CN106319280B - Cu‑Ti‑Cr‑Zr高性能铜基弹性合金及其制造方法 - Google Patents

Abstract

Cu‑Ti‑Cr‑Zr‑V高性能铜基弹性合金的制造方法，其技术要点是：它以电解铜为基体，铬、锆、钒、铈、钛为主成分，其它杂质≤0.5%。本发明产品的抗拉强度为1100~1300Rm/MPa，延伸率为8~10，屈服强度为950~1000，维氏硬度为360~380。目前与铍青铜（Be2.0/CY4S)相比，其强度、硬度已可替代铍青铜，其延伸率是其4~5倍，本发明同时避免了Be元素的使用，使得材料在制备及使用时更加环保。本发明具有应用广泛，主要用作高强度、高弹性的各种元件，如电器开关、继电器的弹性元件等，被广泛应用于仪器仪表、机械制造、电子电器、汽车家电、石油化工、航空航天、船舶等领域。

Description

Cu-Ti-Cr-Zr 高性能铜基弹性合金及其制造方法

技术领域

本发明涉及超高强弹性铜合金材料技术领域，具体的说是一种具有较高屈服强度、抗拉强度超过1000MPa且兼具较大延伸率的 Cu-Ti系合金及其制造方法。

背景技术

由于Be2.0合金具有较高的强度和弹性，良好的耐热性、耐磨性和耐疲劳性，以及良好的高温应力松弛阻抗等优点。其材料可被广泛应用于仪器仪表、机械制造、电子电器、汽车家电、石油化工、航空航天、船舶等领域。用于制造可靠连接器、插接件、耐用开关、高灵敏度传感器、膜盘、簧片、电池接点、无线电器、高强弹簧、压紧环、垫片、保险丝端等。

然而Be2.0中的Be元素对环境不利，即需要一种新型替代材料，使其满足工业生产对弹性材料的需求。

发明内容

本发明的目的是针对上述所存在的问题而提供一种Cu-Ti-Cr-Zr-V高性能铜弹性合金及其制造方法。本发明可替代铍铜作为一种新的高弹材料，其屈服强度、抗拉强度、维氏硬度、均可达到Be2.0/CY4S的性能要求，且延伸率是其4~5倍。

本发明是通过如下技术方案实现的：Cu-Ti-Cr-Zr-V高性能铜基弹性合金的制造方法，其特征在于：为先按下述的重量百分比组成，分别取电解铜、海绵钛、电解铬、锆、钒、铈为原料配制合金料备用，然后分别将电解铜、镍、海绵钛、锆、钒、铈分步依次装入到真空感应熔炼炉中，其具体操作程序如下：将料装入到真空感应熔炼炉内→熔化→精炼，时间为35min，真空度为10^-1Mpa，功率为25kw→浇铸，浇铸时间为 180~230s，浇铸温度为850-1200℃，浇铸方式为敞流，金属模具涂料为石墨→合格铸锭，化学成分及表面→锯切下料→加热锻造成板坯厚度45×110×L mm、锻造温度为850℃，→刨面→开坯，即在 850℃时保温70~90min轧制成厚度12×110×L mm的板坯→修理表面→冷轧厚度4×110×L mm→退火570℃→冷轧厚度2×110×L mm→退火570℃→冷轧厚度1×110×L mm→淬火870℃（水淬）→冷轧厚度0.3×110×L mm→400℃时效2h后最终成为Cu-Ti-Cr-Zr-V高性能铜基弹性合金成品。加工过程中道次加工率50~70，成品加工率为80~85%。

所述重量百分比组成为：金属钛为3.0~4.5%、铬为0.15~0.25%、锆为0.08~0.11%、钒0.2~0.5%、铈 0.01~0.1%、铜为余量、不可避免的杂质为≤0.5%。

本发明Cu-Ti-Cr-Zr-V高性能铜基弹性合金成分优选的重量百分比组成为：金属钛为3.4~4.0%、铬为0.15~0.25%、锆为0.08~0.11%、钒0.2~0.5%、铈0.01~0.1%、铜为余量、不可避 免的杂质为≤0.5%。

本发明采用在Cu 基本成分中加入了钛、铬、锆、钒、铈合金元素的合金。

Ti是对基体的时效硬化作用显著的元素，有助于强度上升和耐应力松弛性提 高。Cu-Ti-Cr-Zr-V高性能铜基弹性合金通过固溶处理生成过饱和固溶体，在更低的温度下进行时效时，作为亚稳定相的调制结构偏聚结构发达，再继续时效时，生成稳定相。

Cr元素加入Cu-Ti-Cr-Zr-V高性能铜基弹性合金后可大大提高合金的强度，并且Cr与Zr之间存在交 互作用，会使合金在时效过程中析出更加细小的Cr相和富Zr相，提高合金强度。同时可使得铸造组织微细化，有助于改善热加工性能。Cr、Zr、V容易与不可避免杂质S、Sb形成高熔点化合物，即可避免S、Sb对本材料的有害影响。

本合金中加入锆元素大大提高了合金的耐热性，加入0.08~0.11%的Zr，Cu-Ti合金的软化温度从485℃提高到560℃；Cu-Ti合金的耐热性能与其在450～550℃发生的相变有关，Zr 的加入能够抑制合金从连续析出的调幅组织向不连续析出的胞状组织转变，从而达到稳定合金组织、提高合金耐热性能的目的。

V的加入有利于提高本合金的抗拉强度，当以上元素按适当的重量比配制的合金加入微量的稀土铈元素后，其强度和屈服强度，耐热性、耐磨性和耐疲劳性、弯曲加工性，以及高温应力松弛阻抗均有增加。

本发明与Be2.0/CY4S比较具有如下优点：

1环保兼具应用广泛的特点，本合金不含铍元素，在生产及回收过程中可避免铍元素对工人及环境带来的有害影响。且可以生产板、带、棒、线、铸、锻件。在仪器仪表、机械制造、电子电器、汽车家电、石油化工、航空航天、船舶等领域得到广泛应用。

2本发明加工工艺环节简单易于生产，适用于各应用领域，特别是对高弹性、高强度铜合金材料。

3其延伸率是Be2.0/CY4S的4~5倍。下面通过实例对本发明作进一步详细说明，但下述的实例仅仅是本发明其中 的例子而已，并不代表本发明所限定的权利保护范围，本发明的权利保护范围以权利书要求为准。

具体实施方式：

实施例1

以高品质金属钛、铬、锆、钒、铈、电解铜为原料配制合金料，各组设计质量分别为：高品质金属钛0.7千克、铬0.034千克、钒0.06千克、锆0.018千克铈0.004千克、电解铜19.184千克（分步骤装入25kg真空感应炉中）操作程序如下：钛+铬+锆+铈+钒+铜→熔化→精炼→冷凝→精炼→提温→浇铸成型

浇铸成型后铸锭加热至 870℃锻造成板坯，板坯处理后加热至600~850℃开坯轧制板坯（棒坯）后850℃固溶，人工修理经过多次冷轧后经570℃退火，继续冷轧后850℃淬火，继续冷轧成品。总加工率控制在50~70%之间，成品加工率控制在80~85%之间。

各工序说明：

将料装入到真空感应熔炼炉内→熔化→精炼（时间为35min，真空度为10^-1Mpa，功率为25kw）→浇铸（浇铸时间为180~230s，浇铸温度为850-1200℃，浇铸方式为敞流，金属模具涂料为石墨）

合格铸锭（化学成分及表面）

锯切下料 加热锻造成板坯厚度45×110×L mm（锻造温度为850℃，）

刨面，去除表面氧化皮及缺陷 开坯（在 850℃时保温70~90min轧制成厚度12×110×L mm的板坯）

修理表面

冷轧厚度4×110×L mm除油

退火570℃

冷轧厚度2×110×L mm除油

淬火870℃（水淬）

冷轧厚度0.3×110×L mm 400℃时效2h后最终成为Cu-Ti-Cr-Zr-V 高性能铜基弹性合金成品。

实施例2

以高品质金属钛、铬、锆、钒、铈、电解铜为原料配制合金料，各组设计质量分别为：高品质金属钛0.7千克、铬0.036千克、钒0.06千克、锆0.018千克、铈0.008千克、电解铜19.178千克（分步骤装入 25kg 真空感应炉中）操作程序如下：钛+铬+锆+铈+钒+铜→熔化→精炼→冷凝→精炼→提温→浇铸成型

浇铸成型后铸锭加热至870℃锻造成板坯，板坯处理后加热至600~850℃开 坯轧制板坯（棒坯）后850℃固溶，人工修理经过多次冷轧后经570℃退火，继续冷轧后850℃淬火，继续冷轧成品。总加工率控制在50~70%之间，成品加工率控制在80~85%之间。

各工序说明于实施例1相同，故省略。

实施例3

以高品质金属钛、铬、锆、钒、铈、电解铜为原料配制合金料，各组设计质量分别为：高品质金属钛0.76千克、铬0.04千克、钒0.07千克、锆0.02千克、铈0.012千克、电解铜19.098千克（分步骤装入25kg真空感应炉中）操作程序如下：钛+铬+锆+铈+钒+铜→熔化→精炼→冷凝→精炼→提温→浇铸成型

浇铸成型后铸锭加热至870℃锻造成板坯，板坯处理后加热至600~850℃开坯轧制板坯（棒坯）后850℃固溶，人工修理经过多次冷轧后经570℃退火，继续冷轧后850℃淬火，继续冷轧成品。总加工率控制在50~70%之间，成品加工率控制在80~85%之间。

各工序说明于实施例1相同，故省略。

实施例4

以高品质金属钛、铬、锆、钒、铈、电解铜为原料配制合金料，各组设计质量分别为：高品质金属钛0.76千克、铬0.042千克、钒0.07千克、锆0.02千克、铈0.014千克、电解铜19.094千克（分步骤装入25kg真空感应炉中）操作程序如下：钛+铬+锆+铈+钒+铜→熔化→精炼→冷凝→精炼→提温→浇铸成型

浇铸成型后铸锭加热至870℃锻造成板坯，板坯处理后加热至600~850℃开坯轧制板坯（棒坯）后850℃固溶，人工修理经过多次冷轧后经570℃退火，继续冷轧后850℃淬火，继续冷轧成品。总加工率控制在50~70%之间，成品加工率控制在80~85%之间。

各工序说明于实施例1相同，故省略。

实施例5

以高品质金属钛、铬、锆、钒、铈、电解铜为原料配制合金料，各组设计质量分别为：高品质金属钛0.8千克、铬0.046千克、钒0.08千克、锆0.022千克、铈0.016千克、电解铜19.032千克（分步骤装入25kg真空感应炉中）操作程序如下：钛+铬+锆+铈+钒+铜→熔化→精炼→冷凝→精炼→提温→浇铸成型

浇铸成型后铸锭加热至870℃锻造成板坯，板坯处理后加热至600~850℃开坯轧制板坯（棒坯）后850℃固溶，人工修理经过多次冷轧后经570℃退火，继 续冷轧后850℃淬火，继续冷轧成品。总加工率控制在50~70%之间，成品加工 率控制在80~85%之间。

各工序说明于实施例1相同，故省略。

实施例6

以高品质金属钛、铬、锆、钒、铈、电解铜为原料配制合金料，各组设计质量分别为：高品质金属钛0.8千克、铬0.048千克、钒0.08千克、锆0.022千克、铈0.018千克、电解铜19.032千克（分步骤装入25kg真空感应炉中）操作程序如下：钛+铬+锆+铈+钒+铜→熔化→精炼→冷凝→精炼→提温→浇铸成型

浇铸成型后铸锭加热至870℃锻造成板坯，板坯处理后加热至600~850℃开坯轧制板坯（棒坯）后850℃固溶，人工修理经过多次冷轧后经570℃退火，继续冷轧后850℃淬火，继续冷轧成品。总加工率控制在50~70%之间，成品加工率控制在80~85%之间。

各工序说明于实施例1相同，故省略。

由以上实施例得到的性能值及与Be2.0/CY4S的对比详见下表1

表1

Claims (2)

1.Cu-Ti-Cr-Zr-V高性能铜基弹性合金的制造方法，其特征在于：为先按下述的重量百分比组成，分别取电解铜、海绵钛、电解铬、锆、钒、铈为原料配制合金料备用，然后分别将电解铜、镍、海绵钛、锆、钒、铈分步依次装入到真空感应熔炼炉中，其具体操作程序如下：将料装入到真空感应熔炼炉内→熔化→精炼，时间为35min，真空度为10^-1MP a，功率为25kw→浇铸，浇铸时间为 180~230s，浇铸温度为850-1200℃，浇铸方式为敞流，金属模具涂料为石墨→合格铸锭，化学成分及表面→锯切下料→加热锻造成板坯厚度45×110×L mm、锻造温度为850℃，→刨面→开坯，即在 850℃时保温70~90min轧制成厚度12×110×L mm的板坯→修理表面→冷轧厚度4×110×L mm→退火570℃→冷轧厚度2×110×L mm→退火570℃→冷轧厚度1×110×L mm→淬火870℃（水淬）→冷轧厚度0.3×110×L mm→400℃时效2h后最终成为Cu-Ti-Cr-Zr-V高性能铜基弹性合金成品；所述重量百分比组成为：金属钛为3~4.5%、铬为0.10~0.4%、锆为0.05~0.2%、钒0.10~0.8%、铈0.01~0.1%、铜为余量、不可避免的杂质为≤0.5%。

2.根据权利要求1所述的Cu-Ti-Cr-Zr-V高性能铜基弹性合金的制造方法，其特征是在于：该Cu-Ti-Cr-Zr-V合金成分的重量百分比组成为：金属钛为3.4~4.0%、铬为0.15~0.25%、锆为0.08~0.11%、钒0.2~0.5%、铈0.01~0.1%、铜为余量、不可避免的杂质为≤0.5%。