CN107541613A - 一种铜合金及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铜合金材料及其制备方法和应用，按重量份数计：铅0.2‑0.8份，镍0.5‑1.2份,磷0.01‑0.2份，钛0.01‑0.5份，锡0.05‑0.5份，铜96.7‑98.8份。其合金含铜量大于97％，综合采用了时效强化，变形强化，微量元素合金化强化方法，获得了高强度，高导电合金材料。该合金无磁性，无低温脆性，高耐磨性，高抗蚀性，冲击不产生火花，满足了交通运输、航空航天、通讯等行业大功率连接器用铜合金的需要，该合金易车削，适用于高速自动车床加工。

Description

一种铜合金及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及有色金属合金技术领域，具体涉及一种铜合金及其制备方法和应用，所制备铜合金用于制备连接器。

背景技术

随着现代工业的快速发展，连接器从工业生产中独立出来，成为一个专业的生产行业。连接器作为一种配件产品，虽然不是设备主体，一旦出现问题，影响却是全面的。连接器行业关系到民用、工业、国防各个领域。随着科技进步，对连接器提出了功能质量更高的要求，进而推动了连接器行业的迅速发展。除了电子连接器，传统的集成电路，接插件外，出现了各种优秀功能连接器。比如：医用连接器、航空连接器、光纤连接器、高速连接器、车用连接器、重载大电流连接器。连接器基本作用是实现插接功能，把各种介质，比如信号、电流，安全有效的连接起来，传输过去。要求性能稳定，接插结实坚固，尽可能长的使用寿命，有的已达到10万次。连接器还要具有各种性能，适应不同使用环境。比如，航空要求适应温度的变化，车辆要求适应震动的环境，传输电介质，要求接触电阻小。高速连接器具有高速传输功能，实现更加高效的传输。用在快速充电设备上，可以达到快速充电的目的。不仅节约时间，还在充电过程中减少电能损耗。支撑了电动汽车工业发展。连接器高性能、多功能、稳定性可靠性的实现，除了生产技术和外部塑胶材料外，关键是选择满足不同功能要求的内部铜合金材料。要求材料具有高强度来保证连接器的接插严实，接触可靠。具有良好的导电性，实现快速传输和减少传输过程的介质损失。具有耐蚀性适应不同的工作环境。具有好的工艺性能，便于生产制造。

电子通讯行业的小型连接器选用的铜合金大都是带材，生产方式采用模具冲压而成。近20年以来，适应制造连接器的铜合金带材发展很快，世界上已有近百种合金牌号。重载大功率大电流圆柱形连接器，制造工艺主要采用高速自动车床加工，铜合金材料形状主要是圆棒材，适用于圆柱形连接器的铜合金棒材种类相对带材少得多。传统高强度合金棒主要是铍青铜、锡青铜、硅青铜，强度可达500MPa以上，但导电率比较低，在20％以下。车削性差，不能实现快速车削。能适合车削工艺要求的铜合金主要是铅黄铜。典型的美国牌号C36000，日本的C3604，中国的HPb59-1.强度一般在300-400MPa，导电率10％以下。不能满足稳定性、可靠性、快速性等功能要求。近些年美国研究出一些高铜合金，比如，碲铜、硫铜、铅铜等易车削的高铜合金，含铜量在95％以上，强度中等，在400MPa左右，导电率可达80％。得到了连接器行业广泛使用，但其强度中等，不能满足更高的要求。本发明是一种适应大功率圆柱形连接器使用的含铜量大于97％的高铜合金，强度可达到500-800MPa，导电率大于55％，适合于高速自动车床加工，具有良好的耐蚀性，抗软化温度高等综合性能优异铜合金。

其合金含铜量大于97％，宗合采用了时效强化，变形强化，微量元素合金化强化方法，获得了高强度，高导电合金材料。该合金无磁性，无低温脆性，高耐磨性，高抗蚀性，冲击不产生火花，满足了交通运输、航空航天、通讯等行业大功率连接器用铜合金的需要，该合金易车削，适用于高速自动车床加工。

发明内容

本发明的目的是满足大功率连接器所需要的高强度高导电率并适合高速自动车床加工的宗合性能优异的新型铜合金棒线材要求。

为达到上述目的，本申请采用的技术方案为：一种铜合金，按重量份数计：铅0.2-0.8份，镍0.5-1.2份,磷0.01-0.2份，钛0.01-0.5份，锡0.05-0.5份，铜96.7-98.8份。

所述的铜合金的制备方法，该方法包括如下步骤：

(1)原料准备：按重量份数计，铅0.2-0.8份，镍0.5-1.2份,磷0.01-0.2份，钛0.01-0.5份，锡0.05-0.5份，铜96.7-98.8份；

(2)将铜加入熔化炉内，待温度升到1080-1200℃时，加入镍，铅，钛，最后加入磷和锡，将温度升至1100-1300℃，静置保温15-20分钟，再将熔化炉内的铜合金熔液通过流槽放入保温炉内，保温炉温度控1200-1300℃。

(3)将铜合金熔液经结晶器凝固并由牵引机装置引出，从结晶器引出的坯料进行二次冷却，坯料经30-70％冷加工变形后，700-800℃下固溶，再进行冷加工，然后400-500℃时效处理4小时，再进行10-50％冷拉变形至成品。

所述铜合金用于制备连接器。

本发明的优点：

Cu与Ni熔化时形成无限固熔的连续溶体，Ni可以提高铜合金强度，同时不降低铜合金的加工缩性。P在铜中的最大溶解度714℃时为1.75％，室温时几乎为零，P一个作用是铜的脱氧剂，提高熔体的流动性，有利于铸造质量，另一个作用是固溶一定量的残余P，提高铜的力学性能与焊接性能。在高温时P与铜合金中的Ni形成磷化物Ni2P固溶铜中，在低温时，通过时效处理，Ni2P脱溶析出，形成弥散相，有效提高了合金强度。向铜合金中加入一定量Ti,，高温下Ti在铜合金中固溶度较大，880℃时为4％，温度下降时，明显减少，铜钛形成金属间化合物Cu3Ti。Cu3Ti相的脱溶产生时效硬化使合金性能得到改善。本发明采用加入一定量钛的作用，一方面辅助Ni2P时效强化，同时减少P对导电率的影响。向铜中加入微量锡，改善合金的耐磨性和抗蚀性，使铜合金无磁性.无低温脆性.无冲击火花。向铜中加入微量的铅，铅不溶于铜合金的固溶体中，而存在于固溶体晶界处，经过冷加工变形，呈游离状态的独立相分布于固溶体中，使合金具有良好的可切削性能。

坯料进行30-70％(加工率)冷拉伸变形后，再进行固溶处理，固溶温度700-800℃。固溶后，材料获得了Ni2P、Cu3Ti的过饱和固溶体，此时导电率小于30％，强度低于300Mpa。

固溶后的材料依据情况，再进行20-50％(加工率)加工率冷拉变形，再进行时效处理，温度为400-500℃。Ni2P、Cu3Ti从过饱和固溶体中脱溶析出，形成第二相的强化相。失效后的合金材料导电率大于55％，强度大于450Mpa。失效后的材料根据成品要求，再进行30-50％冷拉变形，可获得500-800Mpa的高强度，导电率大于55％的线棒材。

具体实施方案

本发明合金材料的生产工艺流程，原料准备及配料-合金化熔炼—水平连续铸锭坯—冷拔拉伸—热处理固溶—冷拔拉伸—热处理时效—冷拔拉伸—矫直—消除应力退火—检验—包装。

实施例1

原料：按重量分数计，取铜98.62份，镍0.6份，钛0.1份，磷0.1份，铅0.3份，锡0.08份，不可避免其他杂质0.2份。

水平连铸工序：将上述组份原料分别放入熔化炉内进行合金化。该熔化炉内熔化的熔化顺序为先加入铜，熔化炉温度升到1080℃，铜熔化后，加入镍，铅，再加锡、钛和磷。待熔液合金化后，1080℃下静止保温20分钟，通过流槽放入保温炉内，保温炉温度控制在1200℃。铜合金液经过结晶器冷却逐渐凝固，并由牵引装置引出。该牵引装置由电机自动控制牵引过程。牵引方式为拉-停-反推周期反复进行，使坯料连续不断地引出。结晶器进水温度为20℃，出水温度为30℃。坯料进行二次水冷却，冷却位置距结晶器出口100mm，冷却水温为10℃。每根坯料可根据成品要求任意调整长度。本例坯料规格直径20mm，长度为盘圆，每盘重量100-1000kg。

冷拔拉伸工序：从直径20mm坯料拉伸至直径15mm，经720℃固溶，再拉伸至直径11mm，440℃时效处理4小时，再拉伸至直径8mm成品规格。

实施例2

取铜98.15份，镍0.8份，钛0.2份，磷0.15份,铅0.4份，锡0.15份，不可避免其他杂质0.15份。

水平连铸工序：将上述组份原料分别放入熔化炉内进行合金化。该熔化炉内熔化的熔化顺序为先加入铜，熔化炉温度升到1200℃，铜熔化后，加入镍，铅，再加锡、钛和磷。待熔液合金化后，1200℃下静止保温20分钟，通过流槽放入保温炉内，保温炉温度控制在1300℃。铜合金液经过结晶器冷却逐渐凝固，并由牵引装置引出。该牵引装置由电机自动控制牵引过程。牵引方式为拉-停-反推周期反复进行，使坯料连续不断地引出。结晶器进水温度为25℃，出水温度为50℃。坯料进行二次水冷却，冷却位置距结晶器出口200mm，冷却水温为30℃。每根坯料可根据成品要求任意调整长度。本例坯料规格直径20mm，长度为盘圆，每盘重量100-1000kg。

冷拔拉伸工序：从坯料直径20mm拉伸至直径12mm，经730℃固溶，再拉伸至直径10mm，经450℃时效，再拉伸至直径5mm成品规格。

实施例3

原料：取铜97.74份，镍0.9份，钛0.3份，磷0.16份,铅0.5份，锡0.3份，不可避免其他杂质0.1份。

水平连铸工序与实施例1相同。

冷拔拉伸工序：从坯料直径20mm拉伸至直径10mm，经740℃固溶，再拉伸至直径8mm，经460℃时效，再拉伸至直径3mm成品规格。

实施例4

原料：取铜97.35份，镍1.0份，钛0.4份，磷0.2份,铅0.6份，锡0.35份，不可避免其他杂质0.1份.

水平连铸工序与实施例1相同。

冷拔拉伸工序：从坯料直径20mm拉伸至直径10mm，经750℃淬火，再拉伸至直径8mm，经430℃时效，再拉伸至直径2mm成品规格。

综合性能如下表：

Claims (3)

1.一种铜合金，其特征在于：按重量份数计：铅0.2-0.8份，镍0.5-1.2份,磷0.01-0.2份，钛0.01-0.5份，锡0.05-0.5份，铜96.7-98.8份。

2.一种权利要求1所述的铜合金的制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

(1)原料准备：按重量份数计，铅0.2-0.8份，镍0.5-1.2份,磷0.01-0.2份，钛0.01-0.5份，锡0.05-0.5份，铜96.7-98.8份；

(2)将铜加入熔化炉内，待温度升到1080-1200℃时，加入镍，铅，钛，最后加入磷和锡，将温度升至1100-1300℃，静置保温15-20分钟，再将熔化炉内的铜合金熔液通过流槽放入保温炉内，保温炉温度控1200-1300℃。

(3)将铜合金熔液经结晶器凝固并由牵引机装置引出，从结晶器引出的坯料进行二次冷却，坯料经30-70％冷加工变形后，700-800℃下固溶，再进行冷加工，然后400-500℃时效处理4小时，再进行10-50％冷拉变形至成品。

3.一种权利要求1所述的铜合金的应用：所述铜合金用于制备连接器。