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

一种碳微合金化Cu-Fe系材料及制备方法
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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