CN110747362B - 一种铜合金异型带材控温铸型连铸直接成形工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铜合金异型带材控温铸型连铸直接成形工艺，包括以下步骤：配料：称取无氧铜、硅、锰、锡、锌、钛、钼、钴、钨、钇、纳米耐磨粒子、过渡金属，进行混合得到混合配料；铜合金异型带材控温铸型连铸温度场模拟：采用ProE软件建立包含熔炼坩埚、铸型、异型带材和水冷铜套在内的三维几何模型，通过ProCast软件对模型进行网格划分及异型带材连铸的稳态温度场进行模拟计算；采用控温铸型连铸技术制备铜合金异型带材，通过控制连铸过程中的温度梯度、凝固速度、连铸速度及铸型温度来调控组织结构和表面质量。本发明的工艺流程短，生产成本低，产品表面质量好，性能优异。

Description

一种铜合金异型带材控温铸型连铸直接成形工艺
技术领域
本发明涉及连铸技术领域，特别是涉及一种铜合金异型带材控温铸型连铸直接成形工艺。
背景技术
铜合金异型带材加工在我国是一个新型产业，市场潜力大，发展前景广阔。随着电子工业的迅速发展，集成电路对铜合金异型带材制备技术提出了更高的要求。目前铜合金异型带材主要采用以下三种传统方法生产：一是采用“半连续铸坯-均匀化退火-热轧-固溶淬火-带坯铣面-冷中轧-退火-精轧-时效”工艺；二是“上引连铸杆坯-连续挤压-粗轧-退火-中轧-退火-精轧-时效”工艺；三是“连铸带坯-冷轧-中间退火”工艺，其中还包括了扒皮、酸洗等工序，这些方法存在铸坯组织不均匀，具有横向的柱状晶组织，气孔缺陷较多，工艺流程长，成材率低，成本高及产品性能难以满足使用要求等一系列问题。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种铜合金异型带材控温铸型连铸直接成形工艺，工艺流程短，生产成本低，制备性能优异、尺寸精度高、致密度高、具有柱状晶组织、力学性能及导电性能良好的高性能铜合金异型材料。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种铜合金异型带材控温铸型连铸直接成形工艺，包括以下步骤：（1）配料：称取无氧铜68~75份、硅2.5~4.5份、锰5~7份、锡1~3份、锌5~15份、钛3~8份、钼0.5~1份、钴0.1~0.5份、钨0.01~0.05份、钇0.02~0.08份、纳米耐磨粒子0.01~0.05份、过渡金属0.03~0.09份，进行混合得到混合配料；
（2）铜合金异型带材控温铸型连铸温度场模拟：采用 ProE 软件建立包含熔炼坩埚、铸型、异型带材和水冷铜套在内的三维几何模型，通过 ProCast 软件对模型进行网格划分及异型带材连铸的稳态温度场进行模拟计算；
（3）采用控温铸型连铸技术制备铜合金异型带材，通过控制连铸过程中的温度梯度、凝固速度、连铸速度及铸型温度来调控组织结构和表面质量。
在本发明一个较佳实施例中，所述的纳米耐磨粒子为纳米碳化硅颗粒。
在本发明一个较佳实施例中，所述的过渡金属为铼。
在本发明一个较佳实施例中，所述的纳米碳化硅颗粒的粒径为50~200nm。
在本发明一个较佳实施例中，步骤（2）中模拟计算：分析异型带材控温铸型连铸过程中的温度场和传热行为，获得控温铸型结构、温度梯度、凝固速度、连铸速度及铸型温度对铜合金异型带材凝固时温度场影响规律，优化控温铸型连铸制备铜合金异型带材的工艺参数。
在本发明一个较佳实施例中，连铸速度为100~400mm/min，铸型温度为1100~1300℃。
在本发明一个较佳实施例中，凝固速度为600~800℃。
在本发明一个较佳实施例中，铸型时升温是以10℃/min 和25℃/min 之间的温度梯度进行的。
在本发明一个较佳实施例中，凝固时降温是以10℃/min 和1℃/min之间的温度梯度进行。
本发明的有益效果是：
（1）本发明的工艺流程短，生产成本低：采用控温铸型连铸技术直接制备铜合金异型带材能够减少传统带坯制备过程中的热轧和挤压工序，减少了后续加工工序，显著缩短铜合金异型带材制备工艺流程；并且，连铸及冷轧设备简单，投资较小，有利于降低生产成本。
（2）本发明的产品表面质量好，性能优异：采用控温铸型连铸技术直接制备铜合金异型带材能够改善铸坯组织不均匀现象，消除带坯表面缺陷，制备性能优异、尺寸精度高、致密度高、具有柱状晶组织、力学性能及导电性能良好的高性能铜合金异型材料。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种铜合金异型带材控温铸型连铸直接成形工艺，包括以下步骤：
（1）配料：称取无氧铜68份、硅2.5份、锰5份、锡1份、锌5份、钛3份、钼0.5份、钴0.1份、钨0.01份、钇0.02份、粒径为130nm的纳米碳化硅颗粒0.01份、铼0.03份，进行混合得到混合配料；
（2）铜合金异型带材控温铸型连铸温度场模拟：采用 ProE 软件建立包含熔炼坩埚、铸型、异型带材和水冷铜套在内的三维几何模型，通过 ProCast 软件对模型进行网格划分及异型带材连铸的稳态温度场进行模拟计算，分析异型带材控温铸型连铸过程中的温度场和传热行为，获得控温铸型结构、温度梯度、凝固速度、连铸速度及铸型温度对铜合金异型带材凝固时温度场影响规律，优化控温铸型连铸制备铜合金异型带材的工艺参数；
（3）采用控温铸型连铸技术制备铜合金异型带材，通过控制连铸过程中的温度梯度、凝固速度、连铸速度及铸型温度来调控组织结构和表面质量；
连铸速度为100mm/min，铸型温度为1100℃，铸型时升温是以10℃/min的温度梯度进行的，凝固速度为600℃，凝固时降温是以1℃/min的温度梯度进行。
实施例2
一种铜合金异型带材控温铸型连铸直接成形工艺，包括以下步骤：
（1）配料：称取无氧铜72份、硅3份、锰6份、锡2份、锌10份、钛5份、钼0.7份、钴0.3份、钨0.03份、钇0.06份、粒径为200nm的纳米碳化硅颗粒0.03份、铼0.06份，进行混合得到混合配料；
（2）铜合金异型带材控温铸型连铸温度场模拟：采用 ProE 软件建立包含熔炼坩埚、铸型、异型带材和水冷铜套在内的三维几何模型，通过 ProCast 软件对模型进行网格划分及异型带材连铸的稳态温度场进行模拟计算，分析异型带材控温铸型连铸过程中的温度场和传热行为，获得控温铸型结构、温度梯度、凝固速度、连铸速度及铸型温度对铜合金异型带材凝固时温度场影响规律，优化控温铸型连铸制备铜合金异型带材的工艺参数；
（3）采用控温铸型连铸技术制备铜合金异型带材，通过控制连铸过程中的温度梯度、凝固速度、连铸速度及铸型温度来调控组织结构和表面质量；
连铸速度为400mm/min，铸型温度为1300℃，铸型时升温是以25℃/min的温度梯度进行的，凝固速度为800℃，凝固时降温是以10℃/min的温度梯度进行。
实施例3
一种铜合金异型带材控温铸型连铸直接成形工艺，包括以下步骤：
（1）配料：称取无氧铜75份、硅4.5份、锰7份、锡3份、锌15份、钛8份、钼1份、钴0.5份、钨0.05份、钇0.08份、粒径为50nm的纳米碳化硅颗粒0.05份、铼0.09份，进行混合得到混合配料；
（2）铜合金异型带材控温铸型连铸温度场模拟：采用 ProE 软件建立包含熔炼坩埚、铸型、异型带材和水冷铜套在内的三维几何模型，通过 ProCast 软件对模型进行网格划分及异型带材连铸的稳态温度场进行模拟计算，分析异型带材控温铸型连铸过程中的温度场和传热行为，获得控温铸型结构、温度梯度、凝固速度、连铸速度及铸型温度对铜合金异型带材凝固时温度场影响规律，优化控温铸型连铸制备铜合金异型带材的工艺参数；
（3）采用控温铸型连铸技术制备铜合金异型带材，通过控制连铸过程中的温度梯度、凝固速度、连铸速度及铸型温度来调控组织结构和表面质量；
连铸速度为250mm/min，铸型温度为1200℃，铸型时升温是以12℃/min的温度梯度进行的，凝固速度为700℃，凝固时降温是以6℃/min的温度梯度进行。
本发明铜合金异型带材控温铸型连铸直接成形工艺的有益效果是：
本发明的工艺流程短，生产成本低：采用控温铸型连铸技术直接制备铜合金异型带材能够减少传统带坯制备过程中的热轧和挤压工序，减少了后续加工工序，显著缩短铜合金异型带材制备工艺流程；并且，连铸及冷轧设备简单，投资较小，有利于降低生产成本。本发明的产品表面质量好，性能优异：采用控温铸型连铸技术直接制备铜合金异型带材能够改善铸坯组织不均匀现象，消除带坯表面缺陷，制备性能优异、尺寸精度高、致密度高、具有柱状晶组织、力学性能及导电性能良好的高性能铜合金异型材料。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种铜合金异型带材控温铸型连铸直接成形工艺，其特征在于，包括以下步骤：
（1）配料：称取无氧铜68~75份、硅2.5~4.5份、锰5~7份、锡1~3份、锌5~15份、钛3~8份、钼0.5~1份、钴0.1~0.5份、钨0.01~0.05份、钇0.02~0.08份、纳米耐磨粒子0.01~0.05份、铼0.03~0.09份，进行混合得到混合配料；
（2）铜合金异型带材控温铸型连铸温度场模拟：采用 ProE 软件建立包含熔炼坩埚、铸型、异型带材和水冷铜套在内的三维几何模型，通过 ProCast 软件对模型进行网格划分及异型带材连铸的稳态温度场进行模拟计算，模拟计算：分析异型带材控温铸型连铸过程中的温度场和传热行为，获得控温铸型结构、温度梯度、凝固速度、连铸速度及铸型温度对铜合金异型带材凝固时温度场影响规律，优化控温铸型连铸制备铜合金异型带材的工艺参数；
（3）采用控温铸型连铸技术制备铜合金异型带材，通过控制连铸过程中的温度梯度、凝固速度、连铸速度及铸型温度来调控组织结构和表面质量。
2.根据权利要求1所述的铜合金异型带材控温铸型连铸直接成形工艺，其特征在于，所述的纳米耐磨粒子为纳米碳化硅颗粒。
3.根据权利要求2所述的铜合金异型带材控温铸型连铸直接成形工艺，其特征在于，所述的纳米碳化硅颗粒的粒径为50~200nm。
4.根据权利要求1所述的铜合金异型带材控温铸型连铸直接成形工艺，其特征在于，连铸速度为100~400mm/min，铸型温度为1100~1300℃。
5.根据权利要求1所述的铜合金异型带材控温铸型连铸直接成形工艺，其特征在于，铸型时升温是以10℃/min 和25℃/min 之间的温度梯度进行的。
6.根据权利要求1所述的铜合金异型带材控温铸型连铸直接成形工艺，其特征在于，凝固时降温是以10℃/min 和1℃/min之间的温度梯度进行。
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