CN107267799A - 一种铬锆铜合金材料及其制备方法 - Google Patents

一种铬锆铜合金材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铬锆铜合金材料及其制备方法，包括如下步骤：S1、按重量百分含量将Cr 2.3‑2.8％，Zr 0.4‑0.6％，Si 0.01‑0.015％，Zn 0.1‑0.25％，Sn 0.05‑0.15％，Ti 0.1‑0.3％，P 0.08‑0.14％、Fe 0.02‑0.03％，余量为无氧铜进行熔炼，得到铜合金熔体；S2、将铜合金溶体引流至高真空单辊旋淬与喷铸系统，加热至900‑950℃进行喷铸，冷却后通入空气至平衡气压得到薄带；S3、将薄带在进行多道次均匀退火，退火温度为450‑500℃，保温后开坯进行热轧，轧制2‑3道次再次加入加热，温度为400‑450℃，保温后继续开坯进行热轧，重复热轧后进行磁场连续退火均匀化，经时效处理得到铬锆铜合金材料。本发明在铬锆铜合金基础上，添加了Si、Zn、Sn、P和Fe合金元素，配合合理的制备工艺，提高了铬锆铜合金材料的综合性能。

Description

一种铬锆铜合金材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及铬锆铜合金技术领域，尤其涉及一种铬锆铜合金材料及其制备方法。
背景技术
国内外学者、研究机构对Cu-Cr-Zr合金的微合金化、加工工艺及强化相等进行了大量的研究，发现在Cu-Cr-Zr合金晶界上存在富Zr相，限制了晶界的可移动性，因而大大提升了合金的疲劳和蠕变性能，Cr与Zr交互作用使析出相在同等时效条件下获得了更加细小的尺寸，从而提高合金的强度。
铬锆铜合金材料以其优异的综合性能在高强高导铜合金领域逐渐占据主导地位，是具有广阔开发前景的结构功能材料之一。近年来，国内外学者对其展开了大量的研究，并取得了一系列的成果。但制备性能更加优异的铬锆铜合金材料，提高合金性能方面仍有很大的潜力。
发明内容
本发明提出了一种铬锆铜合金材料及其制备方法，本发明在铬锆铜合金基础上，添加了Si、Zn、Sn、P和Fe合金元素，配合合理的制备工艺，提高了铬锆铜合金材料的综合性能。
本发明提出的一种铬锆铜合金材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、按重量百分含量将Cr 2.3-2.8％，Zr 0.4-0.6％，Si 0.01-0.015％，Zn 0.1-0.25％，Sn 0.05-0.15％，Ti 0.1-0.3％，P 0.08-0.14％、Fe 0.02-0.03％，余量为无氧铜混合后，送入低频电磁半连续铸造系统中进行熔炼，熔炼1100-1210℃，得到铜合金熔体；
S2、将铜合金溶体引流至高真空单辊旋淬与喷铸系统，通入保护气体至真空，加热至900-950℃进行喷铸，冷却至平衡气压得到薄带；
S3、将薄带在进行多道次均匀退火，退火温度为450-500℃，保温后开坯进行热轧，轧制2-3道次再次加入加热，温度为400-450℃，保温后继续开坯进行热轧，重复热轧后进行磁场连续退火均匀化，经时效处理得到铬锆铜合金材料。
优选地，S2中，喷铸过程中，辊轮转速为20-35m/min。
优选地，S3中，将薄带进行均匀退火，退火温度为450-500℃，保温1-2h后开坯进行热轧，轧制2-3道次再次加入加热，温度为400-450℃，保温1-2h后继续开坯进行热轧，重复热轧3-5次进行磁场连续退火均匀化。
优选地，S3中，磁场连续退火均匀化过程中，退火温度为400-420℃，磁场强度为0.5-1T，保温时间为1-2h。
优选地，S3中，时效处理的具体操作为：在温度为420-450℃保温0.5-1h，水淬，再次升温至400-430℃保温2-3h。
本发明提出的一种铬锆铜合金材料，由所述的铬锆铜合金材料的制备方法制得。
本发明在铬锆铜合金基础上，添加了Si、Zn、Sn、P和Fe合金元素，铬与硅在熔炼时形成的Cr3Si化合物，高温下且该化合物在铜基体中表现得十分稳定经多道次均匀退火后维持很高的硬度；Zn具有显著的晶粒细化效果，强化合金材料，同时促进了Fe和P等其他元素的时效析出，提高合金的硬性和导电性能，Sn元素的有效抑制铜合金材料的晶粒的长大，Sn、Ti与Cu配合析出固溶强化项Sn3Ti5和Cu4Ti的生成有效细化铜合金晶粒尺寸，不仅提升了强度，且减小了等效残余应力梯度，进一步减少表面缺陷的出现，Fe经时效析出处理析出细小Fe2P与基体共格，是材料获得强化，提高力学强度，配合单辊旋淬与喷铸工艺，快速凝固避免了Fe元素造铜基体大颗粒析出，改善了材料的表面性能，通过喷铸也促进了Sn3Ti5和Cu4Ti细化析出，减少合金铸锭缺陷，从而提高铸锭质量，改善合金的力学性能、耐磨损性能和耐腐蚀性能；多道次均匀化退火配合多次热轧制，进一步强化铜合金基体，磁场连续退火均匀化促进了第二相的重结晶，促进铜基体内部均匀化，提高导电和力学性能。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种铬锆铜合金材料，由如下步骤制得：
S1、按重量百分含量将Cr 2.8％，Zr 0.4％，Si 0.015％，Zn 0.1％，Sn 0.15％，Ti0.1％，P 0.14％、Fe 0.02％，余量为无氧铜混合后，送入低频电磁半连续铸造系统中进行熔炼，熔炼1100℃，得到铜合金熔体；
S2、将铜合金溶体引流至高真空单辊旋淬与喷铸系统，喷铸过程中，辊轮转速为20m/min，通入保护气体至真空，加热至900℃进行喷铸，待完全冷却后停止铜辊转动，通入空气至平衡气压得到薄带；
S3、将薄带进行均匀退火，退火温度为450℃，保温2h后开坯进行热轧，轧制2道次再次加入加热，温度为400℃，保温2h后继续开坯进行热轧，重复热轧5次进行磁场连续退火均匀化，退火温度为420℃，磁场连续退火均匀化结束后在温度为450℃条件下保温0.5h，水淬，再次升温至430℃保温3h，得到铬锆铜合金材料。
实施例2
一种铬锆铜合金材料，由如下步骤制得：
S1、按重量百分含量将Cr 2.3％，Zr 0.6％，Si 0.01％，Zn 0.25％，Sn 0.05％，Ti0.3％，P 0.08％、Fe 0.03％，余量为无氧铜混合后，送入低频电磁半连续铸造系统中进行熔炼，熔炼1210℃，得到铜合金熔体；
S2、将铜合金溶体引流至高真空单辊旋淬与喷铸系统，喷铸过程中，辊轮转速为35m/min，通入保护气体至真空，加热至950℃进行喷铸，待完全冷却后停止铜辊转动，通入空气至平衡气压得到薄带；
S3、将薄带进行均匀退火，退火温度为500℃，保温1h后开坯进行热轧，轧制3道次再次加入加热，温度为450℃，保温1h后继续开坯进行热轧，重复热轧3次进行磁场连续退火均匀化，温度为400℃，磁场连续退火均匀化结束后在温度为420℃保温1h，水淬，再次升温至400℃保温2h，得到铬锆铜合金材料。
实施例3
一种铬锆铜合金材料，由如下步骤制得：
S1、按重量百分含量将Cr 2.5％，Zr 0.5％，Si 0.012％，Zn 0.15％，Sn 0.10％，Ti 0.2％，P 0.1％、Fe 0.025％，余量为无氧铜混合后，送入低频电磁半连续铸造系统中进行熔炼，熔炼1150℃，得到铜合金熔体；
S2、将铜合金溶体引流至高真空单辊旋淬与喷铸系统，喷铸过程中，辊轮转速为30m/min，通入保护气体至真空，加热至930℃进行喷铸，待完全冷却后停止铜辊转动，通入空气至平衡气压得到薄带；
S3、将薄带进行均匀退火，退火温度为470℃，保温1.5h后开坯进行热轧，轧制3道次再次加入加热，温度为430℃，保温1.5h后继续开坯进行热轧，重复热轧4次进行磁场连续退火均匀化，温度为410℃，磁场连续退火均匀化结束后在温度为430℃保温1h，水淬，再次升温至420℃保温2.5h，得到铬锆铜合金材料。
实施例4
一种铬锆铜合金材料，由如下步骤制得：
S1、按重量百分含量将Cr 2.5％，Zr 0.5％，Si 0.012％，Zn 0.2％，Sn 0.08％，Ti0.2％，P 0.12％、Fe 0.025％，余量为无氧铜混合后，送入低频电磁半连续铸造系统中进行熔炼，熔炼1170℃，得到铜合金熔体；
S2、将铜合金溶体引流至高真空单辊旋淬与喷铸系统，喷铸过程中，辊轮转速为25m/min，通入保护气体至真空，加热至930℃进行喷铸，待完全冷却后停止铜辊转动，通入空气至平衡气压得到薄带；
S3、将薄带进行均匀退火，退火温度为470℃，保温1.5h后开坯进行热轧，轧制3道次再次加入加热，温度为430℃，保温1.5h后继续开坯进行热轧，重复热轧4次进行磁场连续退火均匀化，温度为410℃，磁场连续退火均匀化结束后在温度为420℃保温0.5h，水淬，再次升温至400℃保温3h，得到铬锆铜合金材料。
将实施例1-4制得铬锆铜合金材料进行性能测试，测试结果如下表所示：
导电率/％IACS 抗拉强度/MPa 硬度/Hv
实施例1 68 620 175
实施例2 72 680 170
实施例3 70 650 172
实施例4 71 640 176
从测试数据可以看出，本发明制得的铬锆铜合金材料具有良好的导电性能和力学强度，导电率最高达72％IACS，抗拉强度超过600MPa，综合性能良好，满足了实际使用要求。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种铬锆铜合金材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、按重量百分含量将Cr 2.3-2.8％，Zr 0.4-0.6％，Si 0.01-0.015％，Zn 0.1-0.25％，Sn 0.05-0.15％，Ti 0.1-0.3％，P 0.08-0.14％、Fe 0.02-0.03％，余量为无氧铜混合后，送入低频电磁半连续铸造系统中进行熔炼，熔炼1100-1210℃，得到铜合金熔体；
S2、将铜合金溶体引流至高真空单辊旋淬与喷铸系统，通入保护气体至真空，加热至900-950℃进行喷铸，冷却至平衡气压得到薄带；
S3、将薄带在进行多道次均匀退火，退火温度为450-500℃，保温后开坯进行热轧，轧制2-3道次再次加入加热，温度为400-450℃，保温后继续开坯进行热轧，重复热轧后进行磁场连续退火均匀化，经时效处理得到铬锆铜合金材料。
2.根据权利要求1所述的铬锆铜合金材料的制备方法，其特征在于，S2中，喷铸过程中，辊轮转速为20-35m/min。
3.根据权利要求1或2所述的铬锆铜合金材料的制备方法，其特征在于，S3中，将薄带进行均匀退火，退火温度为450-500℃，保温1-2h后开坯进行热轧，轧制2-3道次再次加入加热，温度为400-450℃，保温1-2h后继续开坯进行热轧，重复热轧3-5次进行磁场连续退火均匀化。
4.根据权利要求1或2所述的铬锆铜合金材料的制备方法，其特征在于，S3中，磁场连续退火均匀化过程中，温度为400-420℃，磁场强度为0.5-1T，保温时间为1-2h。
5.根据权利要求1或2所述的铬锆铜合金材料的制备方法，其特征在于，S3中，时效处理的具体操作为：在温度为420-450℃保温0.5-1h，水淬，再次升温至400-430℃保温2-3h。
6.一种铬锆铜合金材料，其特征在于，由权利要求1-5任一项所述的铬锆铜合金材料的制备方法制得。
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