：将经过固溶处理的合金板材进行70％的变形处理。
6.一次时效：将冷轧后的板材装入热处理炉中，进行时效处理，温度为450℃，保温时间3h，冷却方式为随炉冷却。
7.二次冷轧：将一次时效后的板材进行二次冷轧，冷轧加工率控制在70％。
8.二次时效：二次冷轧后的板材进行时效处理，时效温度为350℃，保温时间为2h，冷却方式为空冷。
经过以上熔炼、铣面、热轧、固溶、一次冷轧、一次时效、二次冷轧、二次时效处理等加工处理后，其性能见表2中的实施例2。
实施例3
本发明的合金采用以下原料熔炼：电解铜、纯镍、钴粉、纯硅。合金的成分见表1的实施例3。
1.熔炼：采用非真空感应电炉进行熔炼。合金的加入顺序为：先加入Cu，熔化后，再加入Ni、Si，加覆盖剂(木炭)保温5～10min，经充分除气、除杂后，再覆盖10mm左右厚的灼烧木炭。后加入钴粉(用铜箔包覆)，熔炼的温度为1300℃，保温10min后静置5～10min后出炉浇铸，浇铸温度为1200℃。
2.铣面：对合金进行铣面(上下表面各铣2mm，左右各铣1mm)。
3.热轧：对合金进行加热，加热温度为950℃，保温时间为2.5h，热轧总加工率为70％。
4.固溶处理：铸锭在加热炉中进行固溶处理，固溶温度为1000℃，保温时间为1h，冷却方式为水冷。
5.一次冷轧：将经过固溶处理的合金板材进行70％的变形处理。
6.一次时效：将冷轧后的板材装入热处理炉中，进行时效处理，温度为470℃，保温时间4h，冷却方式为随炉冷却。
7.二次冷轧：将一次时效后的板材进行二次冷轧，冷轧加工率控制在50％。
8.二次时效：二次冷轧后的板材进行时效处理，时效温度为350℃，保温时间为2.5h，冷却方式为空冷。
经过以上熔炼、铣面、热轧、固溶、一次冷轧、一次时效、二次冷轧、二次时效处理等加工处理后，其性能见表2中的实施例3。
实施例4
本发明的合金采用以下原料熔炼：电解铜、纯镍、钴粉、纯硅。合金的成分见表1的实施例4。
1.熔炼：采用非真空感应电炉进行熔炼。合金的加入顺序为：先加入Cu，熔化后，再加入Ni、Si，加覆盖剂(木炭)保温5～10min，经充分除气、除杂后，再覆盖10mm左右厚的灼烧木炭。后加入钴粉(用铜箔包覆)，熔炼的温度为1270℃，保温10min后静置5～10min后出炉浇铸，浇铸温度为1200℃。
2.铣面：对合金进行铣面(上下表面各铣2mm，左右各铣1mm)。
3.热轧：对合金进行加热，加热温度为930℃，保温时间为3h，热轧总加工率为70％。
4.固溶处理：铸锭在加热炉中进行固溶处理，固溶温度为990℃，保温时间为2h，冷却方式为水冷。
5.一次冷轧：将经过固溶处理的合金板材进行60％的变形处理。
6.一次时效：将冷轧后的板材装入热处理炉中，进行时效处理，温度为450℃，保温时间2h，冷却方式为随炉冷却。
7.二次冷轧：将一次时效后的板材进行二次冷轧，冷轧加工率控制在60％。
8.二次时效：二次冷轧后的板材进行时效处理，时效温度为350℃，保温时间为2.5h，冷却方式为空冷。
经过以上熔炼、铣面、热轧、固溶、一次冷轧、一次时效、二次冷轧、二次时效处理等加工处理后，其性能见表2中的实施例4。
实施例5
本发明的合金采用以下原料熔炼：电解铜、纯镍、钴粉、纯硅。合金的成分见表1的实施例5。
1.熔炼：采用非真空感应电炉进行熔炼。合金的加入顺序为：先加入Cu，熔化后，再加入Ni、Si，加覆盖剂(木炭)保温5～10min，经充分除气、除杂后，再覆盖10mm左右厚的灼烧木炭。后加入钴粉(用铜箔包覆)，熔炼的温度为1300℃，保温10min后静置5～10min后出炉浇铸，浇铸温度为1150℃。
2.铣面：对合金进行铣面(上下表面各铣2mm，左右各铣1mm)。
3.热轧：对合金进行加热，加热温度为1000℃，保温时间为2h，热轧总加工率为70％。
4.固溶处理：铸锭在加热炉中进行固溶处理，固溶温度为1000℃，保温时间为2h，冷却方式为水冷。
5.一次冷轧：将经过固溶处理的合金板材进行50％的变形处理。
6.一次时效：将冷轧后的板材装入热处理炉中，进行时效处理，温度为470℃，保温时间1.5h，冷却方式为随炉冷却。
7.二次冷轧：将一次时效后的板材进行二次冷轧，冷轧加工率控制在70％。
8.二次时效：二次冷轧后的板材进行时效处理，时效温度为350℃，保温时间为2.5h，冷却方式为空冷。
经过以上熔炼、铣面、热轧、固溶、一次冷轧、一次时效、二次冷轧、二次时效处理等加工处理后，其性能见表2中的实施例5。
实施例6
本发明的合金采用以下原料熔炼：电解铜、纯镍、钴粉、纯硅。合金的成分见表1的实施例6。
1.熔炼：采用非真空感应电炉进行熔炼。合金的加入顺序为：先加入Cu，熔化后，再加入Ni、Si，加覆盖剂(木炭)保温5～10min，经充分除气、除杂后，再覆盖10mm左右厚的灼烧木炭。后加入钴粉(用铜箔包覆)，熔炼的温度为1280℃，保温10min后静置5～10min后出炉浇铸，浇铸温度为1180℃。
2.铣面：对合金进行铣面(上下表面各铣2mm，左右各铣1mm)。
3.热轧：对合金进行加热，加热温度为950℃，保温时间为2h，热轧总加工率为70％。
4.固溶处理：铸锭在加热炉中进行固溶处理，固溶温度为980℃，保温时间为3h，冷却方式为水冷。
5.一次冷轧：将经过固溶处理的合金板材进行70％的变形处理。
6.一次时效：将冷轧后的板材装入热处理炉中，进行时效处理，温度为450℃，保温时间3h，冷却方式为随炉冷却。
7.二次冷轧：将一次时效后的板材进行二次冷轧，冷轧加工率控制在60％。
8.二次时效：二次冷轧后的板材进行时效处理，时效温度为360℃，保温时间为2h，冷却方式为空冷。
经过以上熔炼、铣面、热轧、固溶、一次冷轧、一次时效、二次冷轧、二次时效处理等加工处理后，其性能见表2中的实施例6。
实施例7
本发明的合金采用以下原料熔炼：电解铜、纯镍、钴粉、纯硅。合金的成分见表1的实施例7。
1.熔炼：采用非真空感应电炉进行熔炼。合金的加入顺序为：先加入Cu，熔化后，再加入Ni、Si，加覆盖剂(木炭)保温5～10min，经充分除气、除杂后，再覆盖10mm左右厚的灼烧木炭。后加入钴粉(用铜箔包覆)，熔炼的温度为1300℃，保温10min后静置5～10min后出炉浇铸，浇铸温度为1100℃。
2.铣面：对合金进行铣面(上下表面各铣2mm，左右各铣1mm)。
3.热轧：对合金进行加热，加热温度为1000℃，保温时间为2h，热轧总加工率为70％。
4.固溶处理：铸锭在加热炉中进行固溶处理，固溶温度为1050℃，保温时间为1h，冷却方式为水冷。
5.一次冷轧：将经过固溶处理的合金板材进行60％的变形处理。
6.一次时效：将冷轧后的板材装入热处理炉中，进行时效处理，温度为470℃，保温时间2h，冷却方式为随炉冷却。
7.二次冷轧：将一次时效后的板材进行二次冷轧，冷轧加工率控制在70％。
8.二次时效：二次冷轧后的板材进行时效处理，时效温度为380℃，保温时间为1.5h，冷却方式为空冷。
经过以上熔炼、铣面、热轧、固溶、一次冷轧、一次时效、二次冷轧、二次时效处理等加工处理后，其性能见表2中的实施例7。
实施例8
本发明的合金采用以下原料熔炼：电解铜、纯镍、钴粉、纯硅。合金的成分见表1的实施例8。
1.熔炼：采用非真空感应电炉进行熔炼。合金的加入顺序为：先加入Cu，熔化后，再加入Ni、Si，加覆盖剂(木炭)保温5～10min，经充分除气、除杂后，再覆盖10mm左右厚的灼烧木炭。后加入钴粉(用铜箔包覆)，熔炼的温度为1250℃，保温10min后静置5～10min后出炉浇铸，浇铸温度为1120℃。
2.铣面：对合金进行铣面(上下表面各铣2mm，左右各铣1mm)。
3.热轧：对合金进行加热，加热温度为950℃，保温时间为2.5h，热轧总加工率为70％。
4.固溶处理：铸锭在加热炉中进行固溶处理，固溶温度为1050℃，保温时间为2h，冷却方式为水冷。
5.一次冷轧：将经过固溶处理的合金板材进行50％的变形处理。
6.一次时效：将冷轧后的板材装入热处理炉中，进行时效处理，温度为450℃，保温时间2h，冷却方式为随炉冷却。
7.二次冷轧：将一次时效后的板材进行二次冷轧，冷轧加工率控制在70％。
8.二次时效：二次冷轧后的板材进行时效处理，时效温度为350℃，保温时间为1.5h，冷却方式为空冷。
经过以上熔炼、铣面、热轧、固溶、一次冷轧、一次时效、二次冷轧、二次时效处理等加工处理后，其性能见表2中的实施例8。
实施例9
本发明的合金采用以下原料熔炼：电解铜、纯镍、钴粉、纯硅。合金的成分见表1的实施例9。
1.熔炼：采用非真空感应电炉进行熔炼。合金的加入顺序为：先加入Cu，熔化后，再加入Ni、Si，加覆盖剂(木炭)保温5～10min，经充分除气、除杂后，再覆盖10mm左右厚的灼烧木炭。后加入钴粉(用铜箔包覆)，熔炼的温度为1300℃，保温10min后静置5～10min后出炉浇铸，浇铸温度为1170℃。
2.铣面：对合金进行铣面(上下表面各铣2mm，左右各铣1mm)。
3.热轧：对合金进行加热，加热温度为920℃，保温时间为2h，热轧总加工率为70％。
4.固溶处理：铸锭在加热炉中进行固溶处理，固溶温度为1020℃，保温时间为1h，冷却方式为水冷。
5.一次冷轧：将经过固溶处理的合金板材进行40％的变形处理。
6.一次时效：将冷轧后的板材装入热处理炉中，进行时效处理，温度为480℃，保温时间1.5h，冷却方式为随炉冷却。
7.二次冷轧：将一次时效后的板材进行二次冷轧，冷轧加工率控制在80％。
8.二次时效：二次冷轧后的板材进行时效处理，时效温度为340℃，保温时间为3h，冷却方式为空冷。
经过以上熔炼、铣面、热轧、固溶、一次冷轧、一次时效、二次冷轧、二次时效处理等加工处理后，其性能见表2中的实施例9。
实施例10
本发明的合金采用以下原料熔炼：电解铜、纯镍、钴粉、纯硅。合金的成分见表1的实施例10。
1.熔炼：采用非真空感应电炉进行熔炼。合金的加入顺序为：先加入Cu，熔化后，再加入Ni、Si，加覆盖剂(木炭)保温5～10min，经充分除气、除杂后，再覆盖10mm左右厚的灼烧木炭。后加入钴粉(用铜箔包覆)，熔炼的温度为1270℃，保温10min后静置5～10min后出炉浇铸，浇铸温度为1120℃。
2.铣面：对合金进行铣面(上下表面各铣2mm，左右各铣1mm)。
3.热轧：对合金进行加热，加热温度为900℃，保温时间为2.5h，热轧总加工率为70％。
4.固溶处理：铸锭在加热炉中进行固溶处理，固溶温度为980℃，保温时间为1h，冷却方式为水冷。
5.一次冷轧：将经过固溶处理的合金板材进行70％的变形处理。
6.一次时效：将冷轧后的板材装入热处理炉中，进行时效处理，温度为400℃，保温时间3h，冷却方式为随炉冷却。
7.二次冷轧：将一次时效后的板材进行二次冷轧，冷轧加工率控制在50％。
8.二次时效：二次冷轧后的板材进行时效处理，时效温度为360℃，保温时间为2h，冷却方式为空冷。
经过以上熔炼、铣面、热轧、固溶、一次冷轧、一次时效、二次冷轧、二次时效处理等加工处理后，其性能见表2中的实施例10。
实施例11
本发明的合金采用以下原料熔炼：电解铜、纯镍、钴粉、纯硅。合金的成分见表1的实施例11。
1.熔炼：采用非真空感应电炉进行熔炼。合金的加入顺序为：先加入Cu，熔化后，再加入Ni、Si，加覆盖剂(木炭)保温5～10min，经充分除气、除杂后，再覆盖10mm左右厚的灼烧木炭。后加入钴粉(用铜箔包覆)，熔炼的温度为1290℃，保温10min后静置5～10min后出炉浇铸，浇铸温度为1100℃。
2.铣面：对合金进行铣面(上下表面各铣2mm，左右各铣1mm)。
3.热轧：对合金进行加热，加热温度为930℃，保温时间为2h，热轧总加工率为70％。
4.固溶处理：铸锭在加热炉中进行固溶处理，固溶温度为980℃，保温时间为1h，冷却方式为水冷。
5.一次冷轧：将经过固溶处理的合金板材进行80％的变形处理。
6.一次时效：将冷轧后的板材装入热处理炉中，进行时效处理，温度为400℃，保温时间2h，冷却方式为随炉冷却。
7.二次冷轧：将一次时效后的板材进行二次冷轧，冷轧加工率控制在50％。
8.二次时效：二次冷轧后的板材进行时效处理，时效温度为320℃，保温时间为2h，冷却方式为空冷。
经过以上熔炼、铣面、热轧、固溶、一次冷轧、一次时效、二次冷轧、二次时效处理等加工处理后，其性能见表2中的实施例11。
实施例12
本发明的合金采用以下原料熔炼：电解铜、纯镍、钴粉、纯硅。合金的成分见表1的实施例12。
1.熔炼：采用非真空感应电炉进行熔炼。合金的加入顺序为：先加入Cu，熔化后，再加入Ni、Si，加覆盖剂(木炭)保温5～10min，经充分除气、除杂后，再覆盖10mm左右厚的灼烧木炭。后加入钴粉(用铜箔包覆)，熔炼的温度为1250℃，保温10min后静置5～10min后出炉浇铸，浇铸温度为1200℃。
2.铣面：对合金进行铣面(上下表面各铣2mm，左右各铣1mm)。
3.热轧：对合金进行加热，加热温度为900℃，保温时间为1h，热轧总加工率为70％。
4.固溶处理：铸锭在加热炉中进行固溶处理，固溶温度为1000℃，保温时间为1h，冷却方式为水冷。
5.一次冷轧：将经过固溶处理的合金板材进行60％的变形处理。
6.一次时效：将冷轧后的板材装入热处理炉中，进行时效处理，温度为450℃，保温时间4h，冷却方式为随炉冷却。
7.二次冷轧：将一次时效后的板材进行二次冷轧，冷轧加工率控制在60％。
8.二次时效：二次冷轧后的板材进行时效处理，时效温度为350℃，保温时间为1.5h，冷却方式为空冷。
经过以上熔炼、铣面、热轧、固溶、一次冷轧、一次时效、二次冷轧、二次时效处理等加工处理后，其性能见表2中的实施例12。
实施例13
本发明的合金采用以下原料熔炼：电解铜、纯镍、钴粉、纯硅。合金的成分见表1的实施例13。
1.熔炼：采用非真空感应电炉进行熔炼。合金的加入顺序为：先加入Cu，熔化后，再加入Ni、Si，加覆盖剂(木炭)保温5～10min，经充分除气、除杂后，再覆盖10mm左右厚的灼烧木炭。后加入钴粉(用铜箔包覆)，熔炼的温度为1280℃，保温10min后静置5～10min后出炉浇铸，浇铸温度为1120℃。
2.铣面：对合金进行铣面(上下表面各铣2mm，左右各铣1mm)。
3.热轧：对合金进行加热，加热温度为950℃，保温时间为2h，热轧总加工率为70％。
4.固溶处理：铸锭在加热炉中进行固溶处理，固溶温度为1000℃，保温时间为1h，冷却方式为水冷。
5.一次冷轧：将经过固溶处理的合金板材进行60％的变形处理。
6.一次时效：将冷轧后的板材装入热处理炉中，进行时效处理，温度为450℃，保温时间2h，冷却方式为随炉冷却。
7.二次冷轧：将一次时效后的板材进行二次冷轧，冷轧加工率控制在60％。
8.二次时效：二次冷轧后的板材进行时效处理，时效温度为350℃，保温时间为2h，冷却方式为空冷。
经过以上熔炼、铣面、热轧、固溶、一次冷轧、一次时效、二次冷轧、二次时效处理等加工处理后，其性能见表2中的实施例13。
实施例14
本发明的合金采用以下原料熔炼：电解铜、纯镍、钴粉、纯硅、纯锡和铜-银中间合金。合金的成分见表1的实施例14。
1.熔炼：采用非真空感应电炉进行熔炼。合金的加入顺序为：先加入Cu，熔化后，再加入Ni、Si、纯锡和铜-银中间合金，加覆盖剂(木炭)保温5～10min，经充分除气、除杂后，再覆盖10mm左右厚的灼烧木炭。后加入钴粉(用铜箔包覆)，熔炼的温度为1250℃，保温10min后静置5～10min后出炉浇铸，浇铸温度为1200℃。
2.铣面：对合金进行铣面(上下表面各铣2mm，左右各铣1mm)。
3.热轧：对合金进行加热，加热温度为930℃，保温时间为1h，热轧总加工率为70％。
4.固溶处理：铸锭在加热炉中进行固溶处理，固溶温度为1010℃，保温时间为1h，冷却方式为水冷。
5.一次冷轧：将经过固溶处理的合金板材进行70％的变形处理。
6.一次时效：将冷轧后的板材装入热处理炉中，进行时效处理，温度为460℃，保温时间3h，冷却方式为随炉冷却。
7.二次冷轧：将一次时效后的板材进行二次冷轧，冷轧加工率控制在60％。
8.二次时效：二次冷轧后的板材进行时效处理，时效温度为340℃，保温时间为4h，冷却方式为空冷。
经过以上熔炼、铣面、热轧、固溶、一次冷轧、一次时效、二次冷轧、二次时效处理等加工处理后，其性能见表2中的实施例14。
实施例15
本发明的合金采用以下原料熔炼：电解铜、纯镍、钴粉、纯硅、纯锡、铜-磷中间合金。合金的成分见表1的实施例15。
1.熔炼：采用非真空感应电炉进行熔炼。合金的加入顺序为：先加入Cu，熔化后，加覆盖剂(木炭)保温5～10min，加纯镍、硅、纯锡、铜-磷中间合金，经充分除气、除杂后，再覆盖10mm左右厚的灼烧木炭。最后加入钴粉(用铜箔包覆)，熔炼的温度为1260℃，保温10min后静置5～10min后出炉浇铸，浇铸温度为1200℃。
2.铣面：对合金进行铣面(上下表面各铣2mm，左右各铣1mm)。
3.热轧：对合金进行加热，加热温度为900℃，保温时间为1h。热轧总加工率为80％。
4.固溶处理：铸锭在加热炉中进行固溶处理，固溶温度为1000℃，保温时间为0.5h，冷却方式为水冷。
5.一次冷轧：将经过固溶处理的合金板材进行70％的变形处理。
6.一次时效：将冷轧后的板材装入热处理炉中，进行时效处理，温度为460℃，保温时间4h，冷却方式为随炉冷却。
7.二次冷轧：将一次时效后的板材进行二次冷轧，冷轧加工率控制在60％。
8.二次时效：二次冷轧后的板材进行时效处理，时效温度为350℃，保温时间为2.5h，冷却方式为空冷。
经过以上熔炼、铣面、热轧、固溶、一次冷轧、一次时效、二次冷轧、二次时效处理等加工处理后，其性能见表2中的实施例15。
实施例16
本发明的合金采用以下原料熔炼：电解铜、纯镍、钴粉、纯硅、铜-铬中间合金和铜-锆中间合金。合金的成分见表1的实施例16。
1.熔炼：采用非真空感应电炉进行熔炼。合金的加入顺序为：先加入Cu，熔化后，加覆盖剂(木炭)保温5～10min，加纯镍、硅、铜-铬中间合金和铜-锆中间合金，经充分除气、除杂后，再覆盖10mm左右厚的灼烧木炭。最后加入钴粉(用铜箔包覆)，熔炼的温度为1280℃，保温10min后静置5～10min后出炉浇铸，浇铸温度为1150℃。
2.铣面：对合金进行铣面(上下表面各铣2mm，左右各铣1mm)。
3.热轧：对合金进行加热，加热温度为980℃，保温时间为2h。热轧总加工率为70％。
4.固溶处理：铸锭在加热炉中进行固溶处理，固溶温度为990℃，保温时间为5h，冷却方式为水冷。
5.一次冷轧：将经过固溶处理的合金板材进行70％的变形处理。
6.一次时效：将冷轧后的板材装入热处理炉中，进行时效处理，温度为550℃，保温时间2h，冷却方式为随炉冷却。
7.二次冷轧：将一次时效后的板材进行二次冷轧，冷轧加工率控制在50％。
8.二次时效：二次冷轧后的板材进行时效处理，时效温度为400℃，保温时间为2h，冷却方式为空冷。
经过以上熔炼、铣面、热轧、固溶、一次冷轧、一次时效、二次冷轧、二次时效处理等加工处理后，其性能见表2中的实施例16。
实施例17
本发明的合金采用以下原料熔炼：电解铜、纯镍、钴粉、纯硅、纯锡、铜-铬中间合金和铜-磷中间合金。合金的成分见表1的实施例17。
1.熔炼：采用非真空感应电炉进行熔炼。合金的加入顺序为：先加入Cu，熔化后，加覆盖剂(木炭)保温5～10min，加纯镍、硅、锡、铜-铬中间合金和铜-磷中间合金，经充分除气、除杂后，再覆盖10mm左右厚的灼烧木炭。最后加入钴粉(用铜箔包覆)，熔炼的温度为1250℃，保温10min后静置5～10min后出炉浇铸，浇铸温度为1160℃。
2.铣面：对合金进行铣面(上下表面各铣2mm，左右各铣1mm)。
3.热轧：对合金进行加热，加热温度为950℃，保温时间为2h。热轧总加工率为75％。
4.固溶处理：铸锭在加热炉中进行固溶处理，固溶温度为1030℃，保温时间为2h，冷却方式为水冷。
5.一次冷轧：将经过固溶处理的合金板材进行50％的变形处理。
6.一次时效：将冷轧后的板材装入热处理炉中，进行时效处理，温度为480℃，保温时间2.5h，冷却方式为随炉冷却。
7.二次冷轧：将一次时效后的板材进行二次冷轧，冷轧加工率控制在50％。
8.二次时效：二次冷轧后的板材进行时效处理，时效温度为400℃，保温时间为2.5h，冷却方式为空冷。
经过以上熔炼、铣面、热轧、固溶、一次冷轧、一次时效、二次冷轧、二次时效处理等加工处理后，其性能见表2中的实施例17。
实施例18
本发明的合金采用以下原料熔炼：电解铜、纯镍、钴粉、纯硅、铜-银中间合金、铜-铬中间合金和铜-磷中间合金。合金的成分见表1的实施例18。
1.熔炼：采用非真空感应电炉进行熔炼。合金的加入顺序为：先加入Cu，熔化后，加覆盖剂(木炭)保温5～10min，纯镍、硅、铜-银中间合金、铜-铬中间合金和铜-磷中间合金，经充分除气、除杂后，再覆盖10mm左右厚的灼烧木炭。最后加入钴粉(用铜箔包覆)，熔炼的温度为1300℃，保温10min后静置5～10min后出炉浇铸，浇铸温度为1180℃。
2.铣面：对合金进行铣面(上下表面各铣2mm，左右各铣1mm)。
3.热轧：对合金进行加热，加热温度为950℃，保温时间为3h。热轧总加工率为75％。
4.固溶处理：铸锭在加热炉中进行固溶处理，固溶温度为1020℃，保温时间为4h，冷却方式为水冷。
5.一次冷轧：将经过固溶处理的合金板材进行70％的变形处理。
6.一次时效：将冷轧后的板材装入热处理炉中，进行时效处理，温度为520℃，保温时间3h，冷却方式为随炉冷却。
7.二次冷轧：将一次时效后的板材进行二次冷轧，冷轧加工率控制在70％。
8.二次时效：二次冷轧后的板材进行时效处理，时效温度为450℃，保温时间为1h，冷却方式为空冷。
经过以上熔炼、铣面、热轧、固溶、一次冷轧、一次时效、二次冷轧、二次时效处理等加工处理后，其性能见表2中的实施例18。
实施例19
本发明的合金采用以下原料熔炼：电解铜、纯镍、钴粉、纯硅、纯锡、铜-铬中间合金、铜-磷中间合金和铜-锆中间合金。合金的成分见表1的实施例19。
1.熔炼：采用非真空感应电炉进行熔炼。合金的加入顺序为：先加入Cu，熔化后，加覆盖剂(木炭)保温5～10min，纯镍、硅、锡、铜-铬中间合金、铜-磷中间合金和铜-锆中间合金，经充分除气、除杂后，再覆盖10mm左右厚的灼烧木炭。最后加入钴粉(用铜箔包覆)，熔炼的温度为1280℃，保温10min后静置5～10min后出炉浇铸，浇铸温度为1200℃。
2.铣面：对合金进行铣面(上下表面各铣2mm，左右各铣1mm)。
3.热轧：对合金进行加热，加热温度为910℃，保温时间为2h。热轧总加工率为75％。
4.固溶处理：铸锭在加热炉中进行固溶处理，固溶温度为1000℃，保温时间为3h，冷却方式为水冷。
5.一次冷轧：将经过固溶处理的合金板材进行70％的变形处理。
6.一次时效：将冷轧后的板材装入热处理炉中，进行时效处理，温度为520℃，保温时间3h，冷却方式为随炉冷却。
7.二次冷轧：将一次时效后的板材进行二次冷轧，冷轧加工率控制在70％。
8.二次时效：二次冷轧后的板材进行时效处理，时效温度为400℃，保温时间为2.5h，冷却方式为空冷。
经过以上熔炼、铣面、热轧、固溶、一次冷轧、一次时效、二次冷轧、二次时效处理等加工处理后，其性能见表2中的实施例19。
实施例20
本发明的合金采用以下原料熔炼：电解铜、纯镍、钴粉、纯硅、纯锡、铜-银中间合金、铜-铬中间合金和铜-锆中间合金。合金的成分见表1的实施例20。
1.熔炼：采用非真空感应电炉进行熔炼。合金的加入顺序为：先加入Cu，熔化后，加覆盖剂(木炭)保温5～10min，纯镍、硅、锡、铜-银中间合金、铜-铬中间合金和铜-锆中间合金，经充分除气、除杂后，再覆盖10mm左右厚的灼烧木炭。最后加入钴粉(用铜箔包覆)，熔炼的温度为1250℃，保温10min后静置5～10min后出炉浇铸，浇铸温度为1180℃。
2.铣面：对合金进行铣面(上下表面各铣2mm，左右各铣1mm)。
3.热轧：对合金进行加热，加热温度为960℃，保温时间为3h。热轧总加工率为75％。
4.固溶处理：铸锭在加热炉中进行固溶处理，固溶温度为1020℃，保温时间为1h，冷却方式为水冷。
5.一次冷轧：将经过固溶处理的合金板材进行50％的变形处理。
6.一次时效：将冷轧后的板材装入热处理炉中，进行时效处理，温度为480℃，保温时间2.5h，冷却方式为随炉冷却。
7.二次冷轧：将一次时效后的板材进行二次冷轧，冷轧加工率控制在50％。
8.二次时效：二次冷轧后的板材进行时效处理，时效温度为350℃，保温时间为3.5h，冷却方式为空冷。
经过以上熔炼、铣面、热轧、固溶、一次冷轧、一次时效、二次冷轧、二次时效处理等加工处理后，其性能见表2中的实施例20。
本发明实施例1-20的高强高弹抗应力松弛无铍铜合金的抗拉强度σb在790～891MPa之间，塑性延伸率δ在6～9％之间，电导率在40～48％IACS之间。这些铜合金具有高弹性、高强度、高疲劳性、耐热性好，同时兼备了良好的导电性的优点，可以广泛的应用于各种弹性簧片、电触点、点焊极点、防爆工具、电接触元器件、接插元器件等场合。
表1实施例1-20的合金成分配方(wt％)
注“---”标记为未添加合金量。
表2实施例1-20的合金性能表
Claims (10)
1.一种高强高弹抗应力松弛无铍铜合金，其特征在于，按照重量百分比，其组成包括：Ni 0.7％～1.7％，Si 0.4％～0.8％，Co 0.8％～2.0％，其余为Cu，所述铜合金的成分满足：(a)3.4≤(Ni+Co)/Si≤6.5；(b)1.0％≤Ni+Co≤3.5％；(c)0.4≤Ni/Co≤1.3％；(d)2.0％≤Ni+Co+Si≤3.6％；(e)1.0％≤Ni/Si≤3.6。
2.根据权利要求1所述的高强高弹抗应力松弛无铍铜合金，其特征在于：按照重量百分比，其组成包括：Ni 0.8％～1.5％，Si 0.5％～0.7％，Co 1.0％～1.8％，其余为Cu，所述铜合金的成分满足：(a)3.5≤(Ni+Co)/Si≤5.0；(b)1.7％≤Ni+Co≤3.0％；(c)0.5≤Ni/Co≤1.2％；(d)2.5％≤Ni+Co+Si≤3.6％；(e)1.2％≤Ni/Si≤3.6。
3.根据权利要求1、2所述的高强高弹抗应力松弛无铍铜合金，其特征在于：所述铜合金中还包含选自Ag、Sn、Cr、P和Zr中的至少一种元素，其重量含量为Ag 0.01％～0.1％，Sn 0.1％～0.5％，Cr 0.1％～0.5％，P 0.01％～0.5％，Zr 0.1～0.5％，总量满足0.01％≤Ag+Sn+Cr+P+Zr≤0.5％。
4.权利要求1～3所述的高强高弹抗应力松弛无铍铜合金的制备和加工方法，包括以下步骤：a.按照质量百分比进行配料、投料、熔炼及浇铸，b.铣面，c.热轧，d.固溶处理，e.一次冷轧，f.一次时效，g.二次冷轧，h.二次时效。
5.根据权利要求4所述的高强高弹抗应力松弛无铍铜合金的制备和加工方法，其特征在于：所述投料的具体顺序为：先加入铜，熔化后，再加入镍、硅，最后加入钴粉。
6.根据权利要求5所述的高强高弹抗应力松弛无铍铜合金的制备和加工方法，其特征在于：所述投料时还加入银、锡、铬、磷和/或锆，所述的银、铬、磷和/或锆分别以CuAg中间合金、CuCr中间合金、CuP中间合金和/或CuZr中间合金的形式加入。
7.根据权利要求4所述的高强高弹抗应力松弛无铍铜合金的制备和加工方法，其特征在于：所述熔炼的温度为1150～1300℃，所述浇铸的温度控制在1100～1200℃。
8.根据权利要求4所述的高强高弹抗应力松弛无铍铜合金的制备和加工方法，其特征在于：所述热轧的温度为800～1000℃，时间为1～10h。
9.根据权利要求4所述的高强高弹抗应力松弛无铍铜合金的制备和加工方法，其特征在于：所述的固溶处理的温度为850～1100℃，时间为0.5～5h。
10.根据权利要求4所述的高强高弹抗应力松弛无铍铜合金的制备和加工方法，其特征在于：所述一次时效的温度为400～550℃，时间为1～10h，冷却方式为空冷或随炉冷却；所述二次时效的温度为320～450℃，时间为1～10h，冷却方式为空冷或随炉冷却。
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