CN112831684A - 一种抗高温软化和应力松弛的易车削铍铜合金制备方法 - Google Patents

一种抗高温软化和应力松弛的易车削铍铜合金制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗高温软化和应力松弛的易车削铍铜合金制备方法，包括：铍Be 0.2～2.1wt.％，碲Te 0.1～0.7wt.％，Co+Ni>0.2wt.％，Co+Ni+Fe<0.7wt.％，杂质元素总和≤4wt.％，其余为Cu；制备方法为a.按照重量百分比进行配料、投料、熔炼及喷射沉积得到锭坯；b.将步骤a得到的锭坯依次通过均匀化热处理、热加工工艺、冷加工工艺及退火、固溶、时效热处理，制得铍铜合金。本申请比传统高铍铍铜合金的高温软化温度点提高75℃±10℃，比传统低铍合金的高温软化温度点提高90℃±10℃，其抗应力松弛性能比传统铍铜合金材料提高30％，扩大了铍铜材料运用的工况范围。

Description

一种抗高温软化和应力松弛的易车削铍铜合金制备方法
技术领域
本发明涉及一种合金的制备方法，尤其是一种抗高温软化和应力松弛的易车削铍铜合金制备方法。
背景技术
铍铜是以铍为基本合金元素的铜基合金材料，属于时效析出强化的铜基合金。该材料经固溶和时效热处理后，具有高的强度、硬度和弹性极限、弹性滞后小、稳定性好，并且具有耐疲劳、耐腐蚀、耐磨、耐低温、无磁性、高导电导热性、冲击时不产生火花等一系列优良的综合性能，被誉为“有色弹性材料之王”，被广泛应用于电子、电气、通讯、仪器、仪表、电讯、轻工、机械、化工、煤炭等领域。铍铜合金分为两大类，第一类为铍含量为1.6～2.1％的高强铍铜合金，如美国ASTM牌号C17200、C17300，第二类为铍含量为0.2～0.7％的高导电铍铜合金，如美国ASTM牌号C17500、C17510等。
传统铍铜材料拥有抗高温软化和抗应力松弛能力低等缺点，因此很多研究提出采用铜镍硅、铜镍锡等替代铍铜，但这些替代铍铜的铜合金材料在弹性模量、强度等方面与铍铜材料还存在差距。随着电子元器件小型化，要求材料拥有较高强度的同时，具备优异的抗高温软化和抗应力松弛性能。
发明内容
发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提出一种具备优异的抗高温软化和抗应力松弛性能的铍铜合金制备方法。
技术方案：为了实现以上目的，本发明提出一种抗高温软化和应力松弛的易车削铍铜合金制备方法，所述合金成分包括：铍Be 0.2～2.1wt.％，碲Te 0.05～0.6wt.％，Co+Ni>0.2wt.％，Co+Ni+Fe<0.7wt.％，杂质元素总和≤4wt.％，其余为Cu；
所述铍铜合金的制备方法为：
a.按照重量百分比进行配料、投料、熔炼及铸造得到锭坯；
投料顺序依次为:阴极铜，铜-镍中间合金和/或铜-钴中间合金和/或稀土中间合金，铜铍中间合金，纯碲或铜碲中间合金，熔炼的温度为1100～1300℃，至溶体溶化后，保温10-30min，经过除气、除杂工序后，静置5-20min，后进行低压氩气保护气氛下的真空喷射沉积制备锭坯；
b.将步骤a得到的锭坯依次进行：为实现成分均匀化目的的扩散退火、塑性热加工、塑性冷加工和退火、固溶、时效热处理工艺，加工制得铍铜合金的棒、线、管材料；
c.或者，将步骤a得到的锭坯依次进行：为实现成分均匀化目的的扩散退火、直接进行冷加工和退火、固溶、时效热处理工艺加工制得铍铜合金的棒、线、管材料。
所述低压氩气保护气氛下的真空喷射沉积制备锭坯，其中氩气气压为10-1～1Pa，沉积辊辊速为102～103r/min，制备得到Φ20～200mm，高200～500mm的锭坯。
步骤a所述的熔炼为采用真空或非真空感应电炉熔炼。
步骤b所述的塑性热加工工艺为挤压、轧制、锻造加工工艺。
步骤b所述的冷加工工艺为轧制、拉拔、旋锻。
步骤c具体为将步骤a得到的锭坯在进行均匀化扩散退火后进行冷加工，冷加工流程中加入退火、固溶、时效热处理工艺。
步骤a所述的熔炼，具体为在真空熔炼条件下进行一次性投料或分两次投料。
所述的分两次投料具体为第一次加入阴极铜、铜-镍中间合金和/或铜-钴中间合金和/或稀土中间合金等，第二次加铜铍中间合金和纯碲。
有益效果：
与现有技术相比，本发明提供的一种抗高温软化和应力松弛的易车削铍铜合金制备方法，具备以下优点：
1.本发明通过添加碲(Te)进行合金化，Te的添加与铜基体形成Cu2Te，Cu2Te第二相较软，且弥散分布于铜基体中，使得切屑易断，从而提高材料切削性能；以易车削黄铜HPb62-3(美国C36000)的车削指数为100，本发明的铍铜合金车削指数可达到65-85，而普通铍铜的车削指数仅为12-25。(易车削等级检测方法是依据《易切削铜合金棒》GB-T 26306-2010的附录A，以下同)；
2.本发明提供的Cu2Te具有良好的高温稳定性能，结合大的塑性变形，使得Cu2Te可弥散分布于晶间或晶内，另一方面，Cu2Te硬质相稳定性高，在其服役温度区间内不会分解，可钉扎位错和晶界，抑制塑性变形，从而保持良好的抗高温软化性能和抗应力松弛性能，本发明的铍铜合金比传统高铍铍铜合金(铍含量1.7％-2.1％)的高温软化温度点提高75℃±10℃，比传统低铍合金(铍含量0.2％-0.6％)的高温软化温度点提高90℃±10℃，同时，其抗应力松弛性能比传统铍铜合金材料提高30％，扩大了铍铜材料运用的工况范围；
3.本发明采用喷射沉积快速凝固方法制备锭坯，使得Cu2Te分布弥散与均匀，克服了传统变形铍铜合金铸锭制备过程中的偏析以及偏析造成的变形能力差等问题；
4.本发明采用在低压氩气保护气氛下的真空喷射沉积制备锭坯，可克服铸锭偏析问题，使铍铜合金中各组成元素在结晶时分布均匀；
5.环境负担小：避免现有含铅铍铜中铅元素对环境的危害。
具体实施方式
图1为铍铜合金(c17200)与本申请合金的抗高温软化性能对比图；
图2为接插件铍铜合金与本申请合金的等时(1000h)应力松弛行为(初始应力为室温0.2％屈服强度的50～70％)对比图。
具体实施方式
下面结合实施例，进一步阐明本发明。
实施例
实施例1
挤压法制备铍铜管材
(1)按照表1重量百分比进行配料，投料顺序依次为阴极铜CATH-1、铍Be0.4wt.％，碲Te 0.35wt.％，Co+Ni为2wt.％，Co+Ni+Fe为2.05wt.％，采用750Kg工频有芯炉非真空感应电炉进行熔炼，熔炼温度为1170℃，熔化后，保温15min，通入氩气除杂质及气体，经过除气除杂后，静置15min，在低压氩气保护气氛下的真空喷射沉积制备锭坯；氩气气压为0.1Pa，沉积辊辊速为800r/min，制备得到Φ75mm，高300mm的锭坯；
(2)采用910℃温度对圆锭进行热挤压，挤压比为53:1，挤压机为2150T双动卧式挤压机，挤压外径Φ71mm，壁厚3.5mm的管坯；
(3)经过多道次的拉伸加工和固溶热处理，得到外径Φ49mm壁厚2.75mm管，状态为TD04，然后经过480℃/2h时效热处理，两辊矫直机矫直、锯切定尺得到TH04状态，外径Φ45mm，壁厚2.7mm，长度2500mm的铍铜管。
关于所制备的铍铜管(TH04)的力学性能数据见表2所示。
关于所制备的C17510管相对HPb62-3的切削性能数据见表3所示。
表1铍铜管成分
Be Co Ni Te Fe Al Si 余量
0.4 0.2 1.8 0.35 0.05 0.1 0.08 Cu
表2力学性能(TH04)
抗拉强度 720MPa
维氏硬度 235
导电率IACS 58％
表3切削指数(相对HPb62-3)
本发明铍铜管(TH04) C17510管(对比组)
68～79％ 27％
实施例2
制备铍铜棒材
(1)按照表4重量百分比进行配料，原料为阴极铜CATH-1、铜铍中间合金(含铍10％)、铜碲中间合金(含碲10％)、铜镍中间合金(含镍10％)、铜钴中间合金(含钴10％)；分两次进行投料；
首先加入阴极铜CATH-1、铜碲中间合金(含碲10％)、铜镍中间合金(含镍10％)、铜钴中间合金(含钴10％)，熔化后使用加料装置加入铜碲中间合金(含碲10％)、铜铍中间合金(含铍10％)，熔化后升温至1270℃，融化后保温15min，通入氩气除杂质及气体，经过除气除杂后，静置15min；
在低压氩气保护气氛下的真空喷射沉积制备锭坯；氩气气压为0.3Pa，沉积辊辊速为800r/min，制备得到Φ25mm，高200～500mm的锭坯；
(2)将坯料通过轧线机，在790℃温度下热轧变形至Φ14mm，然后经过多道次固溶热处理和拉伸加工处理后，得到Φ7.2×coil棒，矫直定尺Φ7.2×2500mm；
(3)最后，通过无芯磨床加工至Φ7±0.01×2500mm，状态TD04，或进一步进行315℃/2h时效热处理得到TH04状态。
本产品可主要用于车削加工射频同轴连接器的内导体原件的原料，可以满足其微小尺寸的加工过程中对尺寸精度保证(因为减少了车削力，避免了零件变形)，和加工效率的要求。
关于所制备的铍铜管(TH04)的切削性能数据见表5所示。
关于所制备的C17200棒的切削性能数据见表6所示。
图1为铍铜合金(c17200)与本申请合金的抗高温软化性能对比图；
图2为接插件铍铜合金与本申请合金的等时(1000h)应力松弛行为(初始应力为室温0.2％屈服强度的50～70％)对比图
表4铍铜管成分及对比组C17300成分
Figure BDA0002860087680000041
Figure BDA0002860087680000051
表5力学性能(TH04)
状态 TD04 TH04
抗拉强度 780MPa 1420MPa
屈服强度 730MPa 1140MPa
维氏硬度 245 420
表6切削性能(相对HPb59-1)
Figure BDA0002860087680000052
上述实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的是让熟悉该技术领域的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此来限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做出的等同变换或修饰，都应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种抗高温软化和应力松弛的易车削铍铜合金制备方法，其特征在于：所述合金成分包括：铍Be 0.2～2.1wt.％，碲Te 0.05～0.6wt.％，Co+Ni>0.2wt.％，Co+Ni+Fe<0.7wt.％，杂质元素总和≤4wt.％，其余为Cu；
所述铍铜合金的制备方法为：
a.按照重量百分比进行配料、投料、熔炼及铸造得到锭坯；
熔炼过程中投料顺序依次为:阴极铜，铜-镍中间合金和/或铜-钴中间合金和/或稀土中间合金，铜铍中间合金，纯碲或铜碲中间合金，熔炼的温度为1100～1300℃，至溶体溶化后，保温10-30min，经过除气、除杂工序后，静置5-20min，后进行低压氩气保护气氛下的真空喷射沉积制备锭坯；
b.将步骤a得到的锭坯依次进行：为实现成分均匀化目的的扩散退火、塑性热加工、塑性冷加工和退火、固溶、时效热处理工艺，加工制得铍铜合金的棒、线、管材料；
c.或者，将步骤a得到的锭坯依次进行：为实现成分均匀化目的的扩散退火、直接进行冷加工和退火、固溶、时效热处理工艺加工制得铍铜合金的棒、线、管材料。
2.根据权利要求1所述的一种抗高温软化和应力松弛的易车削铍铜合金制备方法，其特征在于：所述低压氩气保护气氛下的真空喷射沉积制备锭坯，其中氩气气压为10-1～1Pa，沉积辊辊速为102～103r/min，制备得到锭坯。
3.根据权利要求1所述的一种抗高温软化和应力松弛的易车削铍铜合金制备方法，其特征在于：步骤a所述的熔炼为采用真空或非真空感应电炉熔炼。
4.根据权利要求1所述的一种抗高温软化和应力松弛的易车削铍铜合金制备方法，其特征在于：步骤b所述的塑性热加工工艺为挤压、轧制、锻造加工工艺。
5.根据权利要求1所述的一种抗高温软化和应力松弛的易车削铍铜合金制备方法，其特征在于：步骤b所述的冷加工工艺为轧制、拉拔、旋锻。
6.根据权利要求1所述的一种抗高温软化和应力松弛的易车削铍铜合金制备方法，其特征在于：步骤c具体为将步骤a得到的锭坯在进行均匀化扩散退火后进行冷加工，冷加工流程中加入退火、固溶、时效热处理工艺。
7.根据权利要求1所述的一种抗高温软化和应力松弛的易车削铍铜合金制备方法，其特征在于：步骤a所述的熔炼，具体为在真空熔炼条件下进行一次性投料或分两次投料。
8.根据权利要求7所述的一种抗高温软化和应力松弛的易车削铍铜合金制备方法，其特征在于：所述的分两次投料具体为第一次加入阴极铜、铜-镍中间合金和/或铜-钴中间合金和/或稀土中间合金，第二次加铜铍中间合金和纯碲。
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