CN107760920A - 一种高强高导热铜合金及其制备方法 - Google Patents

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闫焉服
王广欣
邓宏权
王要利
陈新芳
李中兴
杨鹏涛
逯峙
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Abstract

本发明公开了一种高强高导热铜合金及其制备方法。本发明所述铜合金按质量百分比由以下组分构成：Ni：3.5～4.0％；Co：2.0～2.5％；Si：1.0～2.0％；Be；0.5～1.0％，余量为Cu和不可避免的杂质。本发明通过适当的制备工艺降低了各导热环节的热阻，充分发挥各元素的优势，在铍含量比较低的情况下使所制备材料具有较高强度、较好的导热性和抗热疲劳性能。其优异的综合性能能够满足铸轧辊套材料的实用要求。

Description

一种高强高导热铜合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及合金材料技术领域，更具体的涉及一种高强高导热铜合金及其制备方法。
背景技术
我国是铝合金制品制造和消费大国，连铸连轧技术是制备铝带坯的主要生产技术。性能优良的铸轧辊是实现铝带坯连续铸轧的技术保障，铸轧过程中铸轧辊起结晶器和热轧的双重作用，因此对铸轧辊套材料，不但要求其具有较高强度和硬度，还要求具有良好导热性和抗热疲劳性。但目前连铸连轧技术所用的铸轧辊大多是内部水冷的钢轧辊，存在寿命短、效率低、所轧制铝带质量差，成品率低的缺点。其主要原因是由于钢棍套的热传导性差，铸轧过程中的热量不能及时传导出去而导致产品晶粒较大，组织不均匀造成的。
铍铜具有高的强度和硬度，较好的导热性和耐腐蚀性，是一种比较理想的用于铸轧辊套的合金材料。但贵金属铍不但价格昂贵，而且有毒，合金中较高含量高的铍不仅会提高材料的成本，也会对人们的身体造成危害。因此，研发一种强度较高、导热性较好且铍含量较低的铜合金辊套材料显得尤为必要。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种高强高导热铜合金及其制备方法，该铜合金材料具有较高的强度和较好的导热性，适合做铸轧用辊套材料。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种高强高导热铜合金，该合金按质量百分比由以下成分组成：
Ni：3.5～4.0％；Co：2.0～2.5％；Si：1.0～2.0％；Be；0.5～1.0％；余量为Cu和不可避免的杂质。
上述的合铜金的制备方法包括以下步骤：真空熔炼，离心铸造，锻造，热处理，其中：
在所述真空熔炼步骤中，按上述组分配比将各组分单质置于真空感应熔炼炉内进行熔炼，在1250℃温度下熔炼40～60min；
在所述离心铸造步骤中，将熔炼好的铜合金液浇入旋转的铸型中进行铸造成型，无级变速为100～300r/min；
在所述锻造步骤中，将所述铸坯在800～900℃温度区间内进行热锻加工；
在所述热处理步骤中，采用固溶后进行时效处理，其中固溶温度为850～900℃，时间为3h，时效分二级，一级时效温度为250～300℃，时间为2h；二级时效温度为450～500℃，时间为2h。
本发明充分利用各添加元素对铜合金的互相影响，在铍含量比较低的情况下，使所制备铜合金具有高强高硬特性；设计的热处理工艺降低了各导热环节的热阻，使所制备材料具有较好的导热性和抗热疲劳性能。其优异的综合性能能够满足铸轧辊套材料的实用要求，采用本发明铜合金材料制备的辊套能够大幅度提高铝合金带坯的铸轧速度。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供的一种高强高导热铜合金及其制备方法，其制造步骤包括配料、熔炼、铸造、锻造、固溶、时效等工艺。
以下是本发明的实施例。
实施例1：
本实施例制备的铜合金按质量百分比由以下组分构成：Ni：3.5％；Co：2.5％；Si：1.0％；Be；0.5％，余量为Cu和不可避免的杂质。本实施例制备的铜合金方法如下：
(1)熔炼，按上述组分质量配比将各组分单质置于真空感应熔炼炉内进行熔炼，在1250℃温度下熔炼40～60min。
(2)铸造，将熔炼好的金属液浇入旋转的铸型中，在离心力的作用下填充铸型而凝固成型，旋转速度为：无级变速100～300r/min。
(3)锻造，将铸坯进行热锻，然后冷却至室温，初锻温度为900℃，终锻温度为800℃。
(4)热处理，热处理包括固溶+时效，将热锻后的锻件加热到850℃，保温3h进行固溶处理，然后在水中进行淬火处理；再将水淬处理后的锻件加热到250℃，保温2h，进行一级时效处理，然后冷却至室温，一级时效处理后的锻件在加热到450℃，保温2h，进行二级时效处理，然后冷却至室温。
该实施例制备的铜合金材料的性能参数见表1。
实施例2：
本实施例制备的铜合金按质量百分比由以下组分构成：Ni：3.6％；Co：2.4％；Si：1.2％；Be；0.6％，余量为Cu和不可避免的杂质。本实施例制备的铜合金方法同实施例1，其中固溶处理温度870℃，一级时效处理度260℃，二级时效处理度460℃。该实施例制备的铜合金材料的性能参数见表1。
实施例3：
本实施例制备的铜合金按质量百分比由以下组分构成：Ni：3.7％；Co：2.3％；Si：1.4％；Be；0.7％，余量为Cu和不可避免的杂质。本实施例制备的铜合金方法同实施例1，其中固溶处理温度880℃，一级时效处理度270℃，二级时效处理度470℃。该实施例制备的铜合金材料的性能参数见表1。
实施例4：
本实施例制备的铜合金按质量百分比由以下组分构成：Ni：3.8％；Co：2.2％；Si：1.6％；Be；0.8％，余量为Cu和不可避免的杂质。本实施例制备的铜合金方法同实施例1，其中固溶处理温度870℃，一级时效处理度280℃，二级时效处理度480℃。该实施例制备的铜合金材料的性能参数见表1。
实施例5：
本实施例制备的铜合金按质量百分比由以下组分构成：Ni：3.9％；Co：2.1％；Si：1.8％；Be；0.9％，余量为Cu和不可避免的杂质。本实施例制备的铜合金方法同实施例1，其中固溶处理温度880℃，一级时效处理度290℃，二级时效处理度490℃。该实施例制备的铜合金材料的性能参数见表1。
实施例6：
本实施例制备的铜合金按质量百分比由以下组分构成：Ni：4.0％；Co：2.0％；Si：2.0％；Be；1.0％，余量为Cu和不可避免的杂质。本实施例制备的铜合金方法同实施例1，其中固溶处理温度900℃，一级时效处理度300℃，二级时效处理度500℃。该实施例制备的铜合金材料的性能参数见表1。
表1 本发明制得的铜合金材料的性能指标
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (3)

1.一种高强高导热铜合金，其特征在于，所述高强高导热铜合金按质量百分比由以下成分组成：Ni：3.5～4.0％；Co：2.0～2.5％；Si：0.5～1.0％；Be：0.5～1.0％；余量为Cu和不可避免的杂质。
2.如权利要求1中所述的铜合金，其特征在于，合金成分中Ni和Co的质量百分比之和为6.0％。
3.一种如权利要求1或2所述的铜合金的制备方法，其特征在于，包括真空熔炼，离心铸造，锻造及热处理步骤，其中：
在所述真空熔炼步骤中，按权利要求1或2所述的组分配比将各组分单质置于真空感应熔炼炉内进行熔炼，熔炼温度为1250℃，时间为40～60min；
在所述离心铸造步骤中，将熔炼好的铜合金液浇入旋转的铸型中进行铸造成型，无级变速为100～300r/min；
在所述锻造步骤中，将所得铸坯在800～900℃温度区间内进行热锻加工；
在所述热处理步骤中，采用固溶后进行时效处理，其中固溶温度为850～900℃，时间为3小时，时效分二级，一级时效温度为250～300℃，时间为2小时；二级时效温度为450～500℃，时间为2小时。
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