CN112159911B - 一种高强度高导电耐疲劳铜合金及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及有色金属加工技术领域，具体涉及一种高强度高导电耐疲劳铜合金及其制备方法和应用。本发明提供的高强度高导电耐疲劳铜合金通过各合金元素间的协同作用对铜合金成分和微观组织进行调控，获得了拥有多种微纳尺度弥散分布的析出相、且析出相尺寸细小均匀和疲劳性能优异的铜镁系合金，相对于传统铜镁合金，本发明的铜合金具有更高的强度、导电率和耐疲劳性能。

Description

一种高强度高导电耐疲劳铜合金及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及有色金属加工技术领域，具体涉及一种高强度高导电耐疲劳铜合金及其制备方法和应用。

背景技术

高强度高导电铜合金凭借其优异的力学性能和物理性能在电气化铁路接触网系统中得到了广泛应用，是一种重要的有色金属结构功能一体化材料。目前电气化铁路接触网系统铜合金材料主要有Cu-Ag、Cu-Sn、Cu-Mg和Cu-Cr-Zr等。Cu-Ag和Cu-Sn导电性较好，但强度和抗高温性能较差。Cu-Cr-Zr合金是一种强度和导电性均优异的合金材料，是接触网系统里各部件的理想材料，但由于Zr元素在大气环境下容易氧化，造成合金铸锭成分不均匀，严重影响材料部件的使用寿命和可靠性。因此，Cu-Mg合金是目前高铁接触网系统里面接触线、承力索和吊弦的主要材料，其材料指标要求抗拉强度大于620MPa，导电率大于65％IACS。随着高速铁路的速度提升和各地区环境差异较大，对合金材料的强度、导电性能，尤其材料的疲劳性能提出了更高的要求。在实际的使用过程发现，目前使用的吊弦常常因为材料发生了疲劳失效使吊弦发生断裂，影响高速铁路的正常运作。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种高强度高导电耐疲劳铜合金及其制备方法和应用，由本发明提供的高强度高导电耐疲劳铜合金拥有多种微纳尺度弥散分布的析出相、且析出相尺寸均匀细小，具有更高的强度、导电率和耐疲劳性能。

为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供了一种高强度高导电耐疲劳铜合金，包括以下质量百分比的元素组分：Mg0.2～0.5％、微合金元素0.05～0.12％和余量的Cu；

所述微合金元素包括Cr和/或Zr；

当所述微合金元素包括Cr或Zr时，所述微合金元素还包括Nd或B；

按体积百分比计，所述高强度高导电耐疲劳铜合金包括以下织构组织：

<100>织构组织15～20％；

<110>织构组织15～35％；

<111>织构组织25～35％；

<112>织构组织10～30％；

所述高强度高导电耐疲劳铜合金包括Cr相和/或Cu₅Zr相；

所述Cr相的粒径为200～500nm，析出密度为1×10¹⁰～5×10¹⁰m^-3；

所述Cu₅Zr相的粒径为20～50nm，析出密度为5×10¹¹～1×10¹²m^-3。

优选的，当所述微合金元素包括Cr时，所述Cr的质量百分比为0.02～0.1％；

当所述微合金元素包括Zr时，所述Zr的质量百分比为0.02～0.1％；

当所述微合金元素包括Nd时，所述Nd的质量百分比为0.02～0.1％；

当所述微合金元素包括B时，所述B的质量百分比为0.02～0.1％。

本发明提供了上述技术方案所述的高强度高导电耐疲劳铜合金的制备方法，包括以下步骤：

按照上述合金元素配比，将合金原料进行熔炼和铸造，得到铜合金铸锭；

将所述铜合金铸锭依次进行连续挤压、一次拉拔、中间退火处理、二次拉拔和连续退火处理，得到所述高强度高导电耐疲劳铜合金。

优选的，所述熔炼在空气气氛下进行；

所述熔炼的温度为1200～1250℃；

所述铸造在氩气气氛下进行，所述铸造的温度为1150～1200℃。

优选的，所述连续挤压的温度为400～600℃，挤压速度为6～10r/min，挤压道次为1～5次，挤压比为1～3。

优选的，所述一次拉拔的总加工率为60～90％。

优选的，所述中间退火处理的退火温度为400～600℃，退火时间为2～6h。

优选的，所述二次拉拔的总加工率为60～80％。

优选的，所述连续退火处理在氢气气氛下进行；

所述连续退火处理的温度为200～400℃，速度为2～5cm/s。

本发明还提供了上述技术方案所述的高强度高导电耐疲劳铜合金或上述技术方案所述的制备方法制备得到的高强度高导电耐疲劳铜合金在铁路系统、5G通讯、航天航空或智能终端中的应用。

为了实现上述目的，本发明提供了一种高强度高导电耐疲劳铜合金，包括以下质量百分比的组分：Mg0.2～0.5％、微合金元素0.05～0.12％和余量的Cu；所述微合金元素包括Cr和/或Zr；当所述微合金元素包括Cr或Zr时，所述微合金元素还包括Nd或B；按体积百分比计，所述高强度高导电耐疲劳铜合金包括以下织构组织：<100>织构组织15～20％；<110>织构组织15～35％；<111>织构组织25～35％；<112>织构组织10～30％；所述高强度高导电耐疲劳铜合金包括Cr相和/或Cu₅Zr相；所述Cr相的粒径为200～500nm，析出密度为1×10¹⁰～5×10¹⁰m^-3；所述Cu₅Zr相的粒径为20～50nm，析出密度为5×10¹¹～1×10¹²m^-3。本发明提供的高强度高导电耐疲劳铜合金通过各合金元素间的协同作用对铜合金成分和微观组织进行调控，获得了拥有多种微纳尺度弥散分布的析出相、且析出相尺寸细小均匀、疲劳性能优异的铜镁系合金。由实施例的结果可知，本发明提供的高强度高导电耐疲劳铜合金的抗拉强度σ_b为650～750MPa，塑性延伸率δ为1～5％，导电率为70～80％IACS，单线扭转至断裂圈数为40～80圈，反复弯曲至断开的次数为40～80次，相对于传统铜镁合金，本发明的铜镁系合金具有多种微纳尺度弥散分布的析出相且析出相尺寸细小均匀，具有更高的强度、导电率和耐疲劳性能，可以满足高铁、5G通讯、航空航天、智能终端等高端领域对高强度高导电耐疲劳铜合金材料的使用需求。

附图说明

图1为实施例1制备得到的高强度高导电耐疲劳铜合金的TEM照片。

具体实施方式

本发明提供了一种高强度高导电耐疲劳铜合金，包括以下质量百分比的元素组分：Mg 0.2～0.5％、微合金元素0.05～0.12％和余量的Cu；

所述微合金元素包括Cr和/或Zr；

当所述微合金元素包括Cr或Zr时，所述微合金元素还包括Nd或B；

按体积百分比计，所述高强度高导电耐疲劳铜合金包括以下织构组织：

<100>织构组织15～20％；

<110>织构组织15～35％；

<111>织构组织25～35％；

<112>织构组织10～30％；

所述高强度高导电耐疲劳铜合金包括Cr相和/或Cu₅Zr相；

所述Cr相的粒径为200～500nm，析出密度为1×10¹⁰～5×10¹⁰m^-3；

所述Cu₅Zr相的粒径为20～50nm，析出密度为5×10¹¹～1×10¹²m^-3。

按质量含量计，本发明提供的高强度高导电耐疲劳铜合金，包括Mg0.2～0.5％，优选为0.35～0.4％。

按元素质量含量计，本发明提供的高强度高导电耐疲劳铜合金，包括微合金元素0.05～0.12％，优选为0.06～0.10％。在本发明中，所述微合金元素包括Cr和/或Zr；当所述微合金元素包括Cr或Zr时，所述微合金元素还包括Nd或B。在本发明中，当所述微合金元素优选包括Cr时，所述Cr的质量百分比优选为0.02～0.1％，进一步优选为0.04～0.08％；当所述微合金元素优选包括Zr时，所述Zr的质量百分比优选为0.02～0.1％，进一步优选为0.04～0.08％；当所述微合金元素优选包括Nd时，所述Nd的质量百分比为0.02～0.1％，进一步优选为0.04～0.08％；当所述微合金元素优选包括B时，所述B的质量百分比为0.02～0.1％，进一步优选为0.04～0.08％。在本发明中，所述微合金元素的质量百分比之和优选为0.05～0.12％，进一步优选为0.06～0.10％。

在本发明的具体实施例中，当所述微合金元素包括Cr和Zr时，所述高强度高导电耐疲劳铜合金的析出相包括Cr相和Cu₅Zr相，当所述微合金元素包括Cr和Nd时，所述高强度高导电耐疲劳铜合金的析出相包括Cr相，当所述微合金元素包括Cr和B时，所述高强度高导电耐疲劳铜合金的析出相包括Cr相，当所述微合金元素包括Nd和Zr时，所述高强度高导电耐疲劳铜合金的析出相包括Cu₅Zr相，当所述微合金元素包括B和Zr时，所述高强度高导电耐疲劳铜合金的析出相包括Cu₅Zr相。

在本发明中，Nd和B元素的作用为调控析出相的具体形态特征同时抑制析出相的长大。

按元素质量含量计，本发明提供的高强度高导电耐疲劳铜合金，还包括余量的Cu。

按体积百分比计，本发明提供的高强度高导电耐疲劳铜合金，包括<100>织构组织15～20％，优选为16～18.5％。

按体积百分比计，本发明提供的高强度高导电耐疲劳铜合金，包括<110>织构组织15～35％，优选为20～30％。

按体积百分比计，本发明提供的高强度高导电耐疲劳铜合金，包括<111>织构组织25～35％，优选为28～32％。

按体积百分比计，本发明提供的高强度高导电耐疲劳铜合金，包括<112>织构组织10～30％，优选为15～25％。

当所述微合金元素包括Cr时，本发明提供的高性能铜基弹性合金横向和纵向截面上包括Cr相，所述Cr相的粒径为200～500nm，优选为250～450nm；析出密度为1×10¹⁰～5×10¹⁰m^-3，优选为2×10¹⁰～4.5×10¹⁰m^-3。在本发明中，所述Cr相优选为体心立方结构的球形。

当所述微合金元素包括Zr时，本发明提供的高性能铜基弹性合金横向和纵向截面上包括Cu₅Zr相，所述Cu₅Zr相的粒径为20～50nm，优选为25～45nm；析出密度为5×10¹¹～1×10¹²m^-3，优选为6×10¹¹～8×10¹¹m^-3。在本发明中，所述Cu₅Zr相优选为面心立方结构的圆盘状。

当所述微合金元素包括Cr和Zr时，本发明提供的高性能铜基弹性合金横向和纵向截面上包括Cr相和Cu₅Zr相，所述Cr相的粒径为200～500nm，优选为250～450nm；析出密度为1×10¹⁰～5×10¹⁰m^-3，优选为2×10¹⁰～4.5×10¹⁰m^-3。在本发明中，所述Cr相优选为体心立方结构的球形；所述Cu₅Zr相的粒径为20～50nm，优选为25～45nm；析出密度为5×10¹¹～1×10¹²m^-3，优选为6×10¹¹～8×10¹¹m^-3。在本发明中，所述Cu₅Zr相优选为面心立方结构的圆盘状。

本发明提供的高强度高导电耐疲劳铜合金具有多种微纳尺度弥散分布的析出相、且析出相的组织均匀细小，具有更高的强度、导电率和耐疲劳性能，可以满足高铁、5G通讯、航空航天、智能终端等高端领域对高强度高导电耐疲劳铜合金材料的使用需求。

本发明提供了上述技术方案所述的高强度高导电耐疲劳铜合金的制备方法，包括以下步骤：

按照上述合金元素配比，将合金原料进行熔炼和铸造，得到铜合金铸锭；

将所述铜合金铸锭依次进行连续挤压、一次拉拔、中间退火处理、二次拉拔和连续退火处理，得到所述高强度高导电耐疲劳铜合金。

在本发明中，若无特殊说明，所有原料组分均为本领域技术人员熟知的市售产品。

本发明按照上述合金元素配比，将合金原料进行熔炼和铸造，得到铜合金铸锭。

本发明对所述合金原料的来源没有特殊要求，采用市售产品即可。在本发明的具体实施方式中，所述合金原料优选为电解铜、纯镁和微合金源。所述微合金源优选包括铜铬中间合金、铜锆中间合金、铜硼中间合金或铜钕中间合金。在本发明中，所述电解铜和纯镁的纯度独立的优选为99.95％。本发明对所述铜铬中间合金、铜锆中间合金、铜硼中间合金和铜钕中间合金的种类没有特殊要求，采用市售产品即可。

在所述熔炼的过程中，本发明对所述合金原料的投料顺序没有特殊要求，在本发明的具体实施方式中，所述合金原料的投料顺序优选为：

将所述电解铜加入中频感应炉中熔化，得到铜液；

向所述铜液中添加铜铬中间合金、铜锆中间合金、铜硼中间合金或铜钕中间合金后熔化，得到中间合金液；

向所述中间合金液中依次加入纯镁、复合覆盖剂和木炭后熔化，得到终合金液。

本发明最所述复合覆盖剂的种类、来源和用量没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的复合覆盖剂和覆盖剂用量即可。

在本发明中，所述木炭为灼烧的木炭，所述灼烧的木炭的温度优选为300～400℃。

本发明按照上述合金元素配比，将合金原料进行熔炼和铸造，得到铜合金铸锭。在本发明中，所述熔炼优选在空气气氛下进行，所述熔炼的温度优选为1200～1250℃；在本发明中，所述熔炼的过程中优选在搅拌的条件下进行，本发明对搅拌速率无特殊要求，只要能够进行搅拌即可。本发明对所述熔炼的设备没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的设备即可，在本发明的实施例中，所述熔炼设备为中频感应炉。

在本发明中，所述铸造优选在氩气气氛下进行，所述铸造的温度优选为1150～1200℃；达到铸造温度后，本发明优选保温20min后进行铸造。

在本发明中，所述铸造的方式优选为上引连续铸造，所述铸造后得到的铜合金铸锭优选为铜合金杆，所述铜合金杆的直径优选为16～28mm。在本发明中，所述上引连续铸造的上引节距优选为2～5mm，结晶器插入铜液深度优选为80～100mm，上引速度优选为300～400mm/min，连铸停-拉比率优选为50～60％。

得到铜合金铸锭后，本发明将所述铜合金铸锭依次进行连续挤压、一次拉拔、中间退火处理、二次拉拔和连续退火处理，得到所述高强度高导电耐疲劳铜合金。在本发明中，所述连续挤压的温度优选为400～600℃，进一步优选为450～550℃；挤压速度为6～10r/min，进一步优选为6.5～8r/min，挤压道次优选为1～5次，进一步优选为2～4次，挤压比优选为1～3。在本发明中，所述连续挤压优选在连续挤压机中进行。在本发明中，所述连续挤压完成后优选进行冷却，所述冷却的方式优选为水-乙醇混合溶液冷却，在本发明中，所述水-乙醇混合溶液中水和乙醇的质量配比优选为为1:4。本发明优选通过连续挤压得到铜合金棒，所述铜合金棒的直径优选为16～20mm，进一步优选为18～19mm。

在本发明中，所述连续挤压的作用为细化铜合金的晶粒，同时在铜合金中动态析出纳米级强化相，纳米级强化相包括Cr相和/或Cu₅Zr相。

得到所述铜合金棒后，本发明对所述铜合金棒进行一次拉拔，所述一次拉拔的总加工率优选为60～90％，进一步优选为65～80％。在本发明中，所述一次拉拔后优选得到铜合金线。

在本发明中，所述一次拉拔的作用为冷塑性变形，增加铜合金缺陷，提高铜合金的强度。

在本发明中，所述中间退火处理的退火温度优选为400～600℃，进一步优选为450～550℃，退火时间优选为2～6h，进一步优选为3～5h。

在本发明中，所述中间退火的作用为消除铜合金的加工硬化，增加铜合金的塑性。

中间退火后，本发明对铜合金线进行二次拉拔，所述二次拉拔的总加工率优选为60～80％，进一步优选为65～75％。

在本发明中，所述二次拉拔的作用为冷塑性变形，增加铜合金缺陷，提高铜合金的强度。

在本发明中，所述连续退火处理优选在氢气气氛下进行；所述连续退火处理的温度优选为200～400℃，进一步优选为250～350℃，速度优选为2～5cm/s，进一步优选为2.5～4.5cm/s。

在本发明中，所述连续退火处理的作用为消除铜合金的加工硬化，增加铜合金的塑性。

本发明还提供了上述技术方案所述的高强度高导电耐疲劳铜合金或上述技术方案所述的制备方法制备得到的高强度高导电耐疲劳铜合金在铁路系统、5G通讯、航天航空或智能终端中的应用。

在本发明中，所述的高强度高导电耐疲劳铜合金具体应用于高铁接触网系统的接触线、承力索和吊弦。

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1

按照表1中实施例1的合金元素的质量配比，在中频感应炉中加入电解铜熔化后，再添加铜铬和铜锆中间合金，待以上材料熔化后，继续添加纯镁铸锭，加入复合覆盖剂后再添加灼烧的木炭，将温度升至1250℃，待熔体完全熔化后，通入氩气，再均匀搅拌，铸造温度控制在1200℃，保温20min后进行上引连续铸造成直径为28mm铜杆，其中上引节距为5mm，结晶器插入铜液深度为100mm，上引速度为300mm/min，连铸停-拉比率为60％，得到铜合金杆；

将上述铜合金杆放置在连续挤压机进行连续挤压，挤压机加热温度为400℃，挤压速度为6转/分钟，挤压道次为1次，挤压比为3，随后在水和乙醇混合液中进行冷却，水和乙醇的质量的比例为1:4，挤压后棒材的直径为16mm；

将上述连续挤压后的合金棒材进行一次拉拔，拉拔的总加工率为90％；

将上述一次拉拔后的线材进行中间退火处理，退火温度400℃，退火时间为6h；

将上述中间退火处理后的合金线材进行二次拉拔，拉拔的总加工率为80％；

将上述二次拉拔后的丝线材进行连续退火处理，退火温度为400℃，退火速度为5cm/s，采用氢气进行保护；得到高强度高导电耐疲劳铜合金。

图1为实施例1制备得到的高强度高导电耐疲劳铜合金的TEM照片。

实施例2

按照表1中实施例2的合金元素的质量配比，在中频感应炉中加入电解铜熔化后，再添加铜铬和铜锆中间合金，待以上材料熔化后，继续添加纯镁铸锭，加入复合覆盖剂后再添加灼烧的木炭，将温度升至1200℃，待熔体完全熔化后，通入氩气，再均匀搅拌，铸造温度控制在1150℃，保温20min后进行上引连续铸造成直径为20mm铜杆，其中上引节距为2mm，结晶器插入铜液深度为80mm，上引速度为400mm/min，连铸停-拉比率为50％得到铜合金杆；

将上述铜合金杆放置在连续挤压机进行连续挤压，挤压机加热温度为600℃，挤压速度为10转/分钟，挤压道次为5次，挤压比为1.0，随后进行水和乙醇混合液中进行冷却，水和乙醇的质量的比例为1:4，挤压后棒材的直径为20mm；

将上述连续挤压后的合金棒材进行一次拉拔，拉拔的总加工率为60％；

将上述一次拉拔后的线材进行中间退火处理，退火温度600℃，退火时间为2h；

将上述中间退火后的合金线材进行二次拉拔，拉拔的总加工率为80％；

将上述二次拉拔后的丝线材进行连续退火处理，退火温度为200℃，退火速度为2cm/s，采用氢气进行保护；得到高强度高导电耐疲劳铜合金。

实施例3

按照表1中实施例3的合金元素的质量配比，在中频感应炉中加入电解铜熔化后，再添加铜铬和铜锆中间合金，待以上材料熔化后，继续添加纯镁铸锭，加入复合覆盖剂后再添加灼烧的木炭，将温度升至1200℃，待熔体完全熔化后，通入氩气，再均匀搅拌，铸造温度控制在1165℃，保温20min后进行上引连续铸造成直径为20mm铜杆，其中上引节距为3mm，结晶器插入铜液深度为90mm，上引速度为350mm/min，连铸停-拉比率为50％，得到铜合金杆；

将上述铜合金杆放置在连续挤压机进行连续挤压，挤压机加热温度为500℃，挤压速度为8转/分钟，挤压道次为3次，挤压比为1.23，随后进行水和乙醇混合液中进行冷却，水和乙醇的质量的比例为1:4，挤压后棒材的直径为18mm；

将上述多道次挤压后的合金棒材进行一次拉拔，拉拔的总加工率为70％；

将上述一次拉拔后的线材进行中间退火处理，退火温度500℃，退火时间为4h；

将上述中间退火后的合金线材进行二次拉拔，拉拔的总加工率为80％；

将上述二次拉拔后的丝线材进行连续退火，退火温度为300℃，退火速度为4cm/s，采用氢气进行保护；得到高强度高导电耐疲劳铜合金。

实施例4

按照表1中实施例4的合金元素的质量配比，在中频感应炉中加入电解铜熔化后，再添加铜铬和铜钕中间合金，待以上材料熔化后，继续添加纯镁铸锭，加入复合覆盖剂后再添加灼烧的木炭，将温度升至1200℃，待熔体完全熔化后，通入氩气，再均匀搅拌，铸造温度控制在1150℃，保温20min后进行上引连续铸造成直径为20mm铜杆，其中上引节距为4mm，结晶器插入铜液深度为100mm，上引速度为400mm/min，连铸停-拉比率为60％，得到铜合金杆；

将上述铜合金杆放置在连续挤压机进行连续挤压，挤压机加热温度为550℃，挤压速度为7转/分钟，挤压道次为4次，挤压比为1，随后进行水和乙醇混合液中进行冷却，水和乙醇的质量的比例为1:4，挤压后棒材的直径为20mm；

将上述连续挤压后的合金棒材进行一次拉拔，拉拔的总加工率为80％；

将上述一次拉拔后的线材进行中间退火处理，退火温度600℃，退火时间为2h；

将上述中间退火后的合金线材进行二次拉拔，拉拔的总加工率为70％；

将上述多道次第二拉拔后的丝线材进行连续退火，退火温度为300℃，退火速度为4cm/s，采用氢气进行保护；得到高强度高导电耐疲劳铜合金。

实施例5

按照表1中实施例5的合金元素的质量配比，在中频感应炉中加入电解铜熔化后，再添加铜铬和铜锆中间合金，待以上材料熔化后，继续添加纯镁铸锭，加入复合覆盖剂后再添加灼烧的木炭，将温度升至1250℃，待熔体完全熔化后，通入氩气，再均匀搅拌，铸造温度控制在1150℃，保温20min后进行上引连续铸造成直径为25mm铜杆，其中上引节距为4mm，结晶器插入铜液深度为90mm，上引速度为350mm/min，连铸停-拉比率为60％，得到铜合金杆；

将上述铜合金杆放置在连续挤压机进行连续挤压，挤压机加热温度为450℃，挤压速度为8转/分钟，挤压道次为4次，挤压比为1.73，随后进行水和乙醇混合液中进行冷却，水和乙醇的质量的比例为1:4，挤压后棒材的直径为19mm；

将上述连续挤压后的合金棒材进行一次拉拔，拉拔的总加工率为70％；

将上述一次拉拔的线材进行中间退火处理，退火温度500℃，退火时间为6h；

将上述中间退火后的合金线材进行二次拉拔，拉拔的总加工率为80％；

将二次拉拔后的丝线材进行连续退火，退火温度为300℃，退火速度为5cm/s，采用氢气进行保护；得到高强度高导电耐疲劳铜合金。

实施例6

按照表1中实施例6的合金元素的质量配比，在中频感应炉中加入电解铜熔化后，再添加铜锆和铜钕中间合金，待以上材料熔化后，继续添加纯镁铸锭，加入复合覆盖剂后再添加灼烧的木炭，将温度升至1200℃，待熔体完全熔化后，通入氩气，再均匀搅拌，铸造温度控制在1170℃，保温20min后进行上引连续铸造成直径为24mm铜杆，其中上引节距为4mm，结晶器插入铜液深度为100mm，上引速度为400mm/min，连铸停-拉比率为55％，得到铜合金杆；

将上述铜合金杆放置在连续挤压机进行连续挤压，挤压机加热温度为500℃，挤压速度为8转/分钟，挤压道次为4次，挤压比为2.25，随后进行水和乙醇混合液中进行冷却，水和乙醇的质量的比例为1:4，挤压后棒材的直径为16mm，；

将上述连续挤压后的合金棒材进行一次拉拔，拉拔的总加工率为80％；

将上述一次拉拔后的线材进行中间退火处理，退火温度500℃，退火时间为4h；

将上述中间退火后的合金线材进行二次拉拔，拉拔的总加工率为60％；

将二次拉拔后的丝线材进行连续退火，退火温度为200℃，退火速度为5cm/s，采用氢气进行保护；得到高强度高导电耐疲劳铜合金。

实施例7

按照表1中实施例7的合金元素的质量配比，在中频感应炉中加入电解铜熔化后，再添加铜铬和铜硼中间合金，待以上材料熔化后，继续添加纯镁铸锭，加入复合覆盖剂后再添加灼烧的木炭，将温度升至1250℃，待熔体完全熔化后，通入氩气，再均匀搅拌，铸造温度控制在1170℃，保温20min后进行上引连续铸造成直径为28mm铜杆，其中上引节距为4mm，结晶器插入铜液深度为100mm，上引速度为400mm/min，连铸停-拉比率为60％，得到铜合金杆；

将上述铜合金杆放置在连续挤压机进行多道次挤压，挤压机加热温度为500℃，挤压速度为10转/分钟，挤压道次为5次，挤压比为1.96，随后进行水和乙醇混合液中进行冷却，水和乙醇的质量的比例为1:4，挤压后棒材的直径为20mm，；

将上述连续挤压后的合金棒材进行一次拉拔，拉拔的总加工率为90％；

将上述一次拉拔后的线材进行中间退火处理，退火温度600℃，退火时间为6h；

将上述中间退火后的合金线材进行二次拉拔，拉拔的总加工率为80％；

将上述二次拉拔后的丝线材进行连续退火，退火温度为400℃，退火速度为5cm/s，采用氢气进行保护；得到高强度高导电耐疲劳铜合金。

实施例8

按照表1中实施例8的合金元素的质量配比，在中频感应炉中加入电解铜熔化后，再添加铜锆和铜硼中间合金，待以上材料熔化后，继续添加纯镁铸锭，加入复合覆盖剂后再添加灼烧的木炭，将温度升至1250℃，待熔体完全熔化后，通入氩气，再均匀搅拌，铸造温度控制在1200℃，保温20min后进行上引连续铸造成直径为20mm铜杆，其中上引节距为3mm，结晶器插入铜液深度为80mm，上引速度为400mm/min，连铸停-拉比率为60％，得到铜合金杆；

将上述铜合金杆放置在连续挤压机进行多道次第一挤压，挤压机加热温度为500℃，挤压速度为10转/分钟，挤压道次为1次，，挤压比为1，随后进行水和乙醇混合液中进行冷却，水和乙醇的质量的比例为1:4，挤压后棒材的直径为20mm；

将上述连续挤压后的合金棒材进行一次拉拔，拉拔的总加工率为80％；

将上述一次拉拔后的线材进行中间退火处理，退火温度500℃，退火时间为6h。

将上述中间退火后的合金线材进行二次拉拔，拉拔的总加工率为80％；

将二次拉拔后的丝线材进行连续退火，退火温度为300℃，退火速度为5cm/s，采用氢气进行保护；得到高强度高导电耐疲劳铜合金。

实施例9

按照表1中实施例9的合金元素的质量配比，在中频感应炉中加入电解铜熔化后，再添加铜铬和铜硼中间合金，待以上材料熔化后，继续添加纯镁铸锭，加入复合覆盖剂后再添加灼烧的木炭，将温度升至1200℃，待熔体完全熔化后，通入氩气，再均匀搅拌，铸造温度控制在1200℃，保温20min后进行上引连续铸造成直径为20mm铜杆，其中上引节距为5mm，结晶器插入铜液深度为90mm，上引速度为400mm/min，连铸停-拉比率为50％，得到铜合金杆；

将上述铜合金杆放置在连续挤压机进行多道次挤压，挤压机加热温度为500℃，挤压速度为8转/分钟，挤压道次为3次，，挤压比为1，随后进行水和乙醇混合液中进行冷却，水和乙醇的质量的比例为1:4，挤压后棒材的直径为20mm；

将上述连续挤压后的合金棒材进行一次拉拔，拉拔的总加工率为70％；

将上述一次拉拔后的线材进行中间退火处理，退火温度500℃，退火时间为4h；

将上述中间退火后的合金线材进行二次拉拔，拉拔的总加工率为80％；

将二次拉拔后的丝线材进行连续退火，退火温度为300℃，退火速度为3cm/s，采用氢气进行保护；得到高强度高导电耐疲劳铜合金。

实施例10

按照表1中实施例10的合金元素的质量配比，在中频感应炉中加入电解铜熔化后，再添加铜铬和铜钕中间合金，待以上材料熔化后，继续添加纯镁铸锭，加入复合覆盖剂后再添加灼烧的木炭，将温度升至1200℃，待熔体完全熔化后，通入氩气，再均匀搅拌，铸造温度控制在1150℃，保温20min后进行上引连续铸造成直径为20mm铜杆，其中上引节距为5mm，结晶器插入铜液深度为100mm，上引速度为300mm/min，连铸停-拉比率为50％，得到铜合金杆；

将上述铜合金杆放置在连续挤压机进行多道次挤压，挤压机加热温度为550℃，挤压速度为8转/分钟，挤压道次为1次，，挤压比为1，随后进行水和乙醇混合液中进行冷却，水和乙醇的质量的比例为1:4，挤压后棒材的直径为20mm；

将上述连续挤压后的合金棒材进行一次拉拔，拉拔的总加工率为70％；

将上述一次拉拔后的线材进行中间退火处理，退火温度450℃，退火时间为6h；

将上述中间退火后的合金线材进行二次拉拔，拉拔的总加工率为80％；

将二次拉拔后的丝线材进行连续退火，退火温度为300℃，退火速度为4cm/s，采用氢气进行保护；得到高强度高导电耐疲劳铜合金。

表1实施例1～10的合金成分配方(wt％)

测试例

对实施例1～10所得的高强度高导电耐疲劳铜合金的组织和物理性能进行测试，其中拉强度、屈服强度和伸长率按照国家标准《GB/T228.1-2010金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》评测；导电率按照国家标准《GB/T351-1995金属材料电阻系数测量方法》评测；依据GB/T4909.4对单线扭转至断裂圈数进行测试，依据GB/T4909.5对反复弯曲至断开的次数进行测试，析出相析出密度可以TEM照片中观测区域的样品厚度，对单位体积中析出相数量密度进行测量；织构种类及体积分数可以通过对合金进行EBSD分析进行评测，结果如表2和表3所示。

表2实施例1～10的合金微观组织形态特征

表3实施例1～10的合金物理性能表

由表2和表3的数据可以得出，本发明提供的高强度高导电耐疲劳铜合金具有具有更高的强度、导电率和耐疲劳性能，可以满足高铁、5G通讯、航空航天、智能终端等高端领域对高强度高导电耐疲劳铜合金材料的使用需求。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种高强度高导电耐疲劳铜合金，为以下质量百分比的元素组分：Mg0.35～0.4％、微合金元素0.05～0.12％和余量的Cu；

所述微合金元素为Cr和Nd，或者所述微合金元素为Cr和B；

所述Cr的质量百分比为0.02～0.1％，当所述微合金元素包括Nd时，所述Nd的质量百分比为0.02～0.1％，当所述微合金元素包括B时，所述B的质量百分比为0.02～0.1％，

按体积百分比计，所述高强度高导电耐疲劳铜合金包括以下织构组织：

<100>织构组织15～20％；

<110>织构组织15～35％；

<111>织构组织25～35％；

<112>织构组织10～30％；

所述高强度高导电耐疲劳铜合金包括Cr相；

所述Cr相的粒径为200～500nm，析出密度为1×10¹⁰～5×10¹⁰m^-3；所述Cr相为体心立方结构的球形。

2.权利要求1所述的高强度高导电耐疲劳铜合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

按照上述合金元素配比，将合金原料进行熔炼和铸造，得到铜合金铸锭；

将所述铜合金铸锭依次进行连续挤压、一次拉拔、中间退火处理、二次拉拔和连续退火处理，得到所述高强度高导电耐疲劳铜合金。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述熔炼在空气气氛下进行；

所述熔炼的温度为1200～1250℃；

所述铸造在氩气气氛下进行，所述铸造的温度为1150～1200℃。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述连续挤压的温度为400～600℃，挤压速度为6～10r/min，挤压道次为1～5次，挤压比为1～3。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述一次拉拔的总加工率为60～90％。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述中间退火处理的退火温度为400～600℃，退火时间为2～6h。

7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述二次拉拔的总加工率为60～80％。

8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述连续退火处理在氢气气氛下进行；

所述连续退火处理的温度为200～400℃，速度为2～5cm/s。

9.权利要求1所述的高强度高导电耐疲劳铜合金或权利要求2～8任一项所述的制备方法制备得到的高强度高导电耐疲劳铜合金在铁路系统、5G通讯、航天航空或智能终端中的应用。

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