CN109079112A - 一种高锡青铜丝材的成形工艺 - Google Patents

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Abstract

一种高锡青铜合金丝材成形工艺，其特征在于，生产步骤为：1）采用水平连铸法制备高锡青铜合金线坯料；2）高锡青铜铸造线坯的固溶处理；3）对高锡青铜线坯进行附加超声波转动的压力套管拉拔。该方法充分利用了固溶体的塑性和强化效果，生产的丝材具有优异的综合力学性能。

Description

一种高锡青铜丝材的成形工艺
技术领域
本发明涉及到金属丝材的加工领域，特别涉及到一种高锡青铜丝材的成形工艺。
背景技术
锡青铜以低的电阻率、高的电迁移寿命和连接可靠性等优点，在大规模集成电路和芯片的连接领域有着极大的应用潜力。高锡青铜合金由于偏析严重，同时铸造组织出现δ相（化合物Cu31Sn8为基的固溶体），造成高锡青铜合金材料性质硬而脆难于加工。到目前为止，高锡青铜丝、线材的主要生产方法为铸造→热挤压→冷轧成丝材（肖爱英等，矿冶工程，1981（4）,35-41），此方法生产工艺流程较长，设备投资大；以及喷射沉积→轧制成材法（王晓峰等，一种高强度变形Cu-Sn合金的制备方法[P]，中国专利，申请号，CN200710010242，2007-01-31），其受喷射沉积法工艺限制，生产效率不高，工艺控制难度较高。针对以上方法存在的不足，本发明提出一种高锡青铜丝材的成形工艺。
发明内容
本发明目的在于提供一种高锡青铜合金丝材的成形工艺，解决高锡青铜难于加工、生产效率不高等问题。本发明解决其技术问题所采取的方案：
1）采用水平连铸法制备高锡青铜合金（锡含量为8-15%wt）φ8-12mm线坯；
2）高锡青铜线坯的固溶处理；
3）对高锡青铜线坯进行附加超声波转动的压力套管拉拔。
所述的高锡青铜丝材短流程成形工艺，具体工艺参数如下，
采用水平连铸法制备高锡青铜（8-15%wt）线坯，铸造线坯直径φ8-12mm，铸造时采取不间断的机械搅拌和超声波振动相结合的方式，超声波振动功率不小于100w，以最大程度减少锡青铜铸造时产生的比重偏析；将铸造线坯料采取快速升温的固溶处理方式，升温速度不小于1℃/s，固溶温度为500-650℃，固溶时间0.5-1h，冷却介质为水；高锡青铜虽经固溶处理，室温下组织应当为铜固溶体，但实际δ相很难彻底消除，因此，为提高锡青铜线坯的可加工性，采用压力套管强制润滑的拉拔方式加工，为进一步降低摩擦和提高锡青铜线坯的可加工性，在拉拔时，附加超声波转动，超声波振动功率不小于10w，超声波频率为30-100KHz，每道次拉拔变形量为8-20%，拉拔速度为1-10m/s，当冷总变形量为35-90%时，将冷加工强化的线材进行固溶处理，固溶温度为500-650℃，固溶时间0.2-1h，冷却介质为水。
本发明具有以下优点：
1）与采用常规水平连铸法制备线坯相比，由于水平连铸生产时间较长，熔炼炉内熔化金属的停留时间较长，与常规铸造相比，连铸法生产线坯的比重偏析情况相对更为严重，但本发明由于采取不间断的机械搅拌和强力电磁搅拌结合的方式，从铸坯质量控制角度出发，尽最大可能的降低了线坯的比重偏析；
2）由铜-锡二元相图可知，在520-586℃范围内Sn在铜中的溶解度具有最大值15.8%wt，因此，高锡青铜（8-15%wt）采取固溶处理，理论上可以获得没有δ相的单相的过饱和固溶体α，而α相为面心立方结构，具有良好的塑性；
3）由于采用压力套管强制润滑的拉拔方式加工，由于压力套管可保证模具与线坯之间为流体润滑状态，摩擦极小，可尽可能提升了线坯的可加工性，可避免固溶处理后少量残余δ相的影响；
4）由于采取固溶处理来恢复高锡青铜线材的塑性，可在获得细小的再结晶α相组织的同时，与常规退火获得（α相+δ相）相比，塑性可得到较大的提高，同时让材料获得固溶强化效果，因此，所加工后获得线材具有优异的综合（塑性和强度）力学性能。
具体实施方式：
以下结合实施例对本发明作进一步说明：
实施例1：φ3 mm锡青铜（Sn为8.5%wt）丝材成形工艺
1）采用水平连铸法制备锡青铜（Sn为8.5%wt）φ10mm线坯，采取超声波振动和机械搅拌相结合的方式，水平连铸速度为1 mm/s，超声波功率为120W，工作频率为35KHz；
2）对高锡青铜铸造线坯进行固溶处理，升温速度为2.5℃/s，固溶温度为600℃，固溶时间为1h，采用水冷方式；
3）采用压力套管强制润滑拉拔方式加工，润滑剂为植物油，单道次变形量为8-15%，拉拔速度为3m/s，拉拔时附加超声波振动，超声波功率为20w，频率为35 KHz；
4）当冷加工到φ7.8mm时，将线材进行固溶处理，升温速度设定为2.5℃/s，固溶温度为580℃，固溶时间为0.5h，采用水冷方式；
5）继续对重新固溶处理后的高锡青铜线材进行压力套管强制润滑拉拔方式加工，润滑剂为植物油，单道次变形量为10-20%，拉拔速度为3m/s，拉拔直至φ3 mm；其间，当总冷变形量达到50-80%时，进行固溶处理恢复塑性，固溶处理的升温速度为2.5℃/s，固溶温度为580℃，固溶时间为0.2-0.5 h。
实施例2：φ2 mm锡青铜（Sn为13%wt）丝材成形工艺
1）采用水平连铸法制备锡青铜（Sn为13%wt）φ10mm线坯，采取电磁感应和机械搅拌相结合的方式，水平连铸速度为1 mm/s，超声波振动功率为120W，工作频率为35KHz；
2）对高锡青铜铸造线坯进行固溶处理，升温速度为2℃/s，固溶温度为620℃，固溶时间为1h，采用水冷方式；
3）采用压力套管强制润滑拉拔方式加工，润滑剂为植物油，单道次变形量为8-15%，拉拔速度为3m/s，拉拔时附加超声波振动，超声波功率为20w，频率为35 KHz；
4）当冷加工到φ8mm时，将线材进行固溶处理，升温速度设定为2.5℃/s，固溶温度为590℃，固溶时间为0.5h，采用水冷方式；
5）继续对重新固溶处理后的高锡青铜线材进行压力套管强制润滑拉拔方式加工，润滑剂为植物油，单道次变形量为10-20%，拉拔速度为3m/s，拉拔直至φ2 mm；其间，当总冷变形量达到50-80%时，进行固溶处理恢复塑性，固溶处理的升温速度为2.5℃/s，固溶温度为580℃，固溶时间为0.3-0.5 h。

Claims (5)

1.一种高锡青铜合金丝材成形工艺，其特征在于，生产步骤为：1）采用水平连铸法制备高锡青铜合金线坯料；2）高锡青铜铸造线坯的固溶处理；3）对高锡青铜线坯进行附加超声波振动的压力套管拉拔。
2.权利要求所述的高锡青铜锡含量为8-15%wt。
3.权利要求1所述固溶处理，其特征在于，升温速度不小于1℃/s，固溶温度为500-650℃，固溶时间0.5-1h，冷却介质为水。
4.权利要求1所述的附加超声波转动的压力套管拉拔，其特征在于，采用压力套管强制润滑的拉拔方式加工，润滑剂为植物油或矿物油等，附加超声波转动，超声波功率不小于10W，单道次拉拔变形量为8-20%，拉拔速度为1-10 m/s。
5.权利要求1所述压力套管拉拔，其特征在于，在冷拉拔其间，当总冷变形量为35-90%时，将冷加工强化的线材进行固溶处理恢复塑性，固溶温度为500-650℃，升温速度不小于1℃/s，固溶时间0.2-1h，冷却介质为水。
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