CN105734336A

CN105734336A - 一种高弹性铜铬锆合金及其加工工艺

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Publication number: CN105734336A
Application number: CN201610138638.0A
Authority: CN
Inventors: 向朝建; 李华清; 张曦; 陈忠平
Original assignee: Suzhou China Nonferrous Huaren Copper Ltd
Current assignee: Suzhou China Nonferrous Huaren Copper Ltd
Priority date: 2016-03-11
Filing date: 2016-03-11
Publication date: 2016-07-06

Abstract

本发明公开一种高弹性铜铬锆合金及其加工工艺。通过提高铜铬锆合金丝材强度、弹性，导电率不显著下降，使其满足于对强度、弹性和导电率要求均较高领域，如导电弹簧。所述铜铬锆合金，其质量百分比为：Cr 0.5~1.2%，Zr 0.05~0.5%，0.2<X(X为Si、Ti两种元素或Si、Ti、Fe三种元素)<1.5%，余量为Cu。其中，Si、Fe元素提高合金强度，Ti元素提高合金的弹性性能。该合金经过以下工艺流程：a连铸、b固溶、c轧制、d时效、e拉拔、f成品退火、合金丝材成品。所制备合金的抗拉强度σ_b可达到680~780MPa，塑性延伸率δ为2~6%，导电率为68~75%IACS，硬度（Hv）大于165。

Description

一种高弹性铜铬锆合金及其加工工艺

技术领域

本发明涉及一种高弹性铜铬锆合金，尤其涉及一种高弹性、高导电铜铬锆合金及其加工工艺，属于有色金属加工技术领域。

背景技术

铜铬锆合金具有高强高导性能，其抗拉强度可达560MPa，导电率大于80%IACS，为典型的时效强化型合金。其合金化原理为高温下Cr、Zr合金化元素在铜中的固溶度高，而低温下固溶度急剧下降，Cr、Zr与Cu元素之间形成析出强化相，合金强度与导电率均获得提高。但铜铬锆合金的弹性性能较低，高温下（温度大于560℃）强度下降较快，需要添加微量元素进行合金化改善。

为了获得最佳的强度与导电率的匹配，国内外众多机构对铜铬锆合金中添加Si、Mg、Ni、Ti、Fe及稀土对合金强度与导电率影响进行了大量系统研究，但均未对采用Si+Ti或Si+Ti+Fe的组合形式对铜铬锆合金强度与导电率影响进行研究，尤其未开展Si+Ti或Si+Ti+Fe的组合形式对合金弹性性能影响的研究。

发明内容

本发明提供一种高弹性铜铬锆合金及其加工工艺。本发明在于解决高强高导电铜铬锆合金丝材弹性的不足，获得一种高弹性高导电铜铬锆合金，以满足于制备一些弹性部件需求，如螺旋弹簧触指。

本发明所述的一种高弹性高导电铜铬锆合金，其质量百分比为：Cr0.5~1.2%，Zr0.05~0.5%，0.2<X(X为Si、Ti两种元素或Si、Ti、Fe三种元素)<1.5%，余量为Cu。该合金经过连铸、固溶、轧制、时效、拉拔、成品退火，最后制备成合金丝材成品。

进一步的，本发明所述的一种高弹性高导电铜铬锆合金，其优选的质量百分比为：Cr0.5~0.8%，Zr0.15~0.25%，0.3<X(Si+Ti)<1.0%，或0.3<X(Si+Ti+Fe)<1.0%，余量为Cu。

进一步，该合金的加工技术方案为：常规的，批量化生产经过连铸、固溶、轧制、时效、拉拔、成品退火，最后制备成合金丝材成品。特殊的，该合金也可经过熔铸铸锭、锻造成棒、固溶、轧制、时效、拉拔、成品退火。两者所不同在于：前者为大卷批量化生产，效率较高，后者为小锭方式生产，设备投资少，生产效率低，但易于实施。

本发明通过以下技术方案来实现：

（1）本发明合金化原理：

铜铬锆合金具有高强高导性能，为典型的时效强化型合金，其抗拉强度可达560MPa，导电率大于80%IACS。但铜铬锆合金的弹性性能较低，高温下（温度大于560℃）强度下降较快，需要添加微量元素进行合金化改善。本发明通过向铜铬锆合金中添加Si、Ti两种元素或Si、Ti、Fe三种元素来提高铜铬锆合金的弹性和高温强度，且不大幅降低合金导电率。

所添加合金化元素作用：

Si：添加Si能提高铜合金软化温度及高温强度与热稳定性。Si元素的含量应严格控制在0.15%以下，因Si降低铜合金的导电率，超过0.15％Si元素，导电率下降到50％IACS以下。

Ti：Ti能提高合金的弹性性能，Ti和其他合金元素能形成金属间化合物，进一步提高强度。Ti元素含量控制在0.05~0.5%，含量过高会急剧降低导电率。

Fe：能够细化晶粒，延迟铜的再结晶过程，Fe和其他合金元素也能形成金属间化合物，提高合金强度和硬度。因室温下Fe元素在铜中固溶度低（0.14），Fe元素含量为0.05~0.5%时对合金导电率影响小。

因Si、Ti和Fe均为高熔点金属元素，本发明以Si、Ti和Fe元素的组合形式能有效利用Cu、Cr、Zr、Si、Ti及Fe元素之间形成的强化相，充分提高合金强度，弹性性能及高温强度。

（2）为实现上述目的，本发明铜铬锆合金的制备采取以下技术方案：

本发明合金经过以下工艺流程：a连铸、b固溶、c轧制、d时效、e拉拔、成品退火，最后制备成合金丝材成品。

步骤a中，所述投料的具体顺序为：先加入Cu，熔化后，再加入Cr、Zr、Si、Ti和Fe元素的中间合金。合金元素成分达标后进行连铸铸造。

步骤a中，所述熔炼的温度为1200～1300℃，所述的连铸温度控制在1200～1250℃。

步骤a中的连铸杆直径为F20~50mm。

步骤b中，所述的固溶处理的温度为950～1000℃，时间为1～5h。

步骤c中，所述的轧制变形量为70~95%。

步骤d中，所述时效的温度为400~600℃，时间为1～16h，冷却方式为空冷或随炉冷却。

步骤e中，所述的拉拔为将时效后丝材拉拔至成品规格。

步骤f中，成品退火在真空炉中进行，退火温度为200~400℃，保温时间1~8h。

（3）本发明所述铜铬锆合金具有如下优点：

本发明通过向铜铬锆合金基体中添加高熔点金属元素Si、Ti和Fe的组合形式，有效利用Cu、Cr、Zr、Si、Ti及Fe元素之间形成的强化相，充分提高合金强度，弹性性能及高温强度。

与常规铜铬锆合金相比，本发明的高弹性、高导电铜铬锆合金，在导电性方面略低于常规铜铬锆合金，但强度、硬度方面远优于常规铜铬锆合金。

本发明的高弹性高导电铜铬锆合金的抗拉强度σ_b可达到680~780MPa，塑性延伸率δ为2~6%，导电率为68~75%IACS。本发明铜铬锆合金具有良好导电性的优点，同时弹性、强度、疲劳性、耐热性均较好。

具体实施方式

按照以下工艺流程：a连铸、b固溶、c轧制、d时效、e拉拔、f成品退火，结合实施例对本发明具体实施方式进行详细的说明：

实施例1：

a连铸：在水平连铸炉中进行熔炼。合金的加入顺序为：先加入Cu，熔化后，加覆盖剂（鳞片石墨）保温5～10min，经充分除气、除杂后，再添加Cr、Zr、Si、Ti和Fe元素的中间合金，其中Cr、Si、Fe中间合金先加，保持炉内熔体温度为1300℃，熔化后降低炉温至1250℃再加入Zr、Ti中间合金。保温20min后测量炉内合金成分，达标后，调整炉温度至1250℃的连铸温度。合金成分按表1中实施例1控制。

b固溶：将连铸杆进行固溶处理，固溶处理的温度为950℃，时间为5h。

c轧制：将固溶后的合金杆在Y型轧机上进行轧制，轧制变形量为95%。

d时效：时效的温度为400℃，时间为12h，冷却方式为空冷。

e拉拔：拉拔为将时效后丝材拉拔至成品。

f成品退火：成品退火在真空炉中进行，退火温度为200℃，保温时间8h。

实施例2：

a连铸：在工频水平连铸炉中进行熔炼。合金的加入顺序为：先加入Cu，熔化后，加覆盖剂（鳞片石墨）保温5～10min，经充分除气、除杂后，再添加Cr、Zr、Si、Ti和Fe元素的中间合金，其中Cr、Si、Fe中间合金先加，保持炉内熔体温度为1300℃，熔化后降低炉温至1250℃再加入Zr、Ti中间合金。保温20min后测量炉内合金成分，达标后，调整炉温度至1250℃的连铸温度。合金成分按表1中实施例2控制。

c轧制：固溶处理后，合金杆经过三棍线材轧机轧制，轧制变形量为80%。

d时效：时效温度为450℃，时间为8h，冷却方式为空冷。

e拉拔：拉拔为将时效后丝材拉拔至成品。

f成品退火：成品退火在真空炉中进行，退火温度为250℃，保温时间6h。

实施例3：

a连铸：在工频水平连铸炉中进行熔炼。合金的加入顺序为：先加入Cu，熔化后，加覆盖剂（鳞片石墨）保温5～10min，经充分除气、除杂后，再添加Cr、Zr、Si和Ti元素的中间合金，其中Cr、Si中间合金先加，保持炉内熔体温度为1300℃，熔化后降低炉温至1250℃再加入Zr、Ti中间合金。保温20min后测量炉内合金成分，达标后，调整炉温度至1250℃的连铸温度。合金成分按表1中实施例3控制。

b固溶：将连铸杆进行固溶处理，固溶处理的温度为950℃，时间为4h。

d时效：时效的温度为500℃，时间为8h，冷却方式为空冷。

e拉拔：拉拔为将时效后丝材拉拔至成品。

f成品退火：成品退火在真空炉中进行，退火温度为300℃，保温时间4h。

实施例4：

a连铸：在工频水平连铸炉中进行熔炼。合金的加入顺序为：先加入Cu，熔化后，加覆盖剂（鳞片石墨）保温5～10min，经充分除气、除杂后，再添加Cr、Zr、Si和Ti元素的中间合金，其中Cr、Si中间合金先加，保持炉内熔体温度为1300℃，熔化后降低炉温至1250℃再加入Zr、Ti中间合金。保温20min后测量炉内合金成分，达标后，调整炉温度至1250℃的连铸温度。合金成分按表1中实施例4控制。

b固溶：将连铸杆进行固溶处理，固溶处理的温度为1000℃，时间为3h。

c轧制：将固溶后的合金杆在Y型轧机上进行轧制，轧制变形量为80%。

d时效：时效的温度为550℃，时间为6h，冷却方式为空冷。

e拉拔：拉拔为将时效后丝材拉拔至成品。

f成品退火：成品退火在真空炉中进行，退火温度为350℃，保温时间4h。

实施例5：

a连铸：在工频水平连铸炉中进行熔炼。合金的加入顺序为：先加入Cu，熔化后，加覆盖剂（鳞片石墨）保温5～10min，经充分除气、除杂后，再添加Cr、Zr、Si和Ti元素的中间合金，其中Cr、Si中间合金先加，保持炉内熔体温度为1300℃，熔化后降低炉温至1250℃再加入Zr、Ti中间合金。保温20min后测量炉内合金成分，达标后，调整炉温度至1250℃的连铸温度。合金成分按表1中实施例5控制。

b固溶：将连铸杆进行固溶处理，固溶处理的温度为1000℃，时间为2h。

c轧制：将固溶后的合金杆在Y型轧机上进行轧制，轧制变形量为75%。

d时效：时效的温度为600℃，时间为5h，冷却方式为空冷。

e拉拔：拉拔为将时效后丝材拉拔至成品。

f成品退火：成品退火在真空炉中进行，退火温度为350℃，保温时间2h。

表1实施例合金成分表

表2实施例及对比合金性能表

实施例	抗拉强度（MPa）	延伸率（％）	导电率（%IACS）	硬度（Hv）
					实施例1	651	4.7	75.3	166
实施例2	697	4.6	73.1	179
					实施例3	689	4.4	72.9	190
实施例4	721	3.5	70.3	209
					实施例5	759	2.5	68.7	218
对比合金	565	9.8	80.1	161

Claims

1.一种高弹性铜铬锆合金及其加工工艺；通过提高铜铬锆合金丝材强度、弹性，导电率不显著下降，使其具备高弹性、高导电，满足于对强度、弹性和导电率要求较高领域；所述的高弹性、高导电铜铬锆合金，其质量百分比为：Cr0.5~1.2%，Zr0.05~0.5%，0.2＜X(X为Si、Ti两种元素或Si、Ti、Fe三种元素)＜1.5%，余量为Cu。

2.根据权利要求1所述的一种高弹性铜铬锆合金，其优选的质量百分比为：Cr0.5~0.8%，Zr0.15~0.25%，0.3%(Si+Ti)＜1.0%或0.3%＜(Si+Ti+Fe)＜1.0%，余量为Cu。

3.据权利要求1、2所述的一种高弹性铜铬锆合金，通过添加Si、Ti和Fe高熔点金属元素，及其组合形式充分利用Cu、Cr、Zr、Si、Ti及Fe元素之间形成的强化相，提高合金强度，弹性性能及高温强度；其中，Si、Fe元素提高合金强度，Ti元素提高合金的弹性性能；其优选的质量百分比为：0.3%＜X(Si+Ti)＜1.0%，或0.3%＜X(Si+Ti+Fe)＜1.0%。

4.根据权利要求1、2所述的一种高弹性铜铬锆合金，该合金经过以下工艺流程：a连铸、b固溶、c轧制、d时效、e拉拔、成品退火，最后制备成合金丝材成品；特殊的，该合金也可经过熔铸铸锭、锻造成棒、固溶、轧制、时效、拉拔、成品退火、合金丝材成品。

5.根据权利要求4所述的一种高弹性铜铬锆合金的加工工艺，其特征在于：步骤a连铸中，所述投料的具体顺序为：先加入Cu，熔化后，再加入Cr、Zr、Si、Ti和Fe元素的中间合金；所述熔炼的温度为1200～1300℃，所述的连铸温度控制在1200～1250℃；步骤b中，所述的固溶处理的温度为950～1000℃，时间为1～5h；步骤c中，所述的轧制变形量为70~95%；步骤d中，所述时效的温度为400~600℃，时间为1～16h，冷却方式为空冷或随炉冷却；步骤f中，所述成品退火在真空炉中进行，退火温度为200~400℃，保温时间1~8h。

6.根据权利要求1~5所述的一种高弹性铜铬锆合金及其加工工艺，所制备合金的抗拉强度σ_b可达到680~780MPa，塑性延伸率δ为2~6%，导电率为68~75%IACS，硬度（Hv）大于165。