CN108165814A - 一种碳微合金化Cu-Cr系材料及其制备方法 - Google Patents

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郭炜
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周喆
刘秋香
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Abstract

一种碳微合金化Cu‑Cr系材料及制备方法，该方法通过在Cu‑Cr系材料中添加微量的碳元素起细化晶粒和促进Cr等元素从Cu基体中析出作用，从而有效提高材料的强度和导电导热性能。以Cu为基体，加入Cr以及其它合金化元素以及微量碳元素，通过熔炼、浇铸或连铸、热锻或热轧、固溶处理、冷轧或冷拔、时效等工艺，制备出高强高导电铜合金材料。本发明具有制备出的材料不仅强度高而且导电导热性好、制备工艺简单、成本低的优点，从而实现其在电子、信息、交通、能源、冶金、机电等领域广泛应用。

Description

一种碳微合金化Cu-Cr系材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种碳微合金化Cu-Cr系材料及其制备方法，属有色金属材料技术领域。
背景技术
高强高导电铜合金材料是电子、信息、交通、能源、冶金、机电等领域不可或缺的关键材料，广泛应用于制造集成电路引线框架、电气化铁路接触导线、高强磁场线圈、电动机转子导线、电阻焊电极等。Cu-Cr系材料具有强度与导电综合性能良好等特点，在电子、机电和交通等领域得到广泛应用。但由于高温下Cr在Cu基体中的固溶度相对高，导致室温下Cu基体中固溶的Cr含量大于相平衡浓度，而固溶的Cr原子将损害基体的电导率。随着现代工业的发展，对材料的强度和导电性能不断提出更高的要求，如何同时提高Cu-Cr系材料的导电性能和强度，一直是目前铜合金材料研究领域的热点。
发明内容
本发明的目的是，为了提高Cu-Cr系材料的导电性能和强度，本发明提出一种碳微合金化Cu-Cr系材料及其制备方法。
实现本发明的技术方案如下，在Cu-Cr系材料中添加微量的碳元素，细化晶粒和促进Cr元素从Cu基体中析出，从而有效提高材料的强度和导电导热性能；以Cu为基体，加入Cr以及其它合金化元素以及微量碳元素，通过熔炼、浇铸或连铸、热锻或热轧、固溶处理、冷轧或冷拔、时效等工艺，制备出高强高导电铜合金材料。
一种碳微合金化Cu-Cr系材料，其配方成分组成按质量百分比计，铬：0.01～15；碳：0.005～1.00；其它合金元素：0.01～10；铜：余量；
所述其它合金元素是指Zr、Zn、Sn、Si、Mg、Ag中的一种元素或二种或多种元素的组合。
本发明的碳微合金化Cu-Cr系材料是通过以下步骤制备：
（1）配料：按化学成分要求，将符合配方质量百分比的电解铜、金属铬或含铬合金、碳或含碳合金、其它元素或合金，得到配料；
（2）熔炼：将配好的配料放入中频电磁感应炉或其它熔炼炉中，按常规的Cu-Cr系材料冶炼工艺熔化；
（3）浇铸或连铸：将熔化了的金属液浇入水冷钢模、石墨模或其它模中得到铸锭或连铸锭；
（4）热锻或热轧：将上述铸锭放入热处理炉中，加热至800℃～1000℃区间的某一温度，保温1～5小时，然后热锻或在常规热轧机上热轧，使其达到20％以上的变形；
（5）固溶处理：将热锻或热轧后的材料装入热处理炉中，加热至900℃～1100℃区间的某一温度，保温0.2～5小时，然后进行淬火处理；
（6）冷轧：将淬火后的材料进行20％以上的变形处理；
（7）退火：将冷轧后的材料在300℃～700℃之间的某一温度，保温0.1～3小时，随炉冷；
（8）冷拔：将处理后的材料进行多道次30％以上的变形处理；
（9）时效处理：将材料在200℃～650℃某一区间，保温0.5～24小时。
本发明工作原理是，本发明通过在Cu-Cr系材料合金中添加微量的碳，主要起三方面的作用，一是降低Cr在Cu基体中的固溶度，促进Cr从Cu基体析出，使得材料的强度和导电性能同时得到显著的提高；二是细化Cr枝晶，并促使Cr枝状晶向球形状晶转变，使材料的强度得到进一步提高；三是对于Cr含量较高的材料，添加微量的碳将使Cu-Cr系材料产生液相分离，在液态获得纳米级的球状富Cr相，这些分离的球状结构在最终的凝固组织中形成一种由富Cr相和富铜相组成的复杂亚微结构，有利于提高材料的强度。
本发明的有益效果是，本发明通过配方和制备工艺，使得Cu-Cr系材料的硬度提高10～20%，导电率提高5～15％，强度与导电性能达到了较佳的组合，而材料的制备方法简单、成材率高、成本低。
附图说明
图1是本发明碳微合金化Cu-Cr系材料制备工艺流程图。
具体实施方式
本发明的具体实施方式如图1所示。
实施例1
(1)配料：按化学成分要求，将符合配方质量百分比的金属铬7.98%、中间合金（Cr-50%C）0.04％、纯银0.1％、电解铜为余量，得到配料；
(2)熔炼：将配好的配料放入中频电磁感应炉中，按常规的铜合金冶炼工艺熔化25分钟；
(3)浇铸：将熔化了的金属液浇入石墨模中得到铸锭；
(4)热轧：将上述浇铸铸锭放入热处理炉中，加热至880℃，保温3小时，然后在常规热轧机上热轧，使其达到40％的变形；
(5)固溶处理：将热轧后的材料装入热处理炉中，加热至960℃，保温1小时，然后淬入冷水中快速冷却；
(6)冷轧：将淬火后的材料进行80％的变形处理；
(7)退火：将冷轧后的材料加热至500℃，保温0.5小时，随炉冷；
(8)冷拔：将处理后的材料进行多道次80％的变形处理；
(9)时效处理：将材料在450℃，保温1小时。
最后制得的Cu-Cr-C-Ag材料。
实施例2
(1)配料：按化学成分要求，将符合配方质量百分比的金属铬0.29%、中间合金（Cr-50%C）0.02％、金属锆0.1％、金属镁0.05%、金属硅0.02%、电解铜为余量，得到配料；
(2)熔炼：将配好的配料放入中频电磁感应炉中，按常规的铜合金冶炼工艺熔化25分钟；
(3)连铸：将熔化了的金属液连铸得到铸锭；
(4)热锻：将上述连铸锭在常规热轧机上热轧，使其达到40％的变形；
(5)固溶处理：将热轧后的材料装入热处理炉中，加热至950℃，保温1小时，然后淬入冷水中快速冷却；
(6)冷轧：将淬火后的材料进行60％的变形处理；
(7)退火：将冷轧后的材料，加热至480℃，保温0.5小时，随炉冷；
(8)冷拔：将处理后的材料进行多道次50％的变形处理；
(9)时效处理：将材料在420℃，保温1小时。
最后制得的Cu-Cr-C-Mg-Zr-Si材料。

Claims (2)

1.一种碳微合金化Cu-Cr系材料，其特征在于，在Cu-Cr系材料中添加微量的碳元素，细化晶粒和促进Cr元素从Cu基体中析出；以Cu为基体，加入Cr以及其它合金化元素以及微量碳元素，通过熔炼、浇铸或连铸、热锻或热轧、固溶处理、冷轧或冷拔、时效等工艺，制备出高强高导电铜合金材料；
所述材料配方成分组成按质量百分比计：铬：0.01～15；碳：0.005～1.00；其它合金元素：0.01～10；铜：余量；
所述其它合金元素是指Zr、Zn、Sn、Si、Mg、Ag中的一种元素或二种或多种元素的组合。
2.一种碳微合金化Cu-Cr系材料的制备方法，其特征在于，所述方法步骤如下：
（1）配料：按化学成分要求，将符合配方质量百分比的电解铜、金属铬或含铬合金、碳或含碳合金、其它元素或合金，得到配料；
（2）熔炼：将配好的配料放入中频电磁感应炉或其它熔炼炉中，按常规的Cu-Cr系材料冶炼工艺熔化；
（3）浇铸或连铸：将熔化了的金属液浇入水冷钢模、石墨模或其它模中得到铸锭或连铸锭；
（4）热锻或热轧：将上述铸锭放入热处理炉中，加热至800℃～1000℃区间的某一温度，保温1～5小时，然后热锻或在常规热轧机上热轧，使其达到20％以上的变形；
（5）固溶处理：将热锻或热轧后的材料装入热处理炉中，加热至900℃～1100℃区间的某一温度，保温0.2～5小时，然后进行淬火处理；
（6）冷轧：将淬火后的材料进行20％以上的变形处理；
（7）退火：将冷轧后的材料在300℃～700℃之间的某一温度，保温0.1～3小时，随炉冷；
（8）冷拔：将处理后的材料进行多道次30％以上的变形处理；
（9）时效处理：将材料在200℃～650℃某一区间，保温0.5～24小时。
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