CN104651659A - 高锌硅硼铁铜合金 - Google Patents

Abstract

一种高锌硅硼铁铜合金，其特征在于：该铜合金的组分及重量百分比如下：锌：38.0-44.0wt％，硅：0.001-0.5wt％，硼：0.001-0.025wt％，铁：0.005-0.5wt％，稀土：0.001-0.01wt％，其它元素的含量为0.0005-0.01wt％,其它元素为磷、镁、钾、钙、钠、铝、钡中的至少一种，余量为铜及不可避免的杂质元素。本铜合金用于制造单向走丝用切割线，与现有的技术相比，本发明的优点在于：所制造的单向走丝用切割线机械性能提高，放电性能稳定，切割速度提升，切割线加工工艺简单，应用广泛，成本低廉，具有广阔的市场前景。

Description

高锌硅硼铁铜合金

技术领域

本发明涉及一种铜合金，尤其涉及一种制造单向走丝用切割线的高锌(38.0-44.0wt％)硅硼铁铜合金。

背景技术

单向走丝电火花放电加工法是近年来迅速发展起来的一种精密机械加工方法。从上世纪八十年传入中国，已经有三十多年了，当前中国大陆市面上所使用的切割线材料，80％以上使用普通黄铜合金切割线，也有少部分的单向走丝用生产厂家使用复合铜合金切割线，但是随着市场竞争的加剧，人力资源成本的提高，越来越多的用户都希望切割线制造厂家能提供成本更低、效率更高、性能更优的切割线。

众所周知，我国是一个贫铜国家，每年要从非洲、南美进口大量的电解铜和铜矿石，来满足我国工业发展的需要，因此如何少用铜、节约用铜成为摆在每一个铜加工人面前的永恒课题。

全球经济的不景气，特别是美国次贷危机发生以来，人民币升值、用工短缺、人力资源成本高企等影响经济的不利因素越来越严峻，这种不利因素也逐渐地影响到企业经营者，为了解决这种人和材料的因素，急需开发一种生产工艺简单、制造成本低廉、性能优良的切割线来满足下游客户的需求。

从大的方向来讲，现在市面上主要有两种类型的切割线：普通裸铜线(又叫普通黄铜线)，镀层线(镀层线是我们研究的另外一个方向)，一般的中低端的普通客户主要选用的是普通黄铜线，当然也有一部分效益比较好的中低端客户和高端客户选用复合镀层线，比如如下的中国专利即对此类电极线有所公开：CN200520061757.8公开的“慢走丝线切割机放电用的电极线结构”、CN01242648.2公开的“慢走丝线切割机放电用的电极线结构”、CN200720178410.0公开的“放电加工用电极线”、CN200510007544.1公开的“电线放电加工用电极线”、CN98801082.8公开的“放电加工用多孔性电极线及其制造方法”等。这些线都属于镀层线，因为受到诸多因素的限制，这种类型的线当前还处于市场推广及拓展阶段。

为了解决大部分中低端客户的需求，急需市场推出一种成本更低、效率更高、性能更优的切割线。为了解决这一问题，我们运用合金化的原理及先进的熔炼及覆盖技术来开发一种适用于当今市场的切割线。

目前对于慢走丝电火花腐蚀加工用电极线的制备方法，一般采取挤压法和水平连铸法实现：首先用上述两种方法制造坯杆，经过中间退火和压力加工，制成芯杆，然后再经过后道的成品加工制造成客户所需规格的切割线，但这两种方法存在制备工艺复杂、工序繁多、生产设备昂贵等问题(一台挤压机要两千万RMB)，使其生产成本增高。如能在保持综合性能不下降甚至有提升的前提下，降低普通黄铜线的铜含量、增大其锌含量，通过添加合金化的元素来提升锌增高带来的不利影响，且简化其生产工艺(本发明采用的是上引连铸工艺)，则可以在降低原材料成本的同时又提高了电火花腐蚀加工效率，使其具有更强的市场竞争力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种能在增大电极线的电火花腐蚀加工速度的同时，降低其原材料及人力资源成本、提升其市场竞争力的制造单向走丝用切割线的高锌硅硼铁铜合金。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种高锌硅硼铁铜合金，该铜合金的组分及重量百分比如下：锌：38.0-44.0wt％，硅：0.001-0.5wt％，硼：0.001-0.025wt％，铁：0.005-0.5wt％，稀土：0.001-0.01wt％，其它元素：0.0005-0.01wt％,其它元素为磷、镁、钾、钙、钠、铝、钡中的至少一种；余量为铜及不可避免的杂质元素。

进一步，所述杂质的重量百分比小于0.5wt％。

再进一步，所述杂质中的如下元素的重量百分比为：Pb≤0.20wt％、Sb≤0.015wt％、Bi≤0.015wt％、Te≤0.015wt％、S≤0.015wt％(均为在整体合金中的含量控制)。

作为优选，铜加锌加铁的重量百分比大于99.5wt％(目的是为了限制杂质元素的含量，是一个优选方案,从而提供材料的整体性能)。

本发明的高锌硅硼铁铜合金制造单向走丝切割线的方法为：市面上购买的铜和锌，以及硅、硼、铁、稀土等合金化元素，采用合金化的熔炼技术，采用细晶强化的加工工艺，再结晶退火及塑性加工，运用连拉连退技术制造成客户所需要的单向走丝用切割线；其中熔炼采用的是上引连铸技术连续加料，过程生产采用清洁加工技术，做到对环境友好，成品采用全自动化的连拉连续退火生产线，这种生产加工技术生产效率比老的加工方式提高百分之五十以上，且对环境友好。

本发明的优点和有益效果：

1.本发明的合金材料主要用于切割线的芯材制作，该合金因为采用了合金化的连铸熔炼铸造技术，添加了微量的硅元素(0.001-0.5wt％)，硅元素化学性质活泼，脱氧性能好，同时可以增加金属溶液的流动性，便于铸造,同时，残留在金属溶液中的硅同铜形成金属间化合物，弥散在金属固溶体中，提高电极丝材料的机械性能。

2.本发明添加了微量的硼元素，硼原子直径小，移动速度快，可以在铸造时迅速占据铜锌组织冷却后留下的空位，提高材料的致密度；同时，硼元素化学性能活泼，易与铜水中的氧发生反应，起到脱氧作用；另一方面，减少铜溶液中氧原子的含量，从而减少了铜固溶体中氧化物夹杂的形成，提高材料的性能。

3.本发明添加了微量的铁元素，在简单黄铜中，微量的铁，对力学性能没有影响，相反，添加合适含量的铁可以细化晶粒，使材料的韧性和强度得到加强。

4.本发明添加了微量的稀土元素，稀土金属是优良的变质剂和精炼净化剂，稀土不固溶于铜，在铜合金溶液中可以形成弥散相，可以净化组织，提高高锌硅硼铁铜合金的综合性能。同时，稀土金属会和铜合金溶液中的Pb、Sb、Bi、Te形成高熔点的金属化合物，使金属溶液在冷却时，固溶到金属晶体内，提高金属的塑性、耐磨性，使晶界处的金属化合物更细小分布更均匀；另一方面，添加金属稀土元素，可以使金属材料的导电率提升。一般添加含量应小于0.025wt％，过高的含量会降低合金的流动性及增加成本。

5.本发明添加超微量的磷、镁、钾、钙、钠、铝、钡中的至少一种，可以使铜溶液中比上述元素化学性质不活泼的氢氧等杂质元素除去，提高金属熔体的纯净度，提高合金材料的综合性能。

6.本发明严格控制：Pb(铅)≤0.20wt％、Sb(锑)≤0.015wt％、Bi(铋)≤0.015wt％、Te(碲)≤0.015wt％、S(硫)≤0.015wt％。上述元素是高锌硅硼铁铜合金的有害杂质元素，过高的杂质元素含量会同铜原子形成金属间化合物，这种化合物通常是以网状形式分布于晶界处，从而降低铜合金的冷热加工性能，因此杂质含量不能超过上述限量。

7.本发明的高锌硅硼铁铜合金中的锌含量达到38.0-44.0wt％，过高的锌含量可以增加切割线材料的气化性能，提高切割线的切割速度和切割表面质量；同时因为锌、硅、硼、铁在市场上的价格便宜，可以综合降低高锌硅硼铁铜合金的材料成本，使这种材料具有广阔的市场前景。

8.本发明的高锌硅硼铁铜合金中的锌含量高，高的锌比例会降低材料的塑性，降低材料的冷加工性能，这时通过添加硅、铁、硼、稀土及金属溶液的除净技术(添加0.1％的冰晶石和适当的木炭覆盖，木炭的覆盖厚度大于5公分)，并结合添加超微量的磷、镁、钾、钙、钠、铝、钡中的至少一种，这些元素和用量的协同作用使材料的冷加工性能提升，一降一升，可以降低锌含量偏少带来的材料性能下降。

9.本发明的铜加锌加铁的重量百分比大于99.5wt％，是为了满足材料的综合性能，并充分地提高强度，因为较高的杂质含量会降低材料的塑性和韧性。

10.现有的无铅黄铜只可以用来做棒材或者是粗规格的线材来使用的，加工率根本就达不到80％以上(最多达到30％)，也就是说它根本加工不到0.25mm的线材，而本发明的铜合金材料必须要加工到0.25mm，且加工率必须要达到80％以上才能使用。

附图说明

图1本发明满足加工需求并提升加工效率，又能够降低使用成本的慢走丝线切割线。

具体实施方式

下面通过实施例进一步详细描述本发明，但本发明不仅仅局限于以下实施例。

本发明中所述的导电率单位％IACS是国际单位制。

本发明中所述的wt％是材料配比时的重量百分比或也可以称之为质量百分比，不是体积百分比。

本发明中的“Mpa”是材料的强度单位，兆帕。

本发明中的加工率为＝(D²-d²)/D²，其中D为加工前的直径，d为加工后直径。

本发明中的超微量元素磷、镁、钾、钙、钠、铝、钡因为化学性质极为活波，可以采用中间合金的方式添加，但加入后其含量应小于0.01wt％。

为了证明本发明的高锌硅硼铁铜合金切割线的材质及制造方法是有利的，通过下面的实施例来加以证明。

实施例：

1.1、以市场合适的价格采购铜、锌、硅、硼、铁、稀土原材料，经化学分析合格后，开始配料；

1.2、根据表1所示的合金成分进行合金化配料，并将配好的原材料运至熔炼现场，准备熔炼；

1.3、熔炼是制造切割线材料的重要工序，所有的合金化元素的添加都在此工序完成，熔炼采用上引连续铸造，铸造温度选择为950-1100摄氏度，使用添加合金原料总量0.1％的冰晶石和木炭混合覆盖，覆盖厚度大于5cm，采用上述覆盖方法可以净化金属溶液；

1.4、塑性加工和再结晶退火：此工序主要是指将制造出来的上引连铸坯杆经过扒皮、再结晶退火、不同道次的塑性加工(两退火间加工率大于80％)，根据成品规格的需要，来设置母线的规格(设置原则为保证成品前最后一道的加工率大于80％)，本工序生产的切割线母线的规格为Φ0.9-Φ1.6mm；

1.5、成品加工：本工序采用连拉连退技术，将上述规格的母线Φ0.9-Φ1.6mm制造成顾客所需要的规格，同时通过调整连拉连退退火电压，将高锌硅硼铁铜合金切割线性能调整到切割线材料所要求的导电性能，同时保证材料不被氧化。

本发明的上述制备方法，均行业公知、公用技术，在此不再赘述，如可参考ZL200810163235.7相关内容。

表1为本发明实施例高锌硅硼铁铜合金切割线材料化学成分

以最终的产品统一规格为直径0.25mm，采用如下的切割工况条件进行切割比对：试验设备为三菱公司制造的FA10SADVANCE2009机器，试验切割的工件尺寸为40*4*4(0.5*3凹槽)；工件材质：SKD11；设备参数：NM；加工次数：割一修四；加工模式：浸水式；将设备的张力参数调整为适合900N/mm²的切割线；喷嘴压靠在工件上。对比相关参数如下表2所示：

表2本发明切割线与现有技术切割线性能对比

综上,本发明切割线的机械性能得到提高，使用通用性更广，且切割出来料件的粗糙度同同种类型的线对比线接近；导电率稍低，但在切割线性能正常范围内，不影响使用；从对比例看出：镀锌电极丝的切割速度和精度稍高，因为这种电极丝的价格昂贵，同本发明材料不具有可别性，故不能作为必要证据。

上述实施例对本发明进行说明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求书的保护范围内，对本发明的任何修改和改变，都将落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种高锌硅硼铁铜合金，其特征在于,该铜合金的组分及重量百分比如下：锌：38.0-44.0wt％,硅：0.001-0.5wt％,硼：0.001-0.025wt％,铁：0.005-0.5wt％,稀土：0.001-0.01wt％,其它元素的含量为0.0005-0.01wt％,其它元素为磷、镁、钾、钙、钠、铝、钡中的至少一种；余量为铜及不可避免的杂质元素。

2.根据权利要求1所述的高锌硅硼铁铜合金，其特征在于：所述杂质的重量百分比小于0.5wt％。

3.根据权利要求2所述的高锌硅硼铁铜合金，其特征在于：所述杂质中的如下元素的重量百分比为：Pb≤0.20wt％、Sb≤0.015wt％、Bi≤0.015wt％、Te≤0.015wt％、S≤0.015wt％。

4.根据权利1、2、3任一权利要求所述的高锌硅硼铁铜合金，其特征在于：铜加锌加铁的重量百分比大于99.5wt％。