CN108315579B - 织构稀土CuNiSiCr合金材料及制备工艺和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明一种织构稀土CuNiSiCr合金材料及制备工艺和应用,属于引线框架材料生产工艺技术领域,该合金各个组分质量百分比包含1.5~3.0%Ni,1.5~2.5%Si,1.3~1.8%Cr,稀土元素:0.001~0.6%Ce,0.001~0.2%La,0.001~0.1%Nb和0.001~0.1%Y,其余为Cu和不可避免的杂质。该方法包括真空熔炼铸造、高温粗轧、高温时效、中温精轧、快速冷却、冷轧、时效处理、拉弯矫直以及去应力退火工艺。本发明的有益效果是:本发明最终获得抗拉强度达到750~850 Mpa和导电率达到45~65%IACS,具有高密度的{111}织构的高强度高导铜镍硅铬合金带材。

Description

织构稀土CuNiSiCr合金材料及制备工艺和应用
技术领域
本发明属于引线框架材料生产工艺技术领域,涉及一种通过添加稀土元素(Ce、La、Nb和Y),并采用热轧、时效、冷轧、拉弯矫直及退火等工艺的织构稀土CuNiSiCr合金材料及制备工艺和应用。
背景技术
随着互联网和电子信息技术的迅速发展,对组成集成电路的引线框架材料质量的要求变得越来越高,要求引线框架需要具有更高的强度和更高的导电率,以满足工业上实际工况条件的要求。目前,工业生产引线框架使用最多的材料为Cu-Ni-Si-X系列,但其强度和导电性能已渐渐不能满足集成电路发展的需求。
发明专利CN103643080A介绍了一种高强度铜镍硅引线框架材料的生产方法,使铜镍硅合金的强度和导电性都得到了提高,抗拉强度达到670MPa,导电率达到43%IACS,但其强度和导电性能仍较低。发明专利CN101984107A提出了一种CuNiSiAl系弹性铜合金的制备方法,其抗拉强度达到1180MPa,但导电率仅有30.8%IACS。发明专利CN104046843A介绍了一种含有稀土铈的铜镍硅合金材料制备方法,使铜镍硅合金的抗拉强度达到700~900MPa,导电率达到48~78%IACS,但其强度和导电性的波动过大,不适用于实际生产。
专利CN1071959A提出了一种热轧后织构预处理工艺,使钢板具有了强烈的{1,1,1}织构,使强度得到了极大的提高。关小军等人在《一种极高r值的高强IF钢板的研究》一文中,提出了采用热轧卷取、织构预处理、冷轧、连续退火、再连续退火的新工艺,制备出了强烈的{1,1,1}织构,使IF钢的抗拉强度达到340Mpa。
综上所述,引线框架材料的强度和导电性还有待提高;{1,1,1}织构可使铜合金板材的抗拉强度得到提高。
发明内容
本发明的目的在于通过添加稀土元素(Ce、La、Nb和Y),并结合低温精轧、时效处理、冷轧与退火工艺,提出一种高强度织构稀土CuNiSiCr合金材料的制备工艺,从而达到提高Cu-Ni-Si-X合金的强度和导电性能的目的。
本发明的技术方案如下:一种织构稀土CuNiSiCr合金材料,该合金材料的各组分质量百分比为:Ni:1.5~3.0%,Si:1.5~2.5%,Cr:1.3~1.8%,稀土元素:0.001~0.9%,其余为Cu和不可避免的杂质。
进一步,所述稀土元素包括:Ce、La、Nb和Y;Ce:0.001~0.6%,La:0.001~0.2%,Nb:0.001~0.1%,Y:0.001~0.1%。
一种制备上述的织构稀土CuNiSiCr合金材料的工艺,该工艺具体包括以下步骤:
步骤1)真空熔炼铸造:按照设计成份,将各合金元素按质量要求进行配比,并按一定的顺序投入真空熔炼炉,熔炼温度为1200~1300℃,铸造+锻造成长方体坯料;
步骤2)加热温度为950~1000℃;
步骤3)热轧粗轧温度为750~850℃,总压下量为60~90%,轧道次数没有限制;
步骤4)高温时效处理过程:时效温度为900~940℃,时效时间为1~1.5h;
步骤5)中温精轧温度介于再结晶温度区,采用多道次轧制至少进行两道次轧制,累计压下率为80~90%,;
步骤6)快速冷却工艺:使经过中温精轧后的坯料按250~350℃/s的冷速进行冷却;
步骤7)冷轧:采用4~6道次轧制,总压下量为70~80%;
步骤8)中温时效处理过程:时效温度为440~460℃,时效时间为4~6h;
步骤9)拉弯矫直:矫直张力:300~500kg;
步骤10)连续退火工艺的加热速度为5~10℃/s,保温温度为350~380℃,保温时间为40~60s,即得到高强度织构稀土CuNiSiCr合金材料。
进一步,所述步骤5)中,所述再结晶温度区的温度为400~600℃,轧制道次为至少两道次轧制。
进一步,所述步骤7)中,前两个道次的压下量占到总压下量的60%,剩余道次的压下量逐渐递减。
进一步,所述高强度织构稀土CuNiSiCr合金材料具有高密度的{1,1,1}织构,抗拉强度达到750~850Mpa和导电率达到45~65%IACS。。
一种所制备得到高强度织构稀土CuNiSiCr合金材料应用于引线框架带材的制备。
高强高导铜镍硅铬合金制备方法原理如下:
铜合金的抗拉强度与晶粒的择优取向(即织构)密切相关,有研究表明,当铜合金板材的{111}织构越强,{100}织构越弱时,抗拉强度越高。本发明一方面通过添加特定的稀土元素(种类与成分),增强铜合金板材的导电性,和降低层错能,为制备高强{1,1,1}织构做准备;另一方面通过特定的生产工艺,制备出强烈的{1,1,1}织构,以增强铜合金板材的抗拉强度。
本发明中,铜合金板在中温精轧阶段处于再结晶温区,经多道次轧制后,且累计变形量为80%以上,晶粒被拉长,内部储存能增加,获得了以{111}∥ND和<110>∥RD为主的织构。经快速冷却后,热轧形成的{111}∥ND和<110>∥RD织构转化为稳定的{111}<112>和{111}<110>织构。在特定冷轧工艺下,大部分的{110}<001>织构又转化为{111}∥ND和<110>∥RD织构,在后续的时效过程中,再转化为稳定的{111}<112>和{111}<110>织构。最终在成品铜合金板材中形成了高密度的{1,1,1}织构。
本发明的应用效果:本发明是通过添加特定的稀土种类和含量,并结合特定低温精轧、快速冷却、冷轧精轧和时效处理等工艺,获得了高密度的{111}织构的高强高导铜镍硅铬合金带材。与常规的高强高导铜镍硅铬合金生产工艺相比,有两个特点,一是稀土元素的添加,既增大了合金板材的导电性,又降低了层错能为后续形成高密度的{1,1,1}织构做准备;二是特定的低温精轧、快速冷却、冷轧精轧和时效处理工艺,保证了高密度{1,1,1}织构的形成。另外,该发明对于企业来说具有操作工艺简单和易于实施的优点。
附图说明
图1为本发明的高强织构稀土铜镍硅铬合金带材的生产工艺示意图。
图2为成品铜镍硅铬合金带材在的织构分布ODF截面图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明,但本发明的保护范围并不限于所述内容。
如图1所示,本发明一种织构稀土CuNiSiCr合金材料,该合金材料的各组分质量百分比为:Ni:1.5~3.0%,Si:1.5~2.5%,Cr:1.3~1.8%,稀土元素:0.001~0.9%,其余为Cu和不可避免的杂质。
进一步,所述稀土元素包括:Ce、La、Nb和Y;Ce:0.001~0.6%,La:0.001~0.2%,Nb:0.001~0.1%,Y:0.001~0.1%。
一种制备上述的织构稀土CuNiSiCr合金材料的工艺,该工艺具体包括以下步骤:
步骤1)真空熔炼铸造:按照设计成份,将各合金元素按质量要求进行配比,并按一定的顺序投入真空熔炼炉,熔炼温度为1200~1300℃,铸造+锻造成长方体坯料;
步骤2)加热温度为950~1000℃;
步骤3)热轧粗轧温度为750~850℃,总压下量为60~90%,轧道次数没有限制;
步骤4)高温时效处理过程:时效温度为900~940℃,时效时间为1~1.5h;
步骤5)中温精轧温度介于再结晶温度区,采用多道次轧制且至少进行两道次轧制,累计压下率为80~90%,;
步骤6)快速冷却工艺:使经过中温精轧后的坯料按250~350℃/s的冷速进行冷却;
步骤7)冷轧:采用4~6道次轧制,总压下量为70~80%;
步骤8)中温时效处理过程:时效温度为440~460℃,时效时间为4~6h;
步骤9)拉弯矫直:矫直张力:300~500kg;
步骤10)连续退火工艺的加热速度为5~10℃/s,保温温度为350~380℃,保温时间为40~60s,即得到高强度织构稀土CuNiSiCr合金材料。
进一步,所述步骤5)中,所述再结晶温度区的温度为400~600℃,轧制道次为至少两道次轧制。
进一步,所述步骤7)中,前两个道次的压下量占到总压下量的60%,剩余道次的压下量逐渐递减。
进一步,所述高强度织构稀土CuNiSiCr合金材料具有高密度的{1,1,1}织构,抗拉强度达到750~850Mpa和导电率达到45~65%IACS。
一种所制备得到高强度织构稀土CuNiSiCr合金材料应用于引线框架带材的制备。
实施例1
本发明实施的一种高强度织构稀土铜镍硅铬合金的化学成分如表1所示。
表1本发明具体实施例铜镍硅铬合金的化学成分(wt%)
Ni Si Cr Ce La Nb Y 余量
2.3 2.1 1.7 0.34 0.08 0.06 0.06 Cu和不可避免的杂志
按照表1成分进行冶炼和浇铸,接着锻造成厚度约为26mm的铜合金板,将锻坯加热到980℃,保温1小时,在600mm热轧机上进行热轧,粗轧开轧温度为800℃,经3道次粗轧,最终轧制成厚度约为4mm的板;经高温时效处理,时效温度:930℃,时效时间:1h;低温精轧经4道次轧制,精轧开始温度依次为600、580、530、480℃,终轧温度为450℃,4道次轧制的压下率依次约为35%、30%、15%和5%。轧制后进行快速冷却处理。冷轧精轧过程,分为4个道次进行,每道次压下率依次约为30%、30%、10%和5%。时效处理时,加热速率为15℃/s,保温温度为460℃,保温时间为4h,随后随炉冷却至室温。拉弯矫直处理,矫直张力:300kg。最后进行去应力退火处理,加热速率为10℃/s,保温温度为370℃,保温时间为40s,紧接着水冷至室温。最终得到的铜合金带材的力学和电学性能如表2所示。
表2本发明具体实施例铜镍硅合金板材的力学和电学性能结果
实施例2
本发明实施的一种高强度织构稀土铜镍硅铬合金的化学成分如表3所示。
表3本发明具体实施例铜镍硅合金的化学成分(wt%)
Ni Si Cr Ce La Nb Y 余量
2.2 2.1 1.6 0.35 0.12 0.10 0.08 Cu和不可避免的杂志
按照表3成分进行冶炼和浇铸,接着锻造成厚度约为24mm的铜合金板,将锻坯加热到960℃,保温1小时,在600mm热轧机上进行热轧,粗轧开轧温度为800℃,经3道次粗轧,最终轧制成厚度约为3.8mm的板;经高温时效处理,时效温度:935℃,时效时间:1.2h;低温精轧经4道次轧制,精轧开始温度依次为600、580、550、520℃,终轧温度为470℃,4道次轧制的压下率依次约为30%、25%、15%、10%。轧制后进行快速冷却处理。冷轧精轧过程,分为6个道次进行,每道次压下率依次约为30%、30%、8%、6%、4%和2%。时效处理时,加热速率为10℃/s,保温温度为440℃,保温时间为6h,随后随炉冷却至室温。拉弯矫直处理,矫直张力:380kg。最后进行去应力退火处理,加热速率为10℃/s,保温温度为380℃,保温时间为40s,紧接着水冷至室温。最终得到的铜合金板材的力学和电学性能如表4所示。
表4本发明具体实施例铜镍硅合金板材的力学和电学性能结果
实施例3
本发明实施的一种高强度织构稀土铜镍硅铬合金的化学成分如表5所示。
表5本发明具体实施例铜镍硅合金的化学成分(wt%)
Ni Si Cr Ce La Nb Y 余量
2.7 2.0 1.5 0.48 0.10 0.08 0.08 Cu和不可避免的杂志
按照表5成分进行冶炼和浇铸,接着锻造成厚度约为26mm的铜合金板,将锻坯加热到960℃,保温1小时,在600mm热轧机上进行热轧,粗轧开轧温度为800℃,经4道次粗轧,最终轧制成厚度约为3.2mm的板;经高温时效处理,时效温度:937℃,时效时间:1.0h;低温精轧经5道次轧制,精轧开始温度依次为600、550、510、460℃、440℃,终轧温度为400℃,5道次轧制的压下率依次约为30%、25%、15%、10%、5%。轧制后进行快速冷却处理。冷轧精轧过程,分为4个道次进行,每道次压下率依次约为35%、35%、6%和4%。时效处理时,加热速率为10℃/s,保温温度为460℃,保温时间为6h,随后随炉冷却至室温。拉弯矫直处理,矫直张力:420kg。最后进行去应力退火处理,加热速率为10℃/s,保温温度为360℃,保温时间为50s,紧接着水冷至室温。最终得到的铜合金板材的力学和电学性能如表6所示。
表6本发明具体实施例铜镍硅合金板材的力学和电学性能结果

Claims (5)

1.一种织构稀土CuNiSiCr合金材料的制备工艺,该合金材料的各组分质量百分比为:Ni :1.5 ~ 3.0%,Si: 1.5 ~ 2.5%,Cr :1.3 ~ 1.8%,稀土元素:0.001 ~ 0.9%,其余为Cu和不可避免的杂质;所述稀土元素包括:Ce、La、Nb和Y;Ce:0.001 ~ 0.6%,La :0.001 ~ 0.2%,Nb:0.001 ~ 0.1%,Y: 0.001 ~ 0.1% ;该工艺具体包括以下步骤:
步骤1)真空熔炼铸造:按照设计成份,将各合金元素按质量要求进行配比,并按一定的顺序投入真空熔炼炉,熔炼温度为1200 ~ 1300 ℃,铸造+锻造成长方体坯料;
步骤2)加热温度为950 ~ 1000 ℃;
步骤3)热轧粗轧温度为750 ~ 850 ℃,总压下量为60 ~ 90%,轧道次数没有限制;
步骤4)高温时效处理过程:时效温度为900 ~ 940 ℃,时效时间为1 ~ 1.5 h;
步骤5)中温精轧温度介于再结晶温度区,采用多道次轧制至少进行两道次轧制,累计压下率为80 ~ 90%;
步骤6)快速冷却工艺:使经过中温精轧后的坯料按250 ~ 350 ℃/s的冷速进行冷却;
步骤7)冷轧:采用4 ~ 6道次轧制,总压下量为70 ~ 80%;
步骤8)中温时效处理过程:时效温度为440 ~ 460 ℃,时效时间为4 ~ 6 h;
步骤9)拉弯矫直:矫直张力:300 ~ 500 kg;
步骤10)连续退火工艺的加热速度为5 ~ 10 ℃/s,保温温度为350 ~ 380 ℃,保温时间为40 ~ 60 s,即得到高强度织构稀土CuNiSiCr合金材料。
2.根据权利要求1所述的工艺,其特征在于,所述步骤5)中,所述再结晶温度区的温度为400 ~ 600℃,轧制道次为至少两道次轧制。
3.根据权利要求1所述的工艺,其特征在于,所述步骤7)中,前两个道次的压下量占到总压下量的60%,剩余道次的压下量逐渐递减。
4.根据权利要求1所述的工艺,其特征在于,所述高强度织构稀土CuNiSiCr合金材料具有高密度的{1,1,1}织构,抗拉强度达到750 ~ 850 Mpa和导电率达到45 ~ 65% IACS。
5.一种如根据权利要求1-4任意一项所制备得到织构稀土CuNiSiCr合金材料应用于引线框架带材的制备。
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