CN110306078A - 一种高强高导电易切削c97合金材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高强高导电易切削C97合金材料，属于合金制备技术领域。本发明所述合金材料的元素组成按重量百分比计，为：Ni 0.55～1.15％、Pb 0.85～1.35％、P 0.25～0.35％，R 0.10～0.20％，余量为铜及不可避免的杂质，其中，所述R为稀土合金。所述稀土合金包括镧系元素以及钪或钇中的至少两种。所述不可避免的杂质为：Fe≤0.025％、Sn≤0.030％、Cd≤0.035％、Zn≤0.210％。本发明还提供了上述合金材料的制备方法。本发明在C97合金中添加稀土合金，并调整各元素的组成占比，获得了对C97合金抗拉强度、导电性能和切削性能显著提升的效果。
Description
技术领域
本发明属于合金材料及其制备技术领域，具体涉及一种高强高导电易切削C97合金材料及其制备方法。
背景技术
C97铜合金是一种具有很高的抗腐蚀性、抗拉强度和屈服强度，以及高导电性，易切削加工等优越性能的合金材料，目前以同样的性能和更低的成本来取代铍铜合金进行广泛使用。C97铜合金因为其良好的综合性能优势、易切削加工性能、导电率以及抗拉强度等性能，该合金通常用于电气触点、弹性元件和接插件的使用材料，一般应用于电子连接器部件生产。
C97合金的元素组成主要是Ni 0.80～1.20％、Pb 0.80～1.20％、P0.15～0.30％以及余量的铜，其强度、导电性能均较优异，并具有较好的切削性能。该合金虽然具有以上优点，但现有的在该合金中引入稀土元素，以进一步增强其性能的方案尚未见报道。
发明内容
本发明的目的就是为了提供一种高强高导电易切削C97合金材料及其制备方法，通过在该合金中引入稀土元素，并重新对各元素含量进行调整，从而获得了一种性能更优异的C97合金。
本发明的目的之一是提供一种高强高导电易切削C97合金材料，所采用的技术方案为：一种高强高导电易切削C97合金材料，所述合金材料的元素组成按重量百分比计，为：Ni 0.55～1.15％、Pb0.85～1.35％、P 0.25～0.35％，R 0.10～0.20％，余量为铜及不可避免的杂质，其中，所述R为稀土合金。
本发明通过对C97中各元素含量进行了重新调整，并向其中添加了稀土合金，通过检测后发现，所得合金的抗拉强度、导电性能和切削性能与原C97合金相比均具有较大幅度提升。
进一步的是，所述不可避免的杂质为：Fe≤0.025％、Sn≤0.030％、Cd≤0.035％、Zn≤0.210％。
进一步的是，所述合金材料的元素组成按重量百分比计，为：Ni 0.55％、Pb 0.85～1.35％、P 0.28％，R 0.15％，余量为铜及不可避免的杂质。
进一步的是，所述稀土合金包括镧系元素以及钪或钇中的至少两种。
进一步的是，所述稀土合金为钪和钇的混合物，其中钪和钇的质量比为1～2:2～3。
作为优选的方案，所述稀土合金中钪和钇的质量比为2:3。
本发明的另一个目的是提供上述高强高导电易切削C97合金材料的制备方法，其包括以下步骤：
(1)熔炼：按除去R元素的各原料含量要求，将各原料加入熔炼炉中，在木炭保护条件下，升温至1250～1350℃，使所有组分熔融形成合金熔液，待熔液澄清后，加入稀土合金R，保温10～14min，用水冷浇铸成锭，保证铸锭表面光滑，无气孔；
(2)挤压：采用800卧式挤压机对步骤(1)所得铸锭进行挤压，挤压工序按照如下进行：φ18.0—φ15—φ13.5—退火、酸洗—φ11—φ9.5—φ8.5—φ8.0—退火、酸洗—φ6.0—φ5.0—退火、酸洗—φ4.0—φ3.2—固溶、时效—φ2.5—φ2.0—校直定尺；
(3)对步骤(2)所得样品进行物理性能和机械加工性能检测，然后将成品包装入库。
通过上述制备工艺，本发明能够很好制备出性能优良的C97合金材料，且通过各段挤压，能够制备出任何尺寸的合金材料，应当理解的是，本发明方法下所得合金材料的尺寸得以很好控制，能够制备出长度达1m以上、细度较细的C97合金，而现有的工艺难以在如此细度下制备出性能良好的长达1m以上的C97合金。
进一步的是，步骤(2)中所述退火工艺均为：退火温度550±10℃，保温时间60min，保温时间到后出炉空冷。
进一步的是，所述酸洗为将挤压后所得坯锭置于浓度为15～20％的硫酸槽内酸洗，洗去表面上的氧化层。
进一步的是，步骤(2)中所述固溶、时效处理为固溶温度750℃±10℃，保温时间30min，保温时间到水冷；时效温度450℃，保温时间60min，保温时间到后空冷至室温。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明通过在C97合金中添加稀土合金，并通过调整各元素的组成和占比，获得了在原有基础上对C97合金抗拉强度、导电性能和切削性能显著提升的效果，能够更好地满足于其应用在电子连接器部件领域。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行具体描述，有必要指出的是，以下实施例仅仅用于对本发明进行解释和说明，并不用于限定本发明。本领域技术人员根据上述发明内容所做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
实施例1
一种高强高导电易切削C97合金材料，该合金材料的元素组成按重量百分比计，为：Ni 0.55％、Pb 0.85％、P 0.25％，R 0.10％，余量为铜以及以下不可避免的杂质：Fe0.025％、Sn 0.030％、Cd0.035％、Zn 0.210％，其中，所述R为稀土合金中的镧系元素(镧与铈按质量比1:1组成)。
上述高强高导电易切削C97合金材料的制备方法包括以下步骤：
(1)熔炼：按除去R元素的各原料含量要求，将各原料加入熔炼炉中，在木炭保护条件下，升温至1250℃，使所有组分熔融形成合金熔液，待熔液澄清后，加入稀土合金R，保温10min，用水冷浇铸成锭，保证铸锭表面光滑，无气孔；
(2)挤压：采用800卧式挤压机对步骤(1)所得铸锭进行挤压，挤压工序按照如下进行：φ18.0—φ15—φ13.5—退火、酸洗—φ11—φ9.5—φ8.5—φ8.0—退火、酸洗—φ6.0—φ5.0—退火、酸洗—φ4.0—φ3.2—固溶、时效—φ2.5—φ2.0—校直定尺；
(3)对步骤(2)所得样品进行物理性能和机械加工性能检测，然后将成品包装入库。
其中，退火工艺均为：退火温度550℃，保温时间60min，保温时间到后出炉空冷。酸洗为将挤压后所得坯锭置于浓度为15％的硫酸槽内酸洗，洗去表面上的氧化层。固溶和时效处理步骤为：固溶温度750℃℃，保温时间30min，保温时间到水冷；时效温度450℃，保温时间60min，保温时间到后空冷至室温。
对所得C97合金相关物理性能进行检测，每批各十个试样。其中：外形尺寸应用相应精度的测量工具进行测量，金属材料拉伸试验参照标准GB/T228，金属材料弯曲试验按照标准GB/T232、硬度包括洛氏硬度和维氏硬度测定，电导率的检测方法按金属材料电阻系数测量方法GB/T351标准的规定进行检测。
实施例2
一种高强高导电易切削C97合金材料，该合金材料的元素组成按重量百分比计，为：Ni 1.15％、Pb 1.35％、P 0.35％，R 0.20％，余量为铜以及以下不可避免的杂质：Fe0.022％、Sn 0.028％、Cd0.032％、Zn 0.210％，其中，所述R为稀土合金中的元素组成为：钪和钇的质量比为1:2。
上述高强高导电易切削C97合金材料的制备方法包括以下步骤：
(1)熔炼：按除去R元素的各原料含量要求，将各原料加入熔炼炉中，在木炭保护条件下，升温至1350℃，使所有组分熔融形成合金熔液，待熔液澄清后，加入稀土合金R，保温14min，用水冷浇铸成锭，保证铸锭表面光滑，无气孔；
(2)挤压：采用800卧式挤压机对步骤(1)所得铸锭进行挤压，挤压工序按照如下进行：φ18.0—φ15—φ13.5—退火、酸洗—φ11—φ9.5—φ8.5—φ8.0—退火、酸洗—φ6.0—φ5.0—退火、酸洗—φ4.0—φ3.2—固溶、时效—φ2.5—φ2.0—校直定尺；
(3)对步骤(2)所得样品进行物理性能和机械加工性能检测，然后将成品包装入库。
其中，退火工艺均为：退火温度560℃，保温时间60min，保温时间到后出炉空冷。酸洗为将挤压后所得坯锭置于浓度为20％的硫酸槽内酸洗，洗去表面上的氧化层。固溶和时效处理步骤为：固溶温度760℃，保温时间30min，保温时间到水冷；时效温度450℃，保温时间60min，保温时间到后空冷至室温。
性能检测方法参照实施例1。
实施例3
一种高强高导电易切削C97合金材料，该合金材料的元素组成按重量百分比计，为：Ni 0.58％、Pb 1.32％、P 0.28％，R 0.15％，余量为铜以及以下不可避免的杂质：Fe0.021％、Sn 0.028％、Cd0.031％、Zn 0.210％，其中，所述R为稀土合金的元素组成为：钪和钇的质量比为2:3。
上述高强高导电易切削C97合金材料的制备方法包括以下步骤：
(1)熔炼：按除去R元素的各原料含量要求，将各原料加入熔炼炉中，在木炭保护条件下，升温至1280℃，使所有组分熔融形成合金熔液，待熔液澄清后，加入稀土合金R，保温12min，用水冷浇铸成锭，保证铸锭表面光滑，无气孔；
(2)挤压：采用800卧式挤压机对步骤(1)所得铸锭进行挤压，挤压工序按照如下进行：φ18.0—φ15—φ13.5—退火、酸洗—φ11—φ9.5—φ8.5—φ8.0—退火、酸洗—φ6.0—φ5.0—退火、酸洗—φ4.0—φ3.2—固溶、时效—φ2.5—φ2.0—校直定尺；
(3)对步骤(2)所得样品进行物理性能和机械加工性能检测，然后将成品包装入库。
其中，退火工艺均为：退火温度540℃，保温时间60min，保温时间到后出炉空冷。酸洗为将挤压后所得坯锭置于浓度为18％的硫酸槽内酸洗，洗去表面上的氧化层。固溶和时效处理步骤为：固溶温度740℃，保温时间30min，保温时间到水冷；时效温度450℃，保温时间60min，保温时间到后空冷至室温。
性能检测方法参照实施例1。
测试例
按照上述测试方法，统计实施例1-3中所得C97合金的性能如表1和表2所示：
表1 C97棒材的物理性能
表2 C97合金的切削加工性能％
| 实施例1 | 82 |
| 实施例2 | 84 |
| 实施例3 | 88 |
Claims (10)
1.一种高强高导电易切削C97合金材料，其特征在于，所述合金材料的元素组成按重量百分比计，为：Ni 0.55～1.15％、Pb0.85～1.35％、P 0.25～0.35％，R 0.10～0.20％，余量为铜及不可避免的杂质，其中，所述R为稀土合金。
2.根据权利要求1所述的高强高导电易切削C97合金材料，其特征在于，所述不可避免的杂质为：Fe≤0.025％、Sn≤0.030％、Cd≤0.035％、Zn≤0.210％。
3.根据权利要求2所述的高强高导电易切削C97合金材料，其特征在于，所述合金材料的元素组成按重量百分比计，为：Ni 0.58％、Pb 1.32％、P 0.28％，R 0.15％，余量为铜及不可避免的杂质。
4.根据权利要求3所述的高强高导电易切削C97合金材料，其特征在于，所述稀土合金包括镧系元素以及钪或钇中的至少两种。
5.根据权利要求4所述的高强高导电易切削C97合金材料，其特征在于，所述稀土合金为钪和钇的混合物，其中钪和钇的质量比为1～2:2～3。
6.根据权利要求5所述的高强高导电易切削C97合金材料，其特征在于，所述稀土合金中钪和钇的质量比为2:3。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的高强高导电易切削C97合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)熔炼：按除去R元素的各原料含量要求，将各原料加入熔炼炉中，在木炭保护条件下，升温至1250～1350℃，使所有组分熔融形成合金熔液，待熔液澄清后，加入稀土合金R，保温10～14min，用水冷浇铸成锭，保证铸锭表面光滑，无气孔；
(2)挤压：采用800卧式挤压机对步骤(1)所得铸锭进行挤压，挤压工序按照如下进行：φ18.0—φ15—φ13.5—退火、酸洗—φ11—φ9.5—φ8.5—φ8.0—退火、酸洗—φ6.0—φ5.0—退火、酸洗—φ4.0—φ3.2—固溶、时效—φ2.5—φ2.0—校直定尺；
(3)对步骤(2)所得样品进行物理性能和机械加工性能检测，然后将成品包装入库。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述退火工艺均为：退火温度550±10℃，保温时间60min，保温时间到后出炉空冷。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述酸洗为将挤压后所得坯锭置于浓度为15～20％的硫酸槽内酸洗，洗去表面上的氧化层。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述固溶、时效处理为固溶温度750℃±10℃，保温时间30min，保温时间到水冷；时效温度450℃，保温时间60min，保温时间到后空冷至室温。
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