CN103290252B - 一种高强高导的铬锆铜合金及其加工工艺 - Google Patents
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Abstract
为了确保铬、锆元素均匀溶解于铜的基体中，并达到一定的成份比例要求，本发明采用包芯线技术制备铬锆铜合金，解决了现有生产技术中，在生产过程中金属锆容易烧损，收得率低和由于生产过程不容易控制，收得率不稳定，从而造成生产出来的产品性能不稳定的问题；现有技术下收得率仅为30%，生产成本较高；采用包芯线技术，收得率高而且稳定，平均收得率在79.22%，产品性能稳定，且Cr相和Zr相析出变得更加细小，同时，析出相的形状和析出顺序发生改变，Zr含量变化明显改变晶界的形状，得到理想硬度、导电率、软化温度、抗拉强度、屈服强度、金相组织细小均匀等特性的铬锆铜合金，主要性能指标高于行业标准GB/T4928-1999中的，硬度78HRB，导电率43Ms/m，收得率高节省了大量的成本。
Description
技术领域
本发明涉及到一种高强高导的铬锆铜合金及其加工工艺，特别是一种适用于高强高导铬锆铜生产的包芯线合金化技术，属于材料制备领域。
背景技术
目前，我国仍然采用六十年代确立的真空熔炼方法生产，由于真空生产成本高、产量小、工艺复杂，导致我国生产厂家一直处于小批量生产状态，生产效率低、工艺复杂、材料品种少、性能差、加工成本高、成品率低，很难建立连铸化工业生产规模，远远不能满足现代高强高导铬锆铜的合金材料的使用要求及日益增长的市场需求。广泛应用于电子、电力、装备制造行业。例如，我国的高铁也已采用了铬锆铜导条和铬锆铜电动转子端环，实用效果非常好。所以，可以断定铬锆铜合金产品将有广阔的市场空间和发展产景。
最近几年，以德国、美国、日本为代表的国外先进国家注重铬锆铜合金的研究和开发工作，建立了经济化的规模化的锆锆铜系列合金产品生产技术和工艺流程，使合金产品走上了规模化、商业化生产的道路。
申请号为200410041717.7（一种用于焊接汽车镀复层钢板的电极帽的制作方法的专利）公开了一种铬锆铜合金电极帽的制作方法，该方法以阴极铜、金属铬、金属锆为主原料，以金属镁作为脱氧剂，但是生产过程中金属锆容易烧损，不容易控制，收得率低且不稳定，造成产品性能不稳定，且很难控制；一般情况下收得率30%，使得成本高。
鉴定上述因素，本公司与江苏大学合作攻关，投入大量的人力和物力进行研究和开发，增添了先进的设备，取得了显著的成绩，能够保质保量，批量生产锆锆铜合金，在性能指标方面，在国内唯一能够达到导电率大于80%ISO，强度大于550Mpa，软化温度为600℃的高强高导铬锆铜合金品种。
铬锆铜合金化的工艺，即在常规非真空感应工艺条件下实现一种高强高导铬锆铜合金的生产工艺。
发明内容
本发明的目的是针对现有铬锆铜合金加工工艺存在金属锆容易烧损，产品性能不稳定等问题提供一种经济化的高强高导的铬锆铜合金及其加工工艺。
实现本发明的技术解决方案为：本发明采用包芯线技术制备铬锆铜合金，以阴极铜、金属铬、金属锆为主原料，以金属镁作为脱氧剂，其中，按重量百分比计算，以阴极铜为98.86～99.40%、铬为0.4～0.8%、锆为0.1-0.24%和脱氧剂镁为0.05～0.10%配料。
本发明所述的阴极铜为高纯阴极铜。
本发明所述的金属铬，纯度≥99.5%。
本发明所述的金属锆，纯度≥98.5%。
本发明所述的金属锆、金属铬的粒度均为40目。
本发明的铬锆铜合金采用以下步骤制备：
A) 原料配制：用阴极铜、金属铬作为主原料，以镁作为脱氧剂，其中，主原料组成（按重量百分比计算）阴极铜98.86～99.40%、铬0.4～0.8%，脱氧剂镁0.05～0.10%；
B) 将按上述配制的原料铜-铬混合后放入中频感应炉内熔炼，炉温为1300～1400℃，保温；
C) 将直径为3毫米铜箔厚度为0.4毫米的金属锆包芯线放在工频感应炉底部；再将B)步骤中的铜-铬混合液体注入到工频感应炉内保温，工频感应炉控制炉内坩埚温度为1100～1200℃，金属锆配比含量占主原料的0.1-0.24%；
D) 铬锆铜合金铜液通过结晶器进行水冷却后由喂线连铸装置引出铜铸件按长度要求锯成铸棒；
E) 铸棒温度控制在970±5℃，立即淬水冷却，水池中放盐，浓度符合波美11±2℃，水温控制在40℃以下；
F) 用冷挤压设备将E）中的棒材进行挤压；
G) 将F)步骤中的棒材,经过冲压和金加工后得到电极帽；
H) 时效处理：将铬锆铜合金电极帽放入真空电炉中，升温460℃保温2小时，空冷，出炉。
在本发明的步骤C中所述的坩埚的材质为石墨，内径尺寸为104毫米*170毫米，外径尺寸为134*195毫米，间隙涂料配方为石英和粘土渗水浓稠混合物中加入石墨粉。
在本发明的步骤F中所述的冷挤压设备采用1200吨挤压机，冷挤压材料压缩比为50～70%。
在本发明的步骤C中所述的结晶器材质为T2铜，厚度为10毫米。
与现有技术相比，为了确保铬、锆元素均匀溶解于铜的基体中，并达到一定的成份比例要求，本发明采用包芯线技术制备铬锆铜合金，解决了现有生产技术中，在生产过程中金属锆容易烧损，收得率低和由于生产过程不容易控制，收得率不稳定，从而造成生产出来的产品性能不稳定的问题；现有技术下收得率仅为30%，生产成本较高；采用包芯线技术，收得率高而且稳定，平均收得率在79.22%，产品性能性能稳定，且Cr相和Zr相析出变得更加细小，同时，析出相的形状和析出顺序发生改变，Zr含量变化明显改变晶界的形状，得到理想硬度、导电率、软化温度、抗拉强度 、屈服强度、金相组织细小均匀等特性的铬锆铜合金，主要性能指标高于行业标准GB/T4928-1999中的，硬度 78HRB，导电率43Ms/m，收得率高节省了大量的成本。本发明的铬锆铜加工工艺选择合理，工艺流程简单，便于大规模生产，所得到的电极帽的硬度为82～87HRB，导电率达到43～46Ms/m，软化温度达到630℃以上，抗拉强度430～470Mpa，屈服强度330～360Mpa，延伸率为14～17%，金相组织均匀细小，晶粒平均直径＜200μm，强化相弥散均匀分布，成品的各项机械物理性能达到很高指标要求。
附图说明
图1为本发明的高强高导的铬锆铜合金加工工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
本发明以阴极铜、金属铬、金属锆为主原料，以金属镁作为脱氧剂，其中，按重量百分比计算，以阴极铜为98.86～99.40%、铬为0.4～0.8%、锆为0.1-0.24%和脱氧剂镁为0.05～0.10%配料。镁用来烧掉合金溶液中的氧，全部烧损了，所以0.05%的配比就可以满足实际要求了。
实施例1
按图1所示工艺流程图以制作的电极帽的规格￠13*20毫米为例：
A) 原料的配制：按照GB467-97要求，采用上海冶炼厂生产的阴极铜99.25%(重量百分比）；采用辽宁省锦州市铁合金厂生产销售的符合GB2211-87要求的金属铬0.6%（重量百分比）以及苏州天益金属材料有限公司生产的牌号为MG32A的镁0.05%（重量百分比）；
B) 先将步骤A所配制的原料混合，均匀放入中频感应炉内熔化，当炉温达到1300～1400℃时，保温；
C) 将直径为3毫米铜箔厚度为0.4毫米的金属锆包芯线放在工频感应炉底部；再将B)步骤中的铜-铬混合液体注入到工频感应炉内保温，工频感应炉控制炉内坩埚温度为1100～1200℃，金属锆为锦州铁合金厂生产符合YB69-65要求的海绵锆0.10%（重量百分比）；
D) 铬锆铜合金铜液通过结晶器进行水冷却后由喂线连铸装置引出铜铸件按长度要求锯成￠38 *1000毫米的铸棒；
E) 铸棒温度控制在970±5℃，立即淬水冷却，水池中放盐，浓度符合波美11±2℃，水温控制在40℃以下，有利于锆、铬在铜中固溶（Cr+Cn3Zr）颗粒均匀弥散析出，改善合金的强度；
F) 用冷挤压设备，将E）中￠38 *1000毫米的棒材挤压到￠13的棒材，表面光亮平整；
G) 将F)步骤中的棒材,经过冲压和金加工后得到电极帽；
H) 经过金加工的电极帽，放入真空时效电炉内，炉温控制在480℃，保温2小时出炉，成为光亮的成品；
I) 检验检测，合格后入库。
实施例1制作的电极帽，经化验锆含量为0.08%，收得率为80%，铜和铬实际烧损极少，烧损数量忽略不计。经测量各项性能指标如表1所示。
实施例2
按图1所示工艺流程图以制作的电极帽的规格￠13*20毫米为例：
A)原料的配制：按照GB467-97要求，采用上海冶炼厂生产的阴极铜99.17%(重量百分比）；采用辽宁省锦州市铁合金厂生产销售的符合GB2211-87要求的金属铬0.6%（重量百分比）以及苏州天益金属材料有限公司生产的牌号为MG32A的镁0.05%（重量百分比）；
B)先将由步骤A所配制的原料混合，均匀放入中频感应炉内熔化，当炉温达到1300～1400℃时，保温；
C)将直径为3毫米铜箔厚度为0.4毫米的金属锆包芯线放在工频感应炉底部；再将B)步骤中的铜-铬混合液体注入到工频感应炉内保温，工频感应炉控制炉内坩埚温度为1100～1200℃，金属锆为锦州铁合金厂生产符合YB69-65要求的海绵锆0.18%（重量百分比）；
D)铬锆铜合金铜液通过结晶器进行水冷却后由喂线连铸装置引出铜铸件按长度要求锯成￠38 *1000毫米的铸棒；
E)铸棒温度控制在970±5℃，立即淬水冷却，水池中放盐，浓度符合波美11±2℃，水温控制在40℃以下，有利于锆、铬在铜中固溶（Cr+Cn3Zr）颗粒均匀弥散析出，改善合金的强度；
F)用冷挤压设备，将E）中￠38 *1000毫米的棒材挤压到￠13的棒材，表面光亮平整；
J) 将F)步骤中的棒材,经过冲压和金加工后得到电极帽；
H)经过金加工的电极帽，放入真空时效电炉内，炉温控制在480℃，保温2小时出炉，成为光亮的成品；
I)检验检测，合格后入库。
实施例2制作的电极帽，经化验锆含量为0.14%，收得率为77.78%，铜和铬实际烧损极少，烧损数量忽略不计。经测量各项性能指标如表1所示。
实施例3
按图1所示工艺流程图以制作的电极帽的规格￠13*20毫米为例：
A)原料的配制：按照GB467-97要求，采用上海冶炼厂生产的阴极铜99.11%(重量百分比）；采用辽宁省锦州市铁合金厂生产销售的符合GB2211-87要求的金属铬0.6%（重量百分比）以及苏州天益金属材料有限公司生产的牌号为MG32A的镁0.05%（重量百分比）；
B)先将由步骤A所配制的原料混合，均匀放入中频感应炉内熔化，当炉温达到1300～1400℃时，保温；
C)将直径为3毫米铜箔厚度为0.4毫米的金属锆包芯线放在工频感应炉底部；再将B)步骤中的铜-铬混合液体注入到工频感应炉内保温，工频感应炉控制炉内坩埚温度为1100～1200℃，金属锆为锦州铁合金厂生产符合YB69-65要求的海绵锆0.24%（重量百分比）；
D)铬锆铜合金铜液通过结晶器进行水冷却后由喂线连铸装置引出铜铸件按长度要求锯成￠38 *1000毫米的铸棒；
E)铸棒温度控制在970±5℃，立即淬水冷却，水池中放盐，浓度符合波美11±2℃，水温控制在40℃以下，有利于锆、铬在铜中固溶（Cr+Cn3Zr）颗粒均匀弥散析出，改善合金的强度；
F)用冷挤压设备，将E）中￠38 *1000毫米的棒材挤压到￠13的棒材，表面光亮平整；
K) 将F)步骤中的棒材,经过冲压和金加工后得到电极帽；
H)经过金加工的电极帽，放入真空时效电炉内，炉温控制在480℃，保温2小时出炉，成为光亮的成品；
I)检验检测，合格后入库。
实施例3制作的电极帽，经化验锆含量为0.19%，收得率为79.17%，铜和铬实际烧损极少，烧损数量忽略不计。经测量各项性能指标如表1所示。
实施例4
按图1所示工艺流程图以制作的电极帽的规格￠13*20毫米为例：
A)原料的配制：按照GB467-97要求，采用上海冶炼厂生产的阴极铜99.40%(重量百分比）；采用辽宁省锦州市铁合金厂生产销售的符合GB2211-87要求的金属铬0.45%（重量百分比）以及苏州天益金属材料有限公司生产的牌号为MG32A的镁0.05%（重量百分比）；
B)先将由步骤A所配制的原料混合，均匀放入中频感应炉内熔化，当炉温达到1300～1400℃时，保温；
C)将直径为3毫米铜箔厚度为0.4毫米的金属锆包芯线放在工频感应炉底部；再将B)步骤中的铜-铬混合液体注入到工频感应炉内保温，工频感应炉控制炉内坩埚温度为1100～1200℃，金属锆为锦州铁合金厂生产符合YB69-65要求的海绵锆0.10%（重量百分比）；
D)铬锆铜合金铜液通过结晶器进行水冷却后由喂线连铸装置引出铜铸件按长度要求锯成￠38 *1000毫米的铸棒；
E)铸棒温度控制在970±5℃，立即淬水冷却，水池中放盐，浓度符合波美11±2℃，水温控制在40℃以下，有利于锆、铬在铜中固溶（Cr+Cn3Zr）颗粒均匀弥散析出，改善合金的强度；
F)用冷挤压设备，将E）中￠38 *1000毫米的棒材挤压到￠13的棒材，表面光亮平整；
L) 将F)步骤中的棒材,经过冲压和金加工后得到电极帽；
H)经过金加工的电极帽，放入真空时效电炉内，炉温控制在480℃，保温2小时出炉，成为光亮的成品；
I)检验检测，合格后入库。
实施例4制作的电极帽，经化验锆含量为0.08%，收得率为80%，（铬的配比：0.4%），铜和铬实际烧损极少，烧损数量忽略不计。经测量各项性能指标如表1所示。
实施例5
按图1所示工艺流程图以制作的电极帽的规格￠13*20毫米为例：
A)原料的配制：按照GB467-97要求，采用上海冶炼厂生产的阴极铜98.96%(重量百分比）；采用辽宁省锦州市铁合金厂生产销售的符合GB2211-87要求的金属铬0.75%（重量百分比）以及苏州天益金属材料有限公司生产的牌号为MG32A的镁0.05%（重量百分比）；
B)先将由步骤A所配制的原料混合，均匀放入中频感应炉内熔化，当炉温达到1300～1400℃时保温；
C)将直径为3毫米铜箔厚度为0.4毫米的金属锆包芯线放在工频感应炉底部；再将B)步骤中的铜-铬混合液体注入到工频感应炉内保温，工频感应炉控制炉内坩埚温度为1100～1200℃，金属锆为锦州铁合金厂生产符合YB69-65要求的海绵锆0.10%（重量百分比）；
D)铬锆铜合金铜液通过结晶器进行水冷却后由喂线连铸装置引出铜铸件按长度要求锯成￠38 *1000毫米的铸棒；
E)铸棒温度控制在970±5℃，立即淬水冷却，水池中放盐，浓度符合波美11±2℃，水温控制在40℃以下，有利于锆、铬在铜中固溶（Cr+Cn3Zr）颗粒均匀弥散析出，改善合金的强度；
F)用冷挤压设备，将E）中￠38 *1000毫米的棒材挤压到￠13的棒材；
G)将F)步骤中的棒材,经过冲压和金加工后得到电极帽；
H)经过金加工的电极帽，放入真空时效电炉内，炉温控制在480℃，保温2小时出炉，成为光亮的成品；
I)检验检测，合格后入库。
实施例5制作的电极帽，经化验锆含量为0.19%，收得率为79.17%，（铬的配比：0.75%），铜和铬实际烧损极少，烧损数量忽略不计。经测量各项性能指标如表1所示。
由上五个实施例所得的￠13电极帽锆配比（重量百分比）含量分别为0.1%（铬0.6%）、0.18%（铬0.6%）、0.24%（铬0.6%）、0.1%（铬0.45%）、0.24%（铬0.75%），锆含量的化验的结量分别为0.08%、0.14%、0.19%、0.08、0.19，锆平均收得率79.22%，远远大于原来锆30%的收得率；经过上海电器科学研究所检测，其合金的物理机械性能，列于下表1中，数据均达到或超过 GB/T4928-1999和ISO5182－1991(E)标准的要求。
Claims (8)
1.一种高强高导的铬锆铜合金，其特征在于所述合金采用包芯线技术制备，以阴极铜、金属铬、金属锆为主原料，以金属镁作为脱氧剂，按照以下步骤制备：
A)原料配制：主原料组成阴极铜98.86～99.40％、铬0.4～0.8％，脱氧剂镁0.05～0.10％；
B)将按上述配制的原料铜-铬混合后放入中频感应炉内熔炼，炉温为1300～1400℃，保温；
C)将直径为3毫米铜箔厚度为0.4毫米的金属锆包芯线放在工频感应炉底部；再将B)步骤中的铜-铬混合液体注入到工频感应炉内保温，工频感应炉控制炉内坩埚温度为1100～1200℃，金属锆配比含量占主原料的0.1-0.24％；
D)铬锆铜合金铜液通过结晶器进行水冷却后由喂线连铸装置引出铜铸件按长度要求锯成铸棒；
E)铸棒温度控制在970±5℃，立即淬水冷却，水池中放盐，浓度符合波美11±2℃，水温控制在40℃以下；
F)用冷挤压设备将E)中的棒材进行挤压，所述的冷挤压设备采用1200吨挤压机，冷挤压材料压缩比为50～70％；
G)将F)步骤中的棒材,经过冲压和金加工后得到电极帽；
H)时效处理：将铬锆铜合金电极帽放入真空电炉中，升温460℃保温2小时，空冷，出炉。
2.根据权利要求1所述的高强高导的铬锆铜合金，其特征在于步骤A中所述的脱氧剂镁的最佳含量为0.05％。
3.根据权利要求1所述的高强高导的铬锆铜合金，其特征在于步骤C中所述的坩埚的材质为石墨，内径尺寸为104毫米*170毫米，外径尺寸为134*195毫米，间隙涂料配方为石英和粘土渗水浓稠混合物中加入石墨粉；所述的结晶器材质为T2铜，厚度为10毫米。
4.根据权利要求1所述的高强高导的铬锆铜合金，其特征在于步骤H中所述的锆铜合金电极帽中锆含量为0.08-0.19％。
5.一种高强高导的铬锆铜合金的加工工艺，其特征在于所述合金采用包芯线技术制备，其加工工艺包括以下步骤：
A)原料配制：用阴极铜、金属铬作为主原料，以镁作为脱氧剂，其中，主原料组成阴极铜98.86～99.40％、铬0.4～0.8％，脱氧剂镁0.05～0.10％；
B)将按上述配制的原料铜-铬混合后放入中频感应炉内熔炼，炉温为1300～1400℃，保温；
C)将直径为3毫米铜箔厚度为0.4毫米的金属锆包芯线放在工频感应炉底部；再将B)步骤中的铜-铬混合液体注入到工频感应炉内保温，工频感应炉控制炉内坩埚温度为1100～1200℃，金属锆配比含量占主原料的0.1-0.24％；
D)铬锆铜合金铜液通过结晶器进行水冷却后由喂线连铸装置引出铜铸件按长度要求锯成铸棒；
E)铸棒温度控制在970±5℃，立即淬水冷却，水池中放盐，浓度符合波美11±2℃，水温控制在40℃以下；
F)用冷挤压设备将E)中的棒材进行挤压，所述的冷挤压设备采用1200吨挤压机，冷挤压材料压缩比为50～70％；
G)将F)步骤中的棒材,经过冲压和金加工后得到电极帽；
H)时效处理：将铬锆铜合金电极帽放入真空电炉中，升温460℃保温2小时，空冷，出炉。
6.根据权利要求5所述的高强高导的铬锆铜合金的加工工艺，其特征在于步骤A中所述的脱氧剂镁的最佳含量为0.05％。
7.根据权利要求5所述的高强高导的铬锆铜合金的加工工艺，其特征在于步骤C中所述的坩埚的材质为石墨，内径尺寸为104毫米*170毫米，外径尺寸为134*195毫米，间隙涂料配方为石英和粘土渗水浓稠混合物中加入石墨粉；所述的结晶器材质为T2铜，厚度为10毫米。
8.根据权利要求5所述的高强高导的铬锆铜合金的加工工艺，其特征在于步骤H中所述的锆铜合金电极帽中锆含量为0.08-0.19％。
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