CN105543533A - 一种高强度高导电率铜镁系合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于金属新材料技术领域，公开了一种高强度高导电率铜镁系合金及其制备方法，通过添加钙和微量硼元素达到优于传统铜镁合金的高强度高导电率的目的。该合金化学成分组成：Mg：0.2-0.8wt％；Ca：0.05-0.5wt％；B：0.005-0.01wt％；余量是Cu和不可避免的杂质。制备过程包括：(1)非真空感应熔炼、(2)铸造、(3)铣面、(4)冷加工、(5)中间退火、(6)冷精加工、(7)成品退火等。本发明合金组分合理，生产工艺简单，铸造和加工性能优异。本发明生产的合金与现有的铜镁合金相比，其强度、导电率更高，抗高温软化能力更强，可应用于航空航天、高速轨道交通、电子信息等领域。

Description

一种高强度高导电率铜镁系合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高强度高导电率铜镁系合金及其制备方法，属于有色金属新材料领域。
背景技术
在金属材料领域中，高强高导铜合金因其优异的物理性能和力学性能一直受到普遍重视，是一种重要的有色金属结构功能材料，广泛应用于电气化铁路的接触线材料中。目前电气化铁路的接触线材料主要有Cu-Mg、Cu-Sn、Cu-Ag、Cu-Cr-Zr等。Cu-Ag和Cu-Sn导电率较好，但强度和抗高温软化性能偏低；国内目前正在研发的Cu-Cr-Zr铜合金接触线合金，以期满足强度600MPa以上、导电率80％IACS以上的高端需求，但这种析出强化型接触线生产工艺复杂，必须进行热处理，很难实现规模化生产。Cu-Mg合金是目前在高速线上使用最多的，具有较好的抗拉强度(500-550MPa)，但是导电率却难以突破70％IACS。
CN104711449A公布了一种微合金化铜镁合金材料，它由镁0.05-0.15％，磷0.001-0.005％，CuY15合金0.005-0.1％和铜组成，该合金采用真空熔炼制成，导电率较高，但其强度不到400MPa，且延伸率很低。CN104711449A公布了一种微合金化铜镁合金材料，它由镁0.05-0.15％，磷0.001-0.005％，CuY15合金0.005-0.1％和铜组成，该合金采用真空熔炼制成，导电率较高，但其强度不到400MPa，且延伸率很低。CN1924048公布了一种汽车电器用高导电率铜镁合金，产品中含有镁0.4-0.8％，磷0.001-0.1％，余量为铜。该铜镁合金抗拉强度超过460MPA，导电率仅为62-64％IACS。以上合金均基于P的脱氧作用和第二相生成而设计的，但P元素难以全部与Mg结合，致使合金导电率难以提高。CN102851526A公布了一种高导电率铜镁合金接触线及其加工工艺，该铜镁合金中含有0.02wt％～0.10wt％的镁，≤0.01wt％的银，余量为铜和不可避免的杂质，该合金通过银的添加，合金的导电性能超过90％，但也极大的降低了合金的强度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强度高导电率的铜镁系合金及其制备方法，通过添加钙和微量硼元素，达到优于传统铜镁的高强度高导电率的目的。本发明生产的合金与现有的铜镁合金相比，其强度、导电率更高，抗高温软化能力更强，可应用于航空航天、高速轨道交通、电子信息等领域所需的高强高导合金。
为实现以上发明目的，本发明的技术方案是：
一种高强度高导电率铜镁系合金，所述铜镁系合金的化学成分组成为：
Mg：0.2-0.8wt％；
Ca：0.05-0.5wt％；
B：0.005-0.01wt％；
余量是Cu和不可避免的杂质。
所述铜镁系合金的抗拉强度优选为480-565MPa，延伸率优选为7％-11％，导电率优选为73％-83％IACS。
所述高强度高导电率铜镁系合金的制备方法，主要在于熔炼制备CuMgCaB合金熔体：采用电解纯铜、纯镁、Cu-Ca中间合金和Cu-B中间合金为原料，将所有原料烘烤干后，采用非真空感应熔炼炉进行熔炼，熔化及加料顺序依次为：
(1)在熔炼炉中装料加入电解纯铜，加煅烧木炭覆盖剂，升温至1200℃-1250℃，熔化，控制炉温在1100℃-1120℃之间；
(2)加入纯镁，熔化，控制炉温在1020℃-1060℃之间，加入Cu-B中间合金，熔化，控制炉温在1020℃-1060℃之间；
(3)加入Cu-Ca中间合金，熔化，加入冰晶石和氟化钙，搅拌捞渣，熔匀后形成CuMgCaB合金熔体。
所述高强度高导电率铜镁系合金的制备方法，优选的具体包括以下步骤：
(1)熔炼制备CuMgCaB合金熔体
(2)半连铸
将步骤(1)的CuMgCaB合金熔体在半连续铸造机组上半连铸成板坯，铸造时熔体温度保持在1100℃-1150℃，铸造速度4.0～6.5m/h，冷却水压力0.04～0.08MPa；
(3)铣面
将步骤(2)得到的铸坯进行双面铣面，去除表面缺陷；
(4)冷轧
将步骤(3)所得板坯进行冷轧变形，冷轧道次轧下量20％-30％，总变形量70％-85％；
(5)中间退火
将步骤(4)所得冷轧轧板坯在分解氨的气氛下于630℃-720℃退火0.5-2小时；
(6)冷精轧
将步骤(5)所得轧板坯在经10％-20％变形量的冷轧，得到冷精轧板材；
(7)成品退火
将步骤(6)所得冷精轧轧板坯在分解氨的气氛下于690℃-750℃退火0.5-2小时。
本发明生产的合金与现有的铜镁合金相比，其强度、导电率更高，抗高温软化能力更强，可应用于航空航天、高速轨道交通、电子信息等领域所需的高强高导合金。
附图说明
图1为具体实施例4中合金的断口低倍扫描照片(500倍)。
图2是具体实施例4中合金的断口高倍扫描照片(5000倍)。
具体实施方式
实施例1
合金成份为Mg：0.2wt％；Ca：0.1wt％；B：0.005wt％；余量是Cu和不可避免的杂质。
具体工艺步骤包括：
(1)熔炼制备CuMgCaB合金熔体
采用电解纯铜、纯镁、Cu-Ca中间合金和Cu-B中间合金为原料，将所有原料烘烤干后，利用非真空感应熔炼炉进行熔炼，熔化及加料顺序如下：
装料加入电解纯铜→加煅烧木炭覆盖剂→升温至1200℃-1250℃→熔化→控制炉温在1100-1120℃，加入纯镁→熔化→控制炉温在1020-1060℃，加入Cu-B中间合金→熔化→控制炉温在1020-1060℃，加入Cu-Ca中间合金→熔化→加入冰晶石和氟化钙，搅拌捞渣。熔匀后形成CuMgCaB合金熔体；
(2)半连铸
将步骤(1)的CuMgCaB合金熔体在半连续铸造机组上半连铸成板坯，铸造时熔体温度保持在1100℃-1150℃，铸造速度4.0～6.5m/h，冷却水压力0.04～0.08MPa；
(3)铣面
将步骤(2)得到的铸坯进行双面铣面，去除表面缺陷；
(4)冷轧
将步骤(3)所得板坯进行冷轧变形，冷轧道次轧下量20％-30％，总变形量70％-85％；
(5)中间退火
将步骤(4)所得冷轧轧板坯在分解氨的气氛下于630℃-720℃退火0.5-2小时；
(6)冷精轧
将步骤(5)所得轧板坯在经10％-20％变形量的冷轧，得到冷精轧板材；
(7)成品退火
将步骤(6)所得冷精轧轧板坯在分解氨的气氛下于690℃-750℃退火0.5-2小时。
按照上述工艺步骤制成厚度为10mm的板材。其中步骤(2)中铸造速度为5m/h，冷却水压力为0.06MPa；步骤(4)中冷轧道次变形量为20％，总变形量为80％；步骤(5)中中间退火温度为700℃，时间为1h；步骤(6)中冷精轧变形量为20％；步骤(7)中成品退火温度为720℃，时间为1h。测得板材性能如下：抗拉强度σb＝488MPa，电导率g＝82.0％IACS，延伸率δ＝9.5％。
实施例2
合金成份为Mg：0.2wt％；Ca：0.3wt％；B：0.005wt％；余量是Cu和不可避免的杂质。按实施例1的步骤(1)-(7)的工艺步骤，制成厚度为10mm的板材。其中步骤(2)中铸造速度为5m/h，冷却水压力为0.06MPa；步骤(4)中冷拉拔道次变形量为20％，总变形量为80％；步骤(5)中中间退火温度为700℃，时间为1h；步骤(6)中冷精拉拔变形量为20％；步骤(7)中成品退火温度为720℃，时间为1h。测得板材性能如下：抗拉强度σb＝510MPa，电导率g＝78.9％IACS，延伸率δ＝8.1％。
实施例3
合金成份为Mg：0.6wt％；Ca：0.3wt％；B：0.005wt％；余量是Cu和不可避免的杂质。按按实施例1的步骤(1)-(7)的工艺步骤，，制成厚度为10mm的板材。其中步骤(2)中铸造速度为5m/h，冷却水压力为0.06MPa；步骤(4)中冷轧道次变形量为20％，总变形量为80％；步骤(5)中中间退火温度为700℃，时间为1h；步骤(6)中冷精轧变形量为20％；步骤(7)中成品退火温度为720℃，时间为1h。测得板材性能如下：抗拉强度σb＝544MPa，电导率g＝75.2％IACS，延伸率δ＝7.7％。
实施例4
合金成份为Mg：0.4wt％；Ca：0.2wt％；B：0.005wt％；余量是Cu和不可避免的杂质。按按实施例1的步骤(1)-(7)的工艺步骤，制成厚度为10mm的板材。其中步骤(2)中铸造速度为5m/h，冷却水压力为0.06MPa；步骤(4)中冷拉拔道次变形量为20％，总变形量为80％；步骤(5)中中间退火温度为700℃，时间为1h；步骤(6)中冷精拉拔变形量为20％；步骤(7)中成品退火温度为720℃，时间为1h。其板材的拉伸断口如图1和图2所示，合金的断口主要为塑性断裂形貌，可见合金具有良好的塑韧性。

Claims (4)

1.一种高强度高导电率铜镁系合金，其特征是，所述铜镁系合金的化学成分组成为：
Mg：0.2-0.8wt％；
Ca：0.05-0.5wt％；
B：0.005-0.01wt％；
余量是Cu和不可避免的杂质。
2.根据权利要求书1所述高强度高导电率铜镁系合金，其特征是，所述铜镁系合金的抗拉强度为480-565MPa，延伸率为7％-11％，导电率为73％-83％IACS。
3.权利要求1或2所述高强度高导电率铜镁系合金的制备方法，其特征是，主要在于熔炼制备CuMgCaB合金熔体：采用电解纯铜、纯镁、Cu-Ca中间合金和Cu-B中间合金为原料，将所有原料烘烤干后，采用非真空感应熔炼炉进行熔炼，熔化及加料顺序依次为：
(1)在熔炼炉中装料加入电解纯铜，加煅烧木炭覆盖剂，升温至1200℃-1250℃，熔化，控制炉温在1100℃-1120℃之间；
(2)加入纯镁，熔化，控制炉温在1020℃-1060℃之间，加入Cu-B中间合金，熔化，控制炉温在1020℃-1060℃之间；
(3)加入Cu-Ca中间合金，熔化，加入冰晶石和氟化钙，搅拌捞渣，熔匀后形成CuMgCaB合金熔体。
4.根据权利要求3所述高强度高导电率铜镁系合金的制备方法，其特征是，具体包括以下步骤：
(1)熔炼制备CuMgCaB合金熔体
(2)半连铸
将步骤(1)的CuMgCaB合金熔体在半连续铸造机组上半连铸成板坯，铸造时熔体温度保持在1100℃-1150℃，铸造速度4.0～6.5m/h，冷却水压力0.04～0.08MPa；
(3)铣面
将步骤(2)得到的铸坯进行双面铣面，去除表面缺陷；
(4)冷轧
将步骤(3)所得板坯进行冷轧变形，冷轧道次轧下量20％-30％，总变形量70％-85％；
(5)中间退火
将步骤(4)所得冷轧轧板坯在分解氨的气氛下于630℃-720℃退火0.5-2小时；
(6)冷精轧
将步骤(5)所得轧板坯在经10％-20％变形量的冷轧，得到冷精轧板材；
(7)成品退火
将步骤(6)所得冷精轧轧板坯在分解氨的气氛下于690℃-750℃退火0.5-2小时。
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