CN103456385A - 一种高强高导Cu-Cr-Ti合金导线及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高强高导Cu-Cr-Ti合金导线及其制备方法，合金的化学成分为：8.0-15％Cr、0.0-3.0％Ti，杂质总量不大于0.1%，余量为铜，采用连续定向凝固系统铸造出直径8-12mm合金杆材，再经过冷拉变形—热处理—轧制变形等工艺，制备出直径1-2mm的Cu-Cr-Ti合金线材。应用本发明制备的高强高导Cu-Cr-Ti合金导线具有连续柱状晶组织或单晶组织，克服了高强度高导电相互矛盾的缺陷，具有广泛的应用前景和良好的经济效益。

Description

一种高强高导Cu-Cr-Ti合金导线及其制备方法
技术领域
本发明属于有色金属金属新材料制备技术领域，特别涉及高强高导铜合金导线及其制备方法。
背景技术
高强高导铜合金是一类具有优良综合物理性能和力学性能的结构功能材料，它具有高的强度和良好的塑性，又具有优良的导电性能。德、日、法在高强高导铜合金的研究和应用方面取得重大的进展，已研制开发的高强高导铜合金有Cu-Cr、Cu-Zr、Cu-Cr-Zr、Cu-Sn、Cu-Cd、Cu-Ni-Si、Cu-Fe、Cu-Ag、Cu-Nb等系列以及铜基复合材料。在开发高强高导铜合金时，遇到的首要矛盾是材料的导电性与强度难以兼顾，即强度的提高以损失导电率为代价。多数研究采用固溶强化、时效强化、弥散强化或冷作硬化来提高强度，但强化效果较为有限，同时使导电率降低。日本采用大变形强化技术，进行Cr、Nb系铜基复合材料强化的研究工作，质点的纤维状排列不但增加了铜线材的强度，而且与电流方向一致的纤维对铜的导电特性影响较小，使铜材的抗拉强度提高的同时，电导率仍保持在80％IACS以上。但由于很大的塑性变形造成了大量的晶格缺陷，同时高强度第二相也进一步加剧了变形缺陷，材料中的残余应力很高，脆性加大，综合性能不佳，严重制约了其进一步的应用。
采用定向凝固技术制备高强高导铜合金接触线，可消除了传统复合材料中基体与第二相之间的人为界面，具有工艺简单、热稳定性高、相界面结合牢固、材料性能各向异性强等特点，制备出的材料具有单晶组织或沿长度方向连续的柱状晶组织，表面质量光洁，塑形加工性能好，同时具有极高的抗拉强度和良好的导电性能。
发明内容
本发明的目的在于针对背景技术的不足，提供一种连续定向凝固Cu-Cr-Ti合金导线及其制备方法，解决了常规制备铜合金导线强度和电导率不能兼顾的问题，开发出一种新型高强高导铜合金线材及其定向凝固制备方法，该方法工艺简单，制备的线材具有连续柱状晶组织或单晶组织，热稳定性高、相界面结合牢固、强度高、导电性好等优点，完全满足对强度和导电性能的要求。
一种高强高导Cu-Cr-Ti合金导线，其特征在于，所述合金导线以铜为基体，向其中加入总重量的百分比为8.0～15%的Cr和0.0～3.0%的Ti，杂质总量不大于0.1%，所述导线的直径为1～2mm，该合金导线具有连续柱状晶组织或单晶组织。
所述导线的抗拉强度≥730MPa，电导率≥75%IACS，伸长率≥7%，软化温度≥520℃。
一种制备高强高导Cu-Cr-Ti合金导线的制备方法，该方法包括以下步骤：
（1）按照权利要求1所述的配方称取好的铜、铬、钛在1350～1450℃熔炼，待完全溶化后保温10min。
（2）将熔化完全的熔体温度降至1250℃，开始定向凝固铸造，定向凝固铸造的真空度为0.1～1Pa，拉伸速度为10～35mm/min，拉升过程中进行冷却，冷却水量为100～1000L/h，冷却水温为20～25℃，可制得直径8～12mm的Cu-Cr-Ti合金杆材。
（3）连续定向凝固合金杆材经过冷加工，制备出直径，3～4mm的线材，对加工后的线材进行退火，退火温度为450～550℃，保温时间为20～30分钟。
（4）将水淬后的线材进行轧制变形，制备出直径1～2mm的线材。
所述步骤（1）中，Cr以Cu-25wt%Cr中间合金的形式加入，Ti以Cu-25wt%Ti中间合金的形式加入，铜以纯度为99.99%的阴极铜加入。
中间合金是材料制备中的一些易氧化、易烧损的合金元素，先与基体合金在真空中熔炼成合金，再以合金的形式加入到熔炉中。
本发明的优点在于：
采用连续定向凝固技术制备的Cu-Cr-Ti合金导线，具有单晶组织或沿长度方向连续的柱状晶组织，因而具有比相同外径的普通多晶材料具有更优的塑形变形能力、力学性能和物理性能。同时，采用连续定向凝固技术可实现该类合金大长度线材的生产。应用本发明制备的高强高导Cu-Cr-Ti合金导线，克服了高强度高导电相互矛盾的缺陷，具有广泛的应用前景和良好的经济效益。
附图说明：
图1是本发明实施例2中Cu-10Cr-0.5Ti合金纵向显微组织图
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
实例1：
采用99.99%的阴极铜和99.99%的铬和钛为原料，其中铬占总重量的百分比为8%，钛占总重量的百分比为0.3%，铬以Cu-25wt%Cr中间合金的形式加入，钛以Cu-25wt%Ti中间合金的形式加入，置于定向凝固炉中，在1350℃熔炼。将熔体温度降至1250℃时进行定向凝固铸造，将定向凝固系统真空度设置为0.15Pa，拉坯速度为15mm/min，冷却水量为100L/h，冷却水温为22℃，制备出直径8mm的Cu-Cr-Ti合金杆材。该合金杆经过冷加工或拉拔后，制备出直径3mm的线材，对加工后的线材进行退火，退火温度为450℃，保温时间为20分钟。将退火后的线材进行轧制变形，制备出直径1mm的导线。该导线的内部组织为连续的柱状晶组织，其抗拉强度可达753MPa，电导率可达84.8%IACS，伸长率可达8.5%，软化温度523℃。
实例2：
采用99.99%的阴极铜和99.99%的铬和钛为原料，其中铬占总重量的百分比为10%，钛占总重量的百分比为0.5%，铬以Cu-25wt%Cr中间合金的形式加入，钛以Cu-25wt%Ti中间合金的形式加入，置于定向凝固炉中，在1380℃熔炼。将熔体温度降至1250℃时进行定向凝固铸造，将定向凝固系统真空度设置为0.15Pa，拉坯速度为20mm/min，冷却水量为120L/h，冷却水温为20℃，制备出直径8mm的Cu-Cr-Ti合金杆材。该合金杆经过冷加工或拉拔后，制备出直径3mm的线材，对加工后的线材进行退火，退火理温度为480℃，保温时间为30分钟。将退火后的线材进行轧制变形，制备出直径1mm的导线。该导线的内部组织为连续的柱状晶组织，其抗拉强度可达803MPa，电导率可达82.6%IACS，伸长率可达8.2%，软化温度530℃
实例3：
采用99.99%的阴极铜和99.99%的铬和钛为原料，其中铬占总重量的百分比为10%，钛占总重量的百分比为0.8%，铬以Cu-25wt%Cr中间合金的形式加入，钛以Cu-25wt%Ti中间合金的形式加入，置于定向凝固炉中，在1380℃熔炼。将熔体温度降至1250℃时进行定向凝固铸造，将定向凝固系统真空度设置为0.15Pa，拉坯速度为20mm/min，冷却水量为150L/h，冷却水温为25℃，制备出直径8mm的Cu-Cr-Ti合金杆材。该合金杆经过冷加工或拉拔后，制备出直径3mm的线材，对加工后的线材进行退火，退火温度为500℃，保温时间为30分钟。将退火后的线材进行轧制变形，制备出直径1mm的导线。该导线的内部组织为连续的柱状晶组织，其抗拉强度可达835MPa，电导率可达80.6%IACS，伸长率可达7.8%，软化温度536℃
实例4：
采用99.99%的阴极铜和99.99%的铬和钛为原料，其中铬占总重量的百分比为12%，钛占总重量的百分比为0.5%，铬以Cu-25wt%Cr中间合金的形式加入，钛以Cu-25wt%Ti中间合金的形式加入，置于定向凝固炉中，在1400℃熔炼。将熔体温度降至1250℃时进行定向凝固铸造，将定向凝固系统真空度设置为0.15Pa，拉坯速度为25mm/min，冷却水量为150L/h，冷却水温为25℃，制备出直径8mm的Cu-Cr-Ti合金杆材。该合金杆经过冷加工或拉拔后，制备出直径3mm的线材，对加工后的线材进行退火，退火温度为520℃，保温时间为30分钟。将退火后的线材进行轧制变形，制备出直径1mm的导线。该导线线的内部组织为连续的柱状晶组织，其抗拉强度可达850MPa，电导率可达78.8%IACS，伸长率可达7.5%，软化温度543℃
实例5：
采用99.99%的阴极铜和99.99%的铬和钛为原料，其中铬占总重量的百分比为12%，钛占总重量的百分比为1.00%，铬以Cu-25wt%Cr中间合金的形式加入，钛以Cu-25wt%Ti中间合金的形式加入，置于定向凝固炉中，在1400℃熔炼。将熔体温度降至1250℃时进行定向凝固铸造，将定向凝固系统真空度设置为0.15Pa，拉坯速度为20mm/min，冷却水量为120L/h，冷却水温为25℃，制备出直径8mm的Cu-Cr-Ti合金杆材。该合金杆经过冷加工或拉拔后，制备出直径3mm的线材，对加工后的线材进行退火，退火温度为550℃，保温时间为30分钟。将退火后的线材进行冷拉变形，制备出直径1mm的导线。该导线的内部组织为连续的柱状晶组织，其抗拉强度可达885MPa，电导率可达76.4%IACS，伸长率可达7.1%，软化温度550℃
表1本发明的合金化学成分及性能指标

Claims (4)

1.一种高强高导Cu-Cr-Ti合金导线，其特征在于，所述合金导线以铜为基体，向其中加入总重量的百分比为8.0～15%的Cr和0.0～3.0%的Ti，杂质总量不大于0.1%，所述导线的直径为1～2mm，该合金导线具有连续柱状晶组织或单晶组织。
2.如权利要求1所述的一种高强高导Cu-Cr-Ti合金导线，其特征在于，所述导线的抗拉强度≥730MPa，电导率≥75%IACS，伸长率≥7%，软化温度≥520℃。
3.一种制备如权利要求1和2所述的高强高导Cu-Cr-Ti合金导线的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
（1）按照权利要求1所述的配方称取好的铜、铬、钛在1350～1450℃熔炼，待完全溶化后保温10min，
（2）将熔化完全的熔体温度降至1250℃，开始定向凝固铸造，定向凝固铸造的真空度为0.1～1Pa，拉伸速度为10～35mm/min，拉升过程中进行冷却，冷却水量为100～1000L/h，冷却水温为20～25℃，可制得直径8～12mm的Cu-Cr-Ti合金杆材，
（3）连续定向凝固合金杆材经过冷加工，制备出直径3～4mm的线材，对加工后的线材进行退火，退火温度为450～550℃，保温时间为20～30min，
（4）将水淬后的线材进行轧制变形，制备出直径1～2mm的线材。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于在所述步骤（1）中，Cr以Cu-25wt%Cr中间合金的形式加入，Ti以Cu-25wt%Ti中间合金的形式加入，铜以纯度为99.99%的阴极铜加入。
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