CN108220662A - 一种碳微合金化Cu-Fe系材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种碳微合金化Cu‑Fe系材料及制备方法,该方法通过在Cu‑Fe系材料中添加微量的碳元素起细化晶粒和促进Fe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Fe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
技术领域
本发明涉及一种碳微合金化Cu-Fe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-Fe系材料具有强度与导电综合性能良好、加工工艺简单、生产成本低和环保等特点,在电子、机电和交通等领域得到广泛应用。但由于高温下Fe在Cu基体中的固溶度相对高,低温下的扩散速度慢,导致室温下Cu基体中固溶的Fe含量远远大于相平衡浓度,同时固溶Fe原子对基体电导率的有害影响非常大,达到9.2μΩ·cm/wt%Fe,因此,相比于其它系列的高强高导电铜合金材料,Cu-Fe系材料的导电性能偏低。如何同时提高Cu-Fe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,有研究通过添加Ag元素,在提高Cu-Fe系材料强度的同时改善导电性能,但是由于Ag是贵金属,将大大增加材料的成本,使得这类材料的应用受到限制。因此,研制一种新的Cu-Fe系材料及其制备方法是十分具有发展潜力的。
发明内容
本发明的目的是,为了在提高Cu-Fe系材料强度的同时改善导电性能,本发明提出一种碳微合金化Cu-Fe系材料及其制备方法。
实现本发明的技术方案如下,一种碳微合金化Cu-Fe系材料,通过在Cu-Fe系材料中添加微量的碳元素起细化晶粒和促进Fe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Fe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-Fe系材料,其配方成分组成按质量百分比计:铁:0.01~20;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P、Zn、Sn、Ti、Mg、Ag中的一种元素或二种或多种元素的组合。
一种碳微合金化Cu-Fe系材料的制备方法,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、纯铁或含铁合金、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-Fe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700℃~950℃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℃~600℃某一区间,保温0.5~24小时。
本发明的工作原理是,本发明通过在Cu-Fe系材料中添加微量的碳,主要起三方面的作用,一是降低Fe在Cu基体中的固溶度,促进Fe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Fe枝晶,并促使Fe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Fe含量较高的材料,添加微量的碳将使Cu-Fe系材料产生液相分离,在液态获得纳米级的球状富Fe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Fe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-Fe系材料的硬度提高10~30%,导电率提高10~20%,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为本发明一种碳微合金化Cu-Fe系材料的制备工艺流程。
具体实施方式
本发明的具体实施方法如图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中间合金(Fe-5%C)15%、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850℃,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80%的变形处理;
(7)退火:将冷轧后的材料,加热至450℃,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400℃,保温1小时。
最后制得的Cu-Fe-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中间合金(Fe-20%C)2.5%、中间合金(Cu-12%P)0.25%、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连铸锭;
(4)热轧: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980℃,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470℃,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450℃,保温1小时。
最后制得的Cu-Fe-C-P材料。
Claims (2)
1.一种碳微合金化Cu-Fe系材料,其特征在于,所述材料配方成分组成按质量百分比计:铁:0.01~20;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P、Zn、Sn、Ti、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-Fe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、纯铁或含铁合金、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-Fe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700℃~950℃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℃~600℃某一区间,保温0.5~24小时。
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