CN1064717C

CN1064717C - 一种高软化温度铜基弹性材料

Info

Publication number: CN1064717C
Application number: CN98104824A
Authority: CN
Inventors: 涂江平; 盂亮; 刘茂森
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 1998-01-14
Filing date: 1998-01-14
Publication date: 2001-04-18
Anticipated expiration: 2018-01-14
Also published as: CN1223307A

Abstract

本发明是一种铜基合金，为良好的弹性材料，可用来制造仪器仪表、电子通信器件、家电中的弹性元件。具有良好的导电性，较高的弹性极限和适当的韧性，较高的软化温度，冷热加工性好，可焊性，可电镀性以及良好的耐蚀和抗氧化性。原料及生产成本较锡磷青铜低，是锡磷青铜的理想代用材料。发明材料含(重量)1.2～2.3%Fe、1.1～2.3%Si、0.6～1.6%Al、0.5～1.5%Ni、0.08～0.25%P、0.05～0.2%Cr、0.02～0.07%V、余Cu。

Description

一种高软化温度铜基弹性材料

本发明属于铜基合金。

当前仪器仪表、电子通信、家电等部门生产导电接触簧片、接插件及弹性敏感元件广泛采用锡磷青铜弹性合金，而锡磷青铜中的加工性能差，生产周期长，且原料中锡含量高，成本昂贵，使用过程中耐热温度低。目前国内外正在大力研究和开发代替锡磷青铜的新型铜基弹性合金，已开发的材料有Cu-Ni-Si系、Cu-Cr-Zr系、Cu-Co-P系、Cu-Fe-P系和Cu-Fe-Al-P系等。1960年后美国Olin公司开发了含0．8～1．2％Fe、0．01～0．04％P、0．05％Sn、0．6～1．1％Co、余Cu的C19500合金及C19600合金，以后Olin公司又开发了含2．8％Al、1．8％Si、0．4％Co、余Cu的C63800合金和含3．4％Al、0．4％Co、73．5％Cu、余Zn的C68800合金，70年代开发了C19400(Cu-Fe-P系)合金，1985年又推出了C19700和C19750合金(Metals HandbookNinth Edition，Volume2，Properties and Selection：Nonferrous Alloys and PureMetals，ASM，1990，P293～295，P333，P336)。德国Wieland公司也开发了与C68800相类似的S23合金(仅Zn含量稍有不同)；日本神户制钢所开发了以Ni代Co的KL-1～KLF-5、KLF-116等系列合金，(见宫藤元久，电子部品用铜合金材料特性，R·D神户制钢技报，Vol．32(2)，1982，P48～P51)。1993年浙江大学开发了含3％Fe、2％Al、0．6％P、0．3Cr％、余Cu的CFA弹性合金，这些合金都被推荐为锡磷青铜的代用材料。但C19500、C19400和C19700合金强度偏低、硬态延伸率为2～5％；C63800合金和C68800合金(S23)虽有较高的强度，但前者导电率较锡磷青铜差，后者则抗应力腐蚀性能差，冷加工硬化性能与锡磷青铜相同、加工困难；CFA合金存在明显的各向异性，横向(垂直于轧制方向)塑性较低。

本发明目的是要提供一种具有导电率和弹性性能均较锡磷青铜好、韧性与锡磷青铜相同、使用温度较高、耐蚀和抗氧化性强的弹性材料，且原料成本较低、加工方便的高软化温度铜基弹性材料。

本发明提供的材料含有(按重量)1．2～2．3％Fe、1．1～2．3％Si、0．6～1．6％Al、0．5～1．5％Ni、0．08～0．25％P、0．05～0．2％Cr、0．02～0．07％V、余Cu。

实施例：

本发明的这种合金材料以工业纯铜、工业纯铁、电解镍、工业纯硅、工业纯铝、磷铜、微碳铬铁和钒铁为基本原料。合金成分为(按重量)1．6％Fe、1．6％Si、1．0％Al、0．8％Ni、0．19％P、0．12％Cr、0．04％V、余Cu。预先将工业纯铁、电解镍、工业纯铝、微碳铬铁、钒铁按重量比例熔炼成相对熔点较低的中间合金。按此合金成分配料于中频感应炉熔炼成铸锭(板坯)、铸锭铣面后经均匀化退火后热轧开坯、冷轧(保持一定的冷加工率)，进行中间退火处理，再冷轧，固溶处理后再进行成品轧制，最后进行成品时效处理。

本发明合金材料通过采用适量合金元素固溶于基体而提高铜基体强度，多种合金元素形成多组元复杂金属间化合物并弥散分布于铜基体中而达到强化并保持高温强度目的。合金中铁可以明显地细化晶粒(5～6μm)，提高合金的强度和韧性，并在合金凝固冷却过程中与铝、磷等元素直接形成大量的弥散多元化合物，降低了合金的热脆性和过热敏感性，提高了合金的热加工能力。镍、铬、铝固溶强化效果大，而镍、铬降低铜基体导电率不大，镍、铝、硅等在时效过程中析出细小弥散的金属间化合物，提高了合金的强度、热稳定性和导电率。固溶于铜基体的镍、铬、铝、硅同时提高了合金的耐蚀性。硅、磷改善了合金的铸造工艺性能，提高了合金的成品率。微量的钒可以显著提高合金的再结晶温度，细化晶粒，进一步提高合金的强度和塑性。

本发明合金材料与常用锡磷青铜(QSn6．5-0．1)相比，具有如下优点：

1·强度高、弹性好、韧性合适：经固溶处理→冷加工(20％加工率)→时效处理(不完全时效)后，本发明合金材料(硬态)的抗张强度(σ_b)640～680MPa、屈服强度(σ_0．2)520～570MPa分别比QSn6．5-0．1合金(硬态)提高8％和6％；延伸率8～10％与QSn6．5-0．1合金(硬态)相当；弹性模量(E)11600～12300MPa高于硬态QSn6．5-0．1合金(E：11000MPa)；抗应力松驰能力高于QSn6．5-0．1合金：带材(厚0．12～0．8mm)的弯曲性能与QSn6．5-0．1合金(硬态)相同。

经固溶处理→冷加工(50％加工率)→时效处理(完全时效)后，合金(特硬态)的抗张强度(σ_b)760～810 MPa、屈服强度(σ_0．2)650～690MPa分别比QSn6．5-0．1合金(硬态)提高10％和8％：延伸率2．5～3．8％高于特硬态QSn6．5-0．1合金(2～2．5％)。

2·较好的热稳定性，使用温度较高。本发明合金材料由于再结晶温度高和金属间化合物弥散强化作用，具有良好的高温力学性能，在300℃时抗张强度(σ_b)610～640MPa(保温1小时)，高于冷轧态QSn6．5-0．1合金抗张强度(σ_b，230MPa)，提高了产品的可靠性，故可在100℃～250℃下使用。

3·本发明(硬态)导电率15．7％IACS，高于硬态QSn6．5-0．1合金导电率10．3％LACS。线膨胀系数与QSn6．5-0．1合金相当。

4·耐蚀和抗氧化性强在1％H₂SO₄中的腐蚀速率0．0011毫米／年(20℃)，远小于冷轧态QSn6．5-0．1合金的腐蚀速率(0．04毫米／年)。在5％NaCl、1％HCl水溶液等介质及高温氧化气氛中(250℃～700℃)本发明合金材料的腐蚀速率、氧化增重均低于QSn6．5-0．1合金。

5·加工性能良好。由于发明材料的热脆性和过热敏感性低，热塑性高，故生产工艺易控制，成品率提高。冷加工率可达80％以上，加工中可减少中间退火道次，提高生产效益，降低能耗。电镀(Ni、Sn、Ag)性能良好。

6·原料来源丰富，产品原料成本与锡磷青铜(QSn6．5-0．1)相比可降低10％。

Claims

1．一种高软化温度铜基弹性材料，其特征是含有(按重量)1．2～2．3％Fe、1．1～2．3％Si、0．6～1．6％Al、0．5～1．5％Ni、0．08～0．25％P、0．05～0．2％Cr、0．02～0．07％V、余Cu。

2．根据权利要求1所述的弹性材料，其特征是含有(按重量)1．6％Fe、1．6％Si、1．0％Al、0．8％Ni、0．19％P、0．12％Cr、0．04％V、余Cu。