CN106086507A

CN106086507A - 一种用于制备螺旋弹簧触指的铜铬锆合金及其加工工艺

Info

Publication number: CN106086507A
Application number: CN201610391743.5A
Authority: CN
Inventors: 向朝建; 李华清; 陈忠平; 张曦
Original assignee: China Nonferrous Metals Processing Technology Co Ltd
Current assignee: China Nonferrous Metals Processing Technology Co Ltd
Priority date: 2016-06-06
Filing date: 2016-06-06
Publication date: 2016-11-09

Abstract

一种用于制备螺旋弹簧触指用高弹性、高导电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，满足于制备螺旋弹簧触指要求，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元素特性及其之间形成的强化相，充分提高合金强度，弹性性能及高温强度，与目前螺旋弹簧触指所普遍采用的铍铜合金相比，本发明的高弹性、高导电铜铬锆合金，在强度方面虽略低于铍铜合金，但导电性、可加工性能方面远优于铍铜合金，生产工序简单且无铍毒副作用。

Description

一种用于制备螺旋弹簧触指的铜铬锆合金及其加工工艺

技术领域：

本发明所属有色金属加工技术领域，具体是一种用于制备螺旋弹簧触指用的高弹性、高导电铜铬锆合金及其加工工艺。

背景技术：

螺旋弹簧触指对材料的弹性有较高的要求，目前弹簧触指主要选用优质的铍青铜丝制备，但铍青铜导电率太低，通常为20-50%IACS，铍青铜合金还有铍毒副作用，生产成本较高，随着国内输配电行业的不断升级，铍青铜较低的导电率使得电气设备的通流能力受到限制。

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，温度大于560℃时，强度下降较快，需要添加微量元素进行合金化改善。

公告号为CN103151187A的“一种高压开关用的螺旋弹簧触指及其制备方法”公开一种用于制备螺旋弹簧触指的铬锆铜合金材料，其成分为：铬含量为0.8-1.9%，锆含量为1.0-2.9%。该专利指出铜铬锆合金有良好导电性，无毒性，而且有自动灭弧的功能，不产生电火花，可用于制备螺旋弹簧触指，但该合金线材抗拉强度为380-420MPa，线材硬度为110-130HV。根据螺旋弹簧触指对材料的要求，铜铬锆合金强度、弹性方面需要进一步提高。

发明内容：

一种用于制备螺旋弹簧触指用高弹性、高导电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，满足于制备螺旋弹簧触指要求。

一种用于制备螺旋弹簧触指的铜铬锆合金，所述铜铬锆合金各元素的质量百分比是：铬0.5-1.2%，锆0.05-0.5%，组分X 0.2-1.5%，铜96.8-99.25%，所述组分X包括硅和钛两种元素或者硅、钛和铁三种元素。

所述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%，电导率为 68~75%IACS，硬度Hv大于170。

所述铜铬锆合金各元素的优选的质量百分比为：铬0.5-0.8%，锆 0.15-0.25%，组分X0.3-1.0%，铜97.95-99.05%。

所述硅元素的质量百分比不超过0.15%，所述铁元素的质量百分比是0.05-0.5%，所述钛的质量百分比是0.05-0.5%。

一种用于制备螺旋弹簧触指的铜铬锆合金的加工工艺，包括如下步骤：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。

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。

本发明的有益效果是：

1、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元素特性及其之间形成的强化相，充分提高合金强度，弹性性能及高温强度。

2、与目前螺旋弹簧触指所普遍采用的铍铜合金相比，本发明的高弹性、高导电铜铬锆合金，在强度方面虽略低于铍铜合金，但导电性、可加工性能方面远优于铍铜合金，生产工序简单且无铍毒副作用。

3、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%，电导率为 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：

下面结合实施例对本发明作进一步的说明：

以下各个实施例中各元素的质量百分比含量参考表一：

表1 实施例合金成分表

实施例1：

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 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直径1.5mm；

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。

所得产品性能参数如表2中实施例1所述。

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 9min，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：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 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直径1.5mm；

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。

所得产品性能参数如表2中实施例2所述。

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 8min，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 10h，冷却方式为空冷；

e拉拔：拉拔为将时效后丝材拉拔至成品直径1.5mm；

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。

所得产品性能参数如表2中实施例3所述。

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 7min，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；

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直径1.5mm；

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。

所得产品性能参数如表2中实施例4所述。

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 6min，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直径1.5mm；

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。

所得产品性能参数如表2中实施例5所述。

表2 实施例及对比合金性能表

以上表述仅为本发明的优选方式，应当指出，对本行业的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用于制备螺旋弹簧触指的铜铬锆合金，其特征在于：所述铜铬锆合金各元素的质量百分比是：铬0.5-1.2%，锆0.05-0.5%，组分X 0.2-1.5%，铜96.8-99.25%，所述组分X包括硅和钛两种元素或者硅、钛和铁三种元素。

2.根据权利要求1所述的一种用于制备螺旋弹簧触指的铜铬锆合金，其特征在于：所述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%，电导率为 68-75%IACS，硬度Hv大于170。

3.根据权利要求1所述的一种用于制备螺旋弹簧触指的铜铬锆合金，其特征在于：所述铜铬锆合金各元素的优选的质量百分比为：铬0.5-0.8%，锆 0.15-0.25%，组分X0.3-1.0%，铜97.95-99.05%。

4.根据权利要求1所述的一种用于制备螺旋弹簧触指的铜铬锆合金，其特征在于：所述硅元素的质量百分比不超过0.15%，所述铁元素的质量百分比是0.05-0.5%，所述钛的质量百分比是0.05-0.5%。

5.一种用于制备螺旋弹簧触指的铜铬锆合金的加工工艺，其特征在于：包括如下步骤：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。

6.根据权利要求5所述的一种用于制备螺旋弹簧触指的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℃。

7.根据权利要求5所述的一种用于制备螺旋弹簧触指的铜铬锆合金的加工工艺，其特征在于：步骤b 中，所述的固溶处理的温度为 950～1000℃，时间为 1～5h。

8.根据权利要求5所述的一种用于制备螺旋弹簧触指的铜铬锆合金的加工工艺，其特征在于：步骤c 中，所述的轧制变形量为70~95%。

9.根据权利要求5所述的一种用于制备螺旋弹簧触指的铜铬锆合金的加工工艺，其特征在于：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。

10.根据权利要求5所述的一种用于制备螺旋弹簧触指的铜铬锆合金的加工工艺，其特征在于：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。