CN104278171B

CN104278171B - 一种CuTi系弹性铜合金及其制备方法

Info

Publication number: CN104278171B
Application number: CN201410471560.5A
Authority: CN
Inventors: 李周; 李思; 肖柱; 雷前; 邢岩
Original assignee: Central South University
Current assignee: Ningbo Powerway Alloy Material Co Ltd
Priority date: 2014-09-16
Filing date: 2014-09-16
Publication date: 2016-09-07
Anticipated expiration: 2034-09-16
Also published as: CN104278171A

Abstract

本专利涉及一种超高强导电性能优良CuTi系弹性铜合金及其制备方法，属弹性合金制备技术领域。本发明所述合金的制备过程包括：熔铸、热轧、铣面、冷轧、固溶处理、酸洗、预时效处理、冷精轧、时效处理、酸洗等步骤。本发明最终产品带材的综合性能为：硬度：323‑354HV；抗拉强度：1088‑1182MPa；屈服强度：1032‑1138MPa；伸长率：3.9‑5.4％；电导率：18.0‑22.1％IACS；200℃/100h应力松弛率：4.4‑6.5％。本发明所制备的铜合金完全满足电子工业高性能弹性器件对高温抗应力松弛性能的要求，可适用于制作航天、航空以及微电子工业的高性能导电弹性元器件。

Description

一种CuTi系弹性铜合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种超高强导电性能优良CuTi系弹性铜合金及其制备方法，特别涉及一种具有优良导电性能、抗应力松弛性能优良的超高强CuTi系弹性铜合金及其制备方法；属弹性合金制备技术领域。

背景技术

弹性合金是精密仪器仪表和精密机械中不可缺少的材料。它广泛应用于制造各种弹性元件，如波纹管、膜片膜盒、压力弹簧管、谐振弹性元件、热敏双金属弹簧、片簧和盘簧等。在仪器仪表及各种测量装置中，弹性元件的性能决定着仪器整体的精度、可靠性和寿命。随着现代工业和科学技术的发展，新一代电器工业中对簧片材料提出了更高的要求，其合金所需性能如下：强度≥1000MPa，电导率≥18％IACS，200℃/100h应力松弛率＜15％。因此，研制高精度、耐高温、耐腐蚀、高导电和高弹性的弹性合金已势在必行。

高强导电弹性合金中的代表是铍青铜，因其导电性、强度、耐腐蚀性、耐磨性等综合性能优异，而被广泛应用于各个领域。目前，它仍是小型化仪表所需的最佳弹性材料。但是，铍青铜是一种非环保型合金，其生产过程会危害人体健康，污染环境；且其生产工艺复杂、成本高，价格一直居高不下。同时，铍青铜不具备高温抗应力松弛能力、在较高温度下工作稳定性差，使得其使用温度均低于150℃。

Cu-Ti系合金作为能够取代铍青铜的弹性材料受到了广泛的关注，目前广泛应用的Cu-Ti系合金牌号主要有HPTC、NKT322、YCuT-M、YCuT-F，但它们的导电率都低于15％IACS，NKT180的导电率可以达到20％但是其抗拉强度仅有870MPa。专利CN 101144128A所述的铜钛合金具有优良的综合性能但其导电率均小于16％，专利CN 1384216A发明中的具有1000MPa以上抗拉强度的铜钛合金其导电率均低于16％。上述国内外专利报道的铜合金弹性材料均未能达到新型大功率继电器用簧片材料高强度、高抗应力松弛、高导电率的性能要求。

现有的铜钛合金的制备工艺主要是采用形变热处理的方法，即在合金固溶后冷轧，接着时效，通过冷轧的量和时效温度以及时间的控制来调控合金的性能，但是在形变热处理中，为了得到较高的导电性能必须延长时效时间或者提高时效温度，这势必将明显地降低合金的强度。

由于现有弹性铜合金组分和/或制备工艺的原因，导致现有的弹性铜合金无法在拥有高强度的同时还具备优良的导电性能；而且高温工作稳定性能差。上述劣势已经严重制约了新一代电器工业的发展。因此，亟需发明一种力学性能、导电性能和抗应力松弛性能均能满足新型簧片材料需求的高温抗应力松弛性能优良的弹性铜合金。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种强度高、导电性优良、组分合理、合金化程度高、生产工艺简便、成本低廉、无毒害、抗应力松弛性能优良的CuTi系弹性铜合金及其制备方法。

本发明一种CuTi系弹性铜合金，以质量百分比计包括下述组分：

Ti：2.50-3.00％；

Mg：0.10-0.20％；

余量是Cu和不可避免的杂质。

Ti：2.50-3.00％；

Mg：0.10-0.20％；

Zr 0.01-0.15％；

余量是Cu和不可避免的杂质。

Ti：2.50-3.00％；

Mg：0.10-0.20％；

Ce 0.01-0.15％；

余量是Cu和不可避免的杂质。

Ti：2.50-3.00％，优选为2.6-2.9％，进一步优选为2.7％；

Mg：0.10-0.20％，优选为0.1-0.15％，进一步优选为0.15％；

Zr 0.01-0.15％，优选为0.1-0.15％，进一步优选为0.15％；

Ce 0.01-0.15；优选为0.05-0.15％，进一步优选为0.1-0.15％；

余量是Cu和不可避免的杂质。

本发明一种CuTi系弹性铜合金的制备方法，包括所述步骤：

步骤一

将按设计的合金组分配取的原料进行熔铸处理，得到铸锭；

步骤二

将步骤一所得铸锭依次进行热轧开坯、冷轧处理、固溶处理，得到板材A；

步骤三

对步骤二所得板材A进行预时效处理，得到板材B；预时效处理处理时，控制温度为440-520℃，优选为470-510℃，进一步优选为490-500℃，控制时间为0.5-8小时，优选为0.5-2.5小时，进一步优选为0.5-1.5小时；

步骤四

对板材B进行冷精轧，得到板材C；冷精轧时，控制到道次变形量为10-20％；控制总变形量为85-90％；

步骤五

对板材C进行时效处理，得到板材D；时效处理时，控制温度为380-420℃，优选为390-410℃，进一步优选为390-400℃，时间为1-10小时，优选为2-8小时，进一步优选4-6小时。

本发明一种CuTi系弹性铜合金的制备方法，步骤五所得板材D经酸洗后，得到成品。酸洗过程为化学除油，热水洗，冷水洗，酸洗，冷水洗。酸洗液为铜合金常用酸洗液，其组成为硝酸钠、硫酸、盐酸、抑雾剂、水。酸洗的主要目的是去除板材表面的氧化皮，使成品表面光亮。

本发明一种CuTi系弹性铜合金的制备方法，步骤一所述铸锭通过下述方案制得：

按设计的合金组分分别配取纯铜、纯镁、铜钛中间合金、铜锆中间合金、铜铈中间合金，然后在保护气氛下，先将配取的纯铜与铜钛中间合金加入熔炼炉中，并升温至1250-1320℃，保温至纯铜与铜钛中间合金熔化后，降温至1200-1250℃，并依次将所配取的纯镁、铜锆中间合金、铜铈中间合金加入熔炼炉中进行熔炼，浇铸，得到所述铸锭。

所述保护气氛为CO、Ar、Ne、N₂中的一种。在实际操作过程可以通过往炉内加入适量的碳，通过碳与炉内O的反应，得到CO气氛，也可直接往炉内通入CO气体。

在实际操作过程中，进行浇铸时，炉口合金液的温度一般控制在1200-1250℃。

本发明一种CuTi系弹性铜合金的制备方法，合金熔铸过程中，采用非真空熔炼，坯锭采用铁模浇铸。

本发明一种CuTi系弹性铜合金的制备方法，所述纯铜的纯度≥99.9％，纯镁的纯度≥99.9％，所述铜钛中间合金选自Cu-4.6wt％Ti、Cu-7.5wt％Ti、Cu-11.3wt％Ti中的一种，所述铜铈中间合金选自Cu-12.5wt％Ce、Cu-16.7wt％Ce、Cu-25.1wt％Ce中的一种；所述铜锆中间合金选自Cu-6.1wt％Zr、Cu-10.2wt％Zr、Cu-13.4wt％Zr中的一种。

为了保证铸锭表面的平整以及去除铸锭表面的氧化物，在实际操作过程，进行热轧前一般要对铸锭进行铣面处理。

本发明一种CuTi系弹性铜合金的制备方法，步骤二中所述热轧开坯是：将步骤一所得铸锭加热到780-840℃，并保温2-6小时，然后热轧开坯，热轧开坯时，控制开轧制温度为780-840℃、终轧温度为660-730℃、总变形量为40-50％；热轧开坯完成后，进行水淬得到热轧态的板材。

在实际操作过程，热轧开坯一般只进行1-2个道次，最优选择为1个道次。

为了保证热轧态板材表面的平整以及去除热轧态板坯表面的氧化物，在实际操作过程，进行冷轧前一般要对热轧态板材的两面进行铣面处理。

本发明一种CuTi系弹性铜合金的制备方法，步骤二中所述冷轧处理时，控制道次变形量为控制道次变形量为10-25％，总变形量为65-75％。

本发明一种CuTi系弹性铜合金的制备方法，步骤二中所述固溶处理是在保护气氛下进行的，固溶处理时，控制温度为800-870℃、时间为2-6小时，固溶处理完成后水淬，得到板材A；所述保护气氛选自CO、Ar、Ne、N₂中的一种。

在实际操作过程中，得到板材A后，要对板材A进行酸洗，酸洗过程为化学除油，热水洗，冷水洗，酸洗，冷水洗。酸洗液组成为硝酸钠、硫酸、盐酸、抑雾剂、水。酸洗去除板材表面的氧化皮，使成品表面光亮。

本发明制备的CuTi系弹性铜合金综合性能如下：硬度：323-354HV；抗拉强度：1088-1182MPa；屈服强度：1032-1138MPa；伸长率：3.9-5.4％；电导率：18.0-22.1％IACS；200℃/100h应力松弛率：4.4-6.5％。而QBe2铍青铜合金200℃/100h应力松弛率≥30％，可见本合金抗应力松弛性能远优于QBe2铍青铜合金。

本发明所设计的合金组分合理，强度高、导电性优良、抗应力松弛性能优异，能够满足新型电器工业中弹性元器件超高强、高温抗应力松弛性能优良的需求，是一种环保型优良的铍青铜替代合金。本发明涉及的材料原料低廉，制备工艺流程短，生产效率高，生产成本低，并适用于大规模工业化生产，可应用于制造现代电子工业中精密弹性器件。

本专利创新性地采用了组合时效的工艺，相对于形变热处理的方法，在同样的成分下，通过实验对比，发现能够获得更加优良的强度和电导率的有机匹配，并且能够在提高电导率的同时维持高的强度。

原理和优势

本发明通过合理的组分设计以及采用了与组分相匹配的制备工艺，得到了强度高、导电性优良、组分合理、合金化程度高、生产工艺简便、成本低廉、无毒害、抗应力松弛性能优良的CuTi系弹性铜合金。

本发明中，添加的微量Ce，由于Ce与氧的生成自由焓比Ti与氧的生成自由焓要大，所以在铸造过程中加入的Ce能脱氧去氢；同时Ce还可以净化熔体、细化合金的晶粒，减少气孔及疏松，改善合金冷、热塑性，使合金获得优良的综合性能。

本发明中添加的微量的Zr可以提高合金的耐热性能，这是由于Zr减少了Ti在晶界处的扩散，通过Zr、Ti、Ce、Mg、Cu之间的协同作用能有效提升析出相的数量，并避免了合金在预时效过程以及时效过程中析出胞状析出物情况的出现。

本发明中添加的微量的Mg，通过Mg原子的对位错运动的拖曳作用提高了材料的机械性能和抗应力松弛性能，通过Mg与Zr、Ti、Ce、Cu之间的协同作用以及与各组分含量与制备工艺完美匹配得到了强度高、导电性优良、抗应力松弛性能优良的CuTi系弹性铜合金。

本发明铸锭依次进行热轧、铣面、冷轧、固溶处理、酸洗、预时效、冷精轧、时效处理、酸洗，得到成品，由于本发明浇铸后直接进行热轧，省略均匀化处理步骤，简化了生产工艺，节省了生产成本，提高了生产效率，同时也提高了材料的冷、热加工性能。由于合金含有易氧化的Ti元素，所以均匀化的省略，避免了材料在均匀化高温长时间加热过程中出现吸氧而导致晶界氧化，避免了在之后的热加工过程中开裂现象的产生，同时因为具有一定尺寸晶粒的合金具有良好的加工性能，所以均匀化的省略也避免了出现晶粒过分地长大而弱化合金的冷、热加工性能。

本发明铸锭的组织为典型的枝晶组织，通过本发明所限定的热轧不仅改善了铸锭的组织，而且还焊合了铸态组织中的气孔并增加了组织致密性，也就很好的解决了枝晶组织存在疏松的缺陷。热轧过程不仅能通过动态再结晶能够破碎枝晶减少偏析，使组织和成分更加均匀从而提高合金的加工性能，并且减少偏析相的残留提高产品的最终的机械性能和耐蚀性能，而且还能通过较大的流变应力使得晶粒细化。热轧后辅以冷轧，不但能将材料加工到所需要的尺寸大小，而且还能使得晶粒进一步细化并增加大量的晶界、位错、空位，由于组分设计合理，热轧、冷轧、固溶处理的工序选择以及工艺参数的设置得当，使得合金经固溶处理后，其平均晶粒大小仍然只有100μm左右，这保证了固溶后的合金具有良好的初始强度和加工性能。固溶能够形成过饱和固溶体，但是Ti在Cu晶格中的固溶会散射电子，使得合金的电阻率升高，为了保证合金在具有良好力学性能的同时还要具有良好的导电性，必须进行后续处理。本发明在固溶处理后，依次采用预时效处理、冷精轧、时效处理，并取得了意料不到的技术效果，这一系列过程的机理还不明确，但其达到技术效果的原因可能为：

1.固溶处理时，Ti在Cu晶格中的固溶，通过合理的预时效处理制度，在合金调幅分解过程中，固溶进Cu晶格中的Ti以调幅分解的形式析出，伴随着成分波动形成了具有一定周期的组织，并逐渐形成弥散分布的纳米级Cu₄Ti强化相粒子。由于热轧、热轧工艺控制得当，使得合金内有大量晶界存在，这也为纳米级Cu₄Ti在晶界的大量析出提供了必要条件，由于Cu₄Ti的大量析出，减少了Ti在Cu基体中溶解，从而在预时效时第一次提高了合金的导电性能。

2.由于固溶处理前进行了热轧、冷轧使得晶体内存在大量的位错等缺陷，固溶处理时，由于缺陷提供的储能，让合金在固溶保温过程中伴随有发生回复和再结晶的过程，这会使合金在预时效前拥有合适于后续加工的晶粒度的原始组织，使预时效后的冷加工过程能够顺利进行。预时效处理处理后，再次进行冷轧(即冷精轧)，冷精轧变形中，产生的加工硬化效应提高了合金的强度，并且进一步细化了组织，同时也使得基体内再次出现了数目较多的位错墙、位错胞等缺陷，提供了储能，这些位错墙、位错胞等缺陷能促进合金在时效时进一步析出大量Cu₄Ti纳米级第二相粒子。预时效产生的强化相粒子能够钉扎冷变形(冷精轧)中产生的位错，形成两者交互作用的位错缠结的区域，该种区域不易在时效保温时消失，这进一步促进了Cu₄Ti纳米级第二相粒子的均匀析出，这也就为得到均匀、密集强化相(Cu₄Ti纳米粒子)的析出和分布提供了必要条件。这有利于提高材料的力学和电学性能。

由于在常见的固溶元素中，Ti对Cu的电导率的不利影响仅次于As，因此Ti元素进一步脱出，能够进一步减少铜基体对电子的散射，再次大幅提高合金的导电性能；同时析出的Cu₄Ti纳米级第二相粒子与位错墙和亚晶界形成钉扎的效应；根据析出强化机制，更加密集的析出相能够进一步产生粒子强化效应，并且根据霍尔佩奇公式，钉扎的效应能够抑制回复，再结晶和晶粒的长大，产生细晶强化的效应。同时一般来说，合金内部组织越稳定，以及合金的弹性极限值越高，则合金的抗应力松弛性能就会越高。在微观结构方面，可以运动的位错数目越少，以及位错的运动阻力越大，合金的应力松弛稳定性就会相应越高。适当的热处理工艺是改善材料内部微观组织的重要手段，对合金抗应力松弛性能影响很大。铜钛合金本身在热处理时能够通过调幅分解形成均匀并且有周期性规律分布的组织，相较于其他强化机理强化的合金，本身就具有较好的抗应力松弛性能，并且通过合理工艺设计，能够获得更加密集的析出相的析出，还有Mg元素的添加，在微观上有效地阻碍了位错的运动，所以合金具有更加优越的抗应力松弛性能。

3.本发明采用较高温度进行预时效处理后，再进行冷精轧，然后在进行温度较低的时效处理(其温度相对于预时效处理是比较低的)其原因在于：

固溶后没有经过冷变形的合金在预时效过程中的析出过程需要较高的温度来提供激活能，而且由于组织中并不含有大量的变形组织，所以相对较高的温度(温度高达520℃)也不会降低合金的力学性能，但是如果在进一步的升温则会使不利的胞状组织析出，所以选择的温度范围为440℃-520℃，这样既提高了生产效率又不会产生不利的析出相；

在预时效后的冷轧过程中，将变形量控制在85-90％是由于时效前的变形量在不超过一定值的时候越大则获得的形变强化效应越多，但是超过90％则这种强度随形变量递增的效应减少并且还会增加合金的开裂的倾向，而将道次变形量控制在20-30％，是由于过大的道次变形量会使合金开裂，而过小则会降低生产效率；

由于冷变形提供了储能，因此时效处理时，其温度一般要控制在380℃-420℃；如果时效温度过高则会促使回复和再结晶过早地发生从而让合金的力学性能严重下降，如果时效温度过低，这不利于有效的提升材料的力学与电学性能。

本发明由于组分设计合理，由于热轧、冷轧、固溶处理、预时效处理、冷精轧、时效处理的工序合理选择以及工艺参数的设置得当，使得在时效处理处理时，即使时效时间延长时，也只会得到尺寸约为100nm的亚晶组织并且没有发现胞状组织的产生；这有利于保证材料的力学性能。

总之，本发明通过合理的组分设计，通过全新的制备流程(即依次采用熔铸、热轧开坯、冷轧、固溶处理、预时效处理、冷精轧、时效处理)取得了意想不到的效果，实现了CuTi系弹性铜合金在高强度、高导电性、高抗应力松弛性能的完美结合。

具体实施方式

本发明所举实施例的工艺流程依次为：熔铸，热轧(热轧完成后立马水淬)，铣面，冷轧，固溶处理(固溶处理完成后立马水淬)，酸洗，预时效处理，冷精轧，时效处理，酸洗，得到成品。

本发明所举实施例中，熔铸工艺是：

将电解铜、铜钛中间合金放入加热炉中熔化，控制炉温为1250-1320℃，并且在熔体表面覆盖一层木炭煅烧以防止氧化。待金属完全熔化后，降低炉温至1200-1250℃时，加入纯镁、铜-锆和铜-铈中间合金。熔化完全并充分搅拌后，在1200-1250℃浇铸成板坯，将所得的铸锭进行双面铣面。

本发明所举实施例中，铣面为双面铣面。

实施例1：

按照表1中实施例1所对应的组分，按上述工艺流程进行合金的制备，其所得成品的性能如表1中实施例1所对应的主要性能参数；制备过程中各条件参数见表1中实施例1所对应的各条件参数；

其具体操作过程如下：

(1)熔铸

将电解铜、铜钛中间合金放入加热炉中熔化，控制炉温为1250-1320℃，并且在熔体表面覆盖一层木炭煅烧以防止氧化。待金属完全熔化后，降低炉温至1200-1250℃时，加入纯镁、铜-锆和铜-铈中间合金，控制成分为：Ti：2.70wt％；Mg：0.15wt％；Ce：0.15wt％；Zr：0.15wt％；余量为Cu。熔化完全并充分搅拌后，在1200-1250℃浇铸成板坯，将所得的铸锭进行双面铣面；

(2)热轧

将步骤(1)所得的铸锭，置于800℃加热炉中保温4小时，然后热轧开坯，热轧总变形量45％。控制板坯开轧温度为800℃，终轧温度为670℃，水淬；

(3)铣面

将步骤(2)所得热轧板材进行双面铣面；

(4)冷轧

将步骤(3)所得的热轧板材进行冷轧变形，冷轧每道次轧下量为15％，冷轧总变形量为70％；

(5)固溶处理

将步骤(4)所得的板材置于加热炉中进行固溶处理，炉内为还原性气体保护气氛。固溶温度为850℃，处理时间为4小时，水淬；

(6)酸洗

将步骤(5)所得板材进行酸洗；

(7)预时效处理

将步骤(6)获得的板材进行预时效处理，时效温度为450℃，时效时间为4小时；

(8)冷精轧

将步骤(7)固溶处理后的板材进行冷精轧，冷精轧每道次轧下量20％，冷精轧变形总量为90％；

(9)时效处理

将步骤(8)获得的板材进行时效处理，时效温度为400℃，时效时间为4小时；

(10)酸洗

将步骤(9)所得板材进行酸洗，其主要性能如表1所示。

实施例2：

按照表1中实施例2所对应的组分，按上述工艺流程进行合金的制备，其所得成品的性能如表1中实施例2所对应的主要性能参数；制备过程中各条件参数见表1中实施例2所对应的各条件参数；

该实施例中，

冷轧的道次变形量为15％；

冷精轧道次变形量为15％。

实施例3：

按照表1中实施例3所对应的组分，按上述工艺流程进行合金的制备，其所得成品的性能如表1中实施例3所对应的主要性能参数；制备过程中各条件参数见表1中实施例3所对应的各条件参数；

该实施例中，

冷轧的道次变形量为25％；

冷精轧道次变形量为13％。

实施例4：

按照表1中实施例4所对应的组分，按上述工艺流程进行合金的制备，其所得成品的性能如表1中实施例4所对应的主要性能参数；制备过程中各条件参数见表1中实施例4所对应的各条件参数；

该实施例中，

冷轧的道次变形量为10％；

冷精轧道次变形量为17％。

实施例5：

按照表1中实施例5所对应的组分，按上述工艺流程进行合金的制备，其所得成品的性能如表1中实施例5所对应的主要性能参数；制备过程中各条件参数见表1中实施例5所对应的各条件参数；

该实施例中，

冷轧的道次变形量为12％；

冷精轧道次变形量为16％。

实施例6：

按照表1中实施例6所对应的组分，按上述工艺流程进行合金的制备，其所得成品的性能如表1中实施例6所对应的主要性能参数；制备过程中各条件参数见表1中实施例6所对应的各条件参数；

该实施例中，

冷轧的道次变形量为20％；

冷精轧道次变形量为12％。

实施例7：

按照表2中实施例7所对应的组分，按上述工艺流程进行合金的制备，其所得成品的性能如表2中实施例7所对应的主要性能参数；制备过程中各条件参数见表2中实施例7所对应的各条件参数；

该实施例中，

冷轧的道次变形量为18％；

冷精轧道次变形量为20％。

实施例8：

按照表2中实施例8所对应的组分，按上述工艺流程进行合金的制备，其所得成品的性能如表2中实施例8所对应的主要性能参数；制备过程中各条件参数见表2中实施例8所对应的各条件参数；

该实施例中，

冷轧的道次变形量为20％；

冷精轧道次变形量为10％。

实施例9：

按照表2中实施例9所对应的组分，按上述工艺流程进行合金的制备，其所得成品的性能如表2中实施例9所对应的主要性能参数；制备过程中各条件参数见表2中实施例9所对应的各条件参数；

该实施例中，

冷轧的道次变形量为15％；

冷精轧道次变形量为13％。

实施例10：

按照表2中实施例10所对应的组分，按上述工艺流程进行合金的制备，其所得成品的性能如表2中实施例10所对应的主要性能参数；制备过程中各条件参数见表2中实施例10所对应的各条件参数；

该实施例中，

冷轧的道次变形量为20％；

冷精轧道次变形量为15％。

比较例1：

(1)熔铸

将电解铜、铜钛中间合金放入加热炉中熔化，控制炉温为1250-1320℃，并且在熔体表面覆盖一层木炭煅烧以防止氧化。待金属完全熔化后，降低炉温至1200-1250℃时，加入纯镁、铜-锆和铜-铈中间合金，控制成分为：Ti：2.70wt％；Mg：0.15wt％；Ce：0.10wt％；Zr：0.10wt％；余量为Cu。熔化完全并充分搅拌后，在1200-1250℃浇铸成板坯，将所得的铸锭进行双面铣面；

(2)热轧

将步骤(1)所得的铸锭，置于840℃加热炉中保温4小时，然后热轧开坯，热轧总变形量50％。控制板坯开轧温度为840℃，终轧温度为730℃，水淬；

(3)铣面

将步骤(2)所得热轧板材进行双面铣面；

(4)冷轧

将步骤(3)所得的热轧板材进行冷轧变形，冷轧每道次轧下量为18％，冷轧总变形量为75％；

(5)固溶处理

将步骤(4)所得的板材置于加热炉中进行固溶处理，炉内为还原性气体保护气氛。固溶温度为840℃，处理时间为4小时，水淬；

(6)酸洗

将步骤(5)所得板材进行酸洗；

(7)冷精轧

将步骤(6)固溶处理后的板材进行冷精轧，冷精轧每道次轧下量15％，冷精轧变形总量为90％；

(8)时效处理

将步骤(7)获得的板材进行时效处理，时效温度为400℃，时效时间为4小时；

(9)酸洗

将步骤(8)所得板材进行酸洗，其主要性能如表2所示。

表1

注：应力松弛率(％)为实验室样品200℃加载100小时的静态应力松弛率

表2

由此可见，本发明专利合金组分设计合理，生产工艺简单高效。本发明所用的形变组合时效工艺，相对于普通的形变热处理工艺，在同样的成分下能够获得导电性能优异的产品，并且高温抗应力松弛性能远优于现役的弹性铜合金，适用于制作新一代电器工业高性能弹性元器件。

Claims

1.一种制备CuTi系弹性铜合金的方法，其特征在于包括下述步骤：

步骤一

将按设计的合金组分配取的原料进行熔铸处理，得到铸锭；所述合金以质量百分比计包括下述组分：Ti：2.50-3.00％；Mg：0.10-0.20％；

步骤二

步骤三

对步骤二所得板材A进行预时效处理，得到板材B；预时效处理时，控制温度为440-520℃、时间为0.5-8小时；

步骤四

步骤五

对板材C进行时效处理，得到板材D；时效处理时，控制温度为380-420℃、时间为1-10小时。

2.根据权利要求1所述的一种CuTi系弹性铜合金的制备方法，其特征在于，步骤二中所述热轧开坯是：将步骤一所得铸锭加热到780-840℃，并保温2-6小时后，热轧开坯，热轧开坯时，控制开轧制温度为780-840℃、终轧温度为660-730℃、总变形量为40-50％；热轧开坯完成后，进行水淬得到热轧态的板材。

3.根据权利要求1所述的一种CuTi系弹性铜合金的制备方法，其特征在于，步骤二中所述冷轧处理时，控制道次变形量为10-25％，总变形量为65-75％。

4.根据权利要求1所述的一种CuTi系弹性铜合金的制备方法，其特征在于，步骤二中所述固溶处理是在保护气氛下进行的，固溶处理时，控制温度为800-870℃、时间为2-6小时，固溶处理完成后水淬，得到板材A；所述保护气氛选自CO、Ar、Ne、N₂中的一种。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种CuTi系弹性铜合金的制备方法，其特征在于：所制备的CuTi系弹性铜合金的硬度为323-354HV、抗拉强度为1088-1182MPa、屈服强度为1032-1138MPa、伸长率为3.9-5.4％、电导率为18.0-22.1％IACS、200℃/100h应力松弛率为4.4-6.5％。