CN113201661B - 一种用于轿车座椅加热的合金丝材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于轿车座椅加热的合金丝材及其制备方法，按照质量百分数包括以下组分：0.4‑0.6％Sn、0.04‑0.08％Mn、余量为Cu和其他杂质元素，其他杂质元素的含量均小于0.03％。将电解铜进行加热融化，待铜液温度升至预设温度时，将0.04‑0.08％Mn加入铜液中进行搅拌熔化；待温度升至预设温度时，将0.4‑0.6％Sn加入进行搅拌熔化；待温度升至预设温度时，对熔体进行脱气、凝固得到铸锭；对铸锭进行均匀化处理后水淬，得到铜合金材料；对铜合金材料依次进行锻造、挤压、中间时效退火得到丝材；对丝材进行拉拔、中间时效退火得到加热丝材。利用微合金化达到改善铜合金的综合力学性能的能力。

Description

一种用于轿车座椅加热的合金丝材及其制备方法

技术领域

本发明属于电热丝技术领域，涉及一种用于轿车座椅加热的合金丝材，还涉及上述合金丝材的制备方法。

背景技术

随着轿车技术的发展和人们对乘车舒适度的提升，越来越多的轿车座椅靠背、底座层恒温加热，不仅给驾乘人带来温暖，还能缓解腰酸背痛，解决驾乘人疲劳之苦。

目前，常用电阻丝的材料主要为：镍铬合金电阻丝和铁铬铝合金电阻丝。精密电阻丝一般要求具有如下性质：

(1)在温室下电阻的温度系数小，即在不同温度下电阻保持相对稳定；

(2)电阻值稳定，长期保持一定；

(3)电阻率大，这在无线电等的小型高电阻情况下很重要；

(4)耐触性和抗氧化性好；

(5)加工性好，能制成粕耕，而且机械性能好；

(6)焊接性好。

传统的轿车座椅加热垫所使用的轿车加热线通常采用多根直径为0.05～0.08mm的合金丝，通过无规律绞合或密集排列绞合于芯线上，绞合生产过程中容易造成合金丝的堆积，由于合金丝布置不均匀使得散热不均匀导致过热过程影响合金丝寿命。另外，在做成成品加热垫以后，使用时由于加热垫存在一定程度的位移，导致加热线的内部容易造成合金丝相互摩擦，最后造成耐磨性能欠佳，并容易折断，影响产品的使用寿命。在轿车座椅使用周期内，加热垫通常要求耐弯折能力达到25000次以上。对于轿车加热线而言，要求其具备良好的抗弯折能力，因此用于制作轿车加热线的高强度低电阻合金丝必须具备高强度耐弯折的特性。由此可见，传统的用于制作轿车加热线的低电阻合金丝的强度和抗弯折能力达不到要求，这将使轿车加热垫早期失效或局部高温烧化等严重质量问题。而外置式轿车加热垫已经被淘汰，并且严禁放置在轿车座套里面。如果将外置式轿车加热垫放在座套里面，内部温度可能得不到有效散发，可能会造成温度聚积，以致造成危险发生。然而，随着高端轿车的迅速发展，为了高性能，高可靠性和小型化的目的，对这些特性的要求变得愈来愈严格。

众所周知，电阻丝是一种将电能转化为内能的电气元件。对于制造高端轿车座椅加热垫专用的低电阻高韧精密电阻丝合金及丝材是必不可少的元器件，用途宽广、种类繁多，其加工工艺的优化与革新一直为技术人员所探讨的热点。从现有技术来看，直接使用镍铬电阻丝已经不能满足实际技术需要，尤其是低电阻的特性。另外，镍铬电阻丝直径越细小，拉拔成型越困难，电阻率和米电阻值精确控制越困难，均不能够解决如何提高生产效率、降低生产成本问题。由此可见，如何增强电阻丝的抗拉强度和抗折强度，满足高端轿车加热坐垫在生命周期内耐弯折能力达到25000次以上，如何提升电阻丝的精密电阻率和米电阻值的控制是关键技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于轿车座椅加热的合金丝材，解决了现有技术中存在的电阻丝抗拉强度和抗折强度较差问题。

本发明所采用的技术方案是，一种用于轿车座椅加热的合金丝材，按照质量百分数包括以下组分：

0.4-0.6％Sn、0.04-0.08％Mn、余量为Cu和其他杂质元素，其他杂质元素的含量均小于0.03％。

本发明的特点还在于：

合金丝材直径为0.15-0.25mm，电阻率为0.03-0.04Ω·m，米电阻为0.9-1Ω。

本发明的另一目的是提供一种用于轿车座椅加热的合金丝材的制备方法。

本发明所采用的另一技术方案是，一种用于轿车座椅加热的合金丝材的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、将放置有电解铜的坩埚置于加热炉中，对电解铜进行加热融化，待铜液温度升至预设温度时，按照质量百分数0.04-0.08％Mn将Cu-30％Mn中间合金加入铜液中进行搅拌熔化得到熔体A，待熔体A温度升至预设温度时，按照质量百分数0.4-0.6％Sn将纯Sn锭加入熔体A进行搅拌熔化得到熔体B，待熔体B温度升至预设温度时，通过纯钛管将氩气通入坩埚底部对熔体B进行脱气后静置，然后浇入水冷模具中，凝固得到铸锭；

步骤2、在氩气保护条件下对铸锭表面氧化皮、上部疏松部位组织进行均匀化处理后水淬，得到铜合金材料；

步骤3、对铜合金材料依次进行锻造、挤压、中间时效退火得到丝材；

步骤4、对丝材进行拉拔、中间时效退火得到加热丝材。

步骤1中的预设温度为1160～1180℃。

步骤2的均匀化处理过程中：温度为850～900℃，时间为2h。

步骤3具体过程为：在室温对铜合金材料进行锻造，得到直径为40-45mm的棒材；再对棒材在300-400℃进行普通正挤压，得到直径为5-10mm的挤压丝材；最后对挤压丝材在650-750℃、氩气保护条件下进行30-40min中间时效退火，得到丝材。

步骤4具体过程为：对丝材在室温下进行多道次的拉拔，拉拔过程中控制道次变形量为5-10％，每道次拉拔后丝材进入管式炉中在800-900℃的氢气保护气氛中进行中间时效退火，中间时效退火时间1-3min，得到合金丝材。

本发明的有益效果是：

本发明的一种用于轿车座椅加热的合金丝材，微合金成分设计合理，微合金化程度低，所用合金元素价格低廉，生产成本低，工艺可控，环境友好，合金综合力学性能高。本发明的一种用于轿车座椅加热的合金丝材的制备方法，通过拉拔工艺而精确控制丝材直径，并使电阻率和米电阻能够精准控制；利用微合金化达到改善铜合金的综合力学性能的能力。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

一种用于轿车座椅加热的合金丝材，按照质量百分数包括以下组分：

0.4-0.6％Sn、0.04-0.08％Mn、余量为Cu和其他杂质元素，其他杂质元素的含量均小于0.03％。

合金丝材直径为0.15-0.25mm，电阻率为0.03-0.04Ω·m，米电阻为0.9-1Ω。

优选的，本发明一种用于轿车座椅加热的合金丝材，按照质量百分数包括以下组分：

0.45-0.5％Sn、0.05-0.06％Mn、余量为Cu和其他杂质元素，其他杂质元素的含量均小于0.03％。

优选的，本发明一种用于轿车座椅加热的合金丝材，按照质量百分数包括以下组分：

0.45-0.48％Sn、0.052-0.058％Mn、余量为Cu和其他杂质元素，其他杂质元素的含量均小于0.03％。

一种用于轿车座椅加热的合金丝材的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1、将放置有质量纯度不低于99.9％电解铜的坩埚置于真空氩气保护中频电炉中，对电解铜进行加热融化，利用电炉自身电磁感应搅拌功能进行熔化和搅拌，待铜液温度升至1160～1180℃时，按照质量百分数0.04-0.08％Mn将预置于加料桶中的Cu-30％Mn中间合金加入铜液中进行搅拌熔化得到熔体A，待熔体A温度升至1160～1180℃时，按照质量百分数0.4-0.6％Sn将预置于加料桶中的质量纯度不低于99.9％的纯Sn锭加入熔体A进行搅拌熔化得到熔体B，待熔体B温度升至1160～1180℃时，通过纯钛管将氩气通入坩埚底部对熔体B进行脱气5-10min后静置10min，然后浇入水冷模具中，凝固得到铸锭；其中，水冷模具为钢模，钢模的内径为200mm，高度为400mm，底部有专用的水冷通道，钢模内孔壁刷石墨涂料。

步骤2、在氩气保护条件下对铸锭表面氧化皮、上部疏松部位组织进行均匀化处理后水淬，均匀化处理温度为850～900℃，均匀化处理时间为2h，得到铜合金材料；

步骤3、在室温对铜合金材料进行锻造，得到直径为40-45mm的棒材；再对棒材在300-400℃进行普通正挤压，得到直径为5-10mm的挤压丝材；最后对挤压丝材在650-750℃、氩气保护条件下进行30-40min中间时效退火，得到丝材。

步骤4、对丝材在室温下进行多道次的拉拔，拉拔过程中控制道次变形量为5-10％，每道次拉拔后丝材进入管式炉中在800-900℃的氢气保护气氛中进行中间时效退火，中间时效退火时间1-3min，得到CuSnMn合金丝材。

通过以上方式，本发明的一种用于轿车座椅加热的合金丝材，能够满足高端轿车座椅电加热垫对电阻率、米电阻及在生命周期内耐弯折能力达到25000次以上的低电阻高韧性精密电加热铜合金丝材的需求。本发明的一种用于轿车座椅加热的合金丝材的制备方法，通过对原料进行真空氩气保护、电磁搅拌及氩气脱气熔铸工艺，使熔体充分排气，有效预防疏松，使微量元素均匀分布于铜基体或固溶于基体，有利于提高组织的均匀性、铸锭质量，改善合金的加工性能；在锻造工艺过程中使材料发生大的变形，不仅可以细化晶粒，而且可以使铸锭中的微小疏松孔洞闭合，为后续的挤压和拉拔加工处理提供致密丝棒材；利用微合金化和丝材直径的精确控制而精准控制电阻率和米电阻；利用微合金化达到改善铜合金的综合力学性能的能力，并且由于加入的合金元素含量很低，对铜合金的大塑性变形加工能力影响较小，可以保证后续拉拔加工成型。

实施例1

步骤1、将放置有电解铜的坩埚置于真空氩气保护中频电炉中，对电解铜进行加热融化，利用电炉自身电磁感应搅拌功能进行熔化和搅拌，待铜液温度升至1160℃时，按照质量百分数0.052％Mn将预置于加料桶中的Cu-30％Mn中间合金加入铜液中进行搅拌熔化得到熔体A，待熔体A温度升至1160℃时，按照质量百分数0.45％Sn将预置于加料桶中的纯Sn锭加入熔体A进行搅拌熔化得到熔体B，待熔体B温度升至1160℃时，通过纯钛管将氩气通入坩埚底部对熔体B进行脱气5min后静置10min，然后浇入水冷模具中，凝固得到铸锭；

步骤2、在氩气保护条件下对铸锭表面氧化皮、上部疏松部位组织进行均匀化处理后水淬，均匀化处理温度为850℃，均匀化处理时间为2h，得到铜合金材料；

步骤3、在室温对铜合金材料进行锻造，得到直径为40mm的棒材；再对棒材在300℃进行普通正挤压，得到直径为5mm的挤压丝材；最后对挤压丝材在650℃、氩气保护条件下进行30min中间时效退火，得到丝材。

步骤4、对丝材在室温下进行多道次的拉拔，拉拔过程中控制道次变形量为5％，每道次拉拔后丝材进入管式炉中在800℃的氢气保护气氛中进行中间时效退火，中间时效退火时间1min，得到合金丝材。

本实施例中，制备得到的合金丝材直径为0.15mm，电阻率为0.04Ω·m，米电阻为1.0Ω，抗拉强度为300MPa，耐弯折能力达到25500次以上。

实施例2

步骤1、将放置有电解铜的坩埚置于真空氩气保护中频电炉中，对电解铜进行加热融化，利用电炉自身电磁感应搅拌功能进行熔化和搅拌，待铜液温度升至1180℃时，按照质量百分数0.058％Mn将预置于加料桶中的Cu-30％Mn中间合金加入铜液中进行搅拌熔化得到熔体A，待熔体A温度升至1180℃时，按照质量百分数0.48％Sn将预置于加料桶中的纯Sn锭加入熔体A进行搅拌熔化得到熔体B，待熔体B温度升至1180℃时，通过纯钛管将氩气通入坩埚底部对熔体B进行脱气10min后静置10min，然后浇入水冷模具中，凝固得到铸锭；

步骤2、在氩气保护条件下对铸锭表面氧化皮、上部疏松部位组织进行均匀化处理后水淬，均匀化处理温度为900℃，均匀化处理时间为2h，得到铜合金材料；

步骤3、在室温对铜合金材料进行锻造，得到直径为45mm的棒材；再对棒材在400℃进行普通正挤压，得到直径为10mm的挤压丝材；最后对挤压丝材在750℃、氩气保护条件下进行40min中间时效退火，得到丝材。

步骤4、对丝材在室温下进行多道次的拉拔，拉拔过程中控制道次变形量为6％，每道次拉拔后丝材进入管式炉中在900℃的氢气保护气氛中进行中间时效退火，中间时效退火时间1min，得到合金丝材。

本实施例中，制备得到的合金丝材直径为0.25mm，电阻率为0.035Ω·m，米电阻为0.92Ω，抗拉强度为350MPa，耐弯折能力达到25600次以上。

实施例3

步骤1、将放置有电解铜的坩埚置于真空氩气保护中频电炉中，对电解铜进行加热融化，利用电炉自身电磁感应搅拌功能进行熔化和搅拌，待铜液温度升至1170℃时，按照质量百分数0.0532％Mn将预置于加料桶中的Cu-30％Mn中间合金加入铜液中进行搅拌熔化得到熔体A，待熔体A温度升至1170℃时，按照质量百分数0.475％Sn的预置于加料桶中的纯Sn锭加入熔体A进行搅拌熔化得到熔体B，待熔体B温度升至1170℃时，通过纯钛管将氩气通入坩埚底部对熔体B进行脱气5min后静置8min，然后浇入水冷模具中，凝固得到铸锭；

步骤2、在氩气保护条件下对铸锭表面氧化皮、上部疏松部位组织进行均匀化处理后水淬，均匀化处理温度为890℃，均匀化处理时间为2h，得到铜合金材料；

步骤3、在室温对铜合金材料进行锻造，得到直径为42mm的棒材；再对棒材在350℃进行普通正挤压，得到直径为5mm的挤压丝材；最后对挤压丝材在700℃、氩气保护条件下进行35min中间时效退火，得到丝材；

步骤4、对丝材在室温下进行多道次的拉拔，拉拔过程中控制道次变形量为8％，每道次拉拔后丝材进入管式炉中在880℃的氢气保护气氛中进行中间时效退火，中间时效退火时间1.5min，得到合金丝材。

本实施例中，制备得到的合金丝材直径为0.22mm，电阻率为0.032Ω·m，米电阻为1.91Ω，抗拉强度为380MPa，耐弯折能力达到25300次以上。

实施例4

步骤1、将放置有电解铜的坩埚置于真空氩气保护中频电炉中，对电解铜进行加热融化，利用电炉自身电磁感应搅拌功能进行熔化和搅拌，待铜液温度升至1175℃时，按照质量百分数Mn0.0554％将预置于加料桶中的Cu-30％Mn中间合金加入铜液中进行搅拌熔化得到熔体A，待熔体A温度升至1175℃时，按照质量百分数0.461％Sn将预置于加料桶中的纯Sn锭加入熔体A进行搅拌熔化得到熔体B，待熔体B温度升至1175℃时，通过纯钛管将氩气通入坩埚底部对熔体B进行脱气6min后静置10min，然后浇入水冷模具中，凝固得到铸锭；

步骤2、在氩气保护条件下对铸锭表面氧化皮、上部疏松部位组织进行均匀化处理后水淬，均匀化处理温度为870℃，均匀化处理时间为2h，得到铜合金材料；

步骤3、在室温对铜合金材料进行锻造，得到直径为45mm的棒材；再对棒材在340℃进行普通正挤压，得到直径为6mm的挤压丝材；最后对挤压丝材在680℃、氩气保护条件下进行35min中间时效退火，得到丝材。

步骤4、对丝材在室温下进行多道次的拉拔，拉拔过程中控制道次变形量为9％，每道次拉拔后丝材进入管式炉中在860℃的氢气保护气氛中进行中间时效退火，中间时效退火时间2min，得到合金丝材。

本实施例中，制备得到的合金丝材直径为0.23mm，电阻率为0.031Ω·m，米电阻为0.92Ω，抗拉强度为360MPa，耐弯折能力达到25400次以上。

实施例5

步骤1、将放置有电解铜的坩埚置于真空氩气保护中频电炉中，对电解铜进行加热融化，利用电炉自身电磁感应搅拌功能进行熔化和搅拌，待铜液温度升至11165℃时，将含量为0.04764％的预置于加料桶中的Mn加入铜液中进行搅拌熔化得到熔体A，待熔体A温度升至1165℃时，按照质量百分数0.565％Sn将预置于加料桶中的纯Sn锭加入熔体A进行搅拌熔化得到熔体B，待熔体B温度升至1165℃时，通过纯钛管将氩气通入坩埚底部对熔体B进行脱气9min后静置10min，然后浇入水冷模具中，凝固得到铸锭；

步骤2、在氩气保护条件下对铸锭表面氧化皮、上部疏松部位组织进行均匀化处理后水淬，均匀化处理温度为900℃，均匀化处理时间为2h，得到铜合金材料；

步骤3、在室温对铜合金材料进行锻造，得到直径为45mm的棒材；再对棒材在70℃进行普通正挤压，得到直径为7mm的挤压丝材；最后对挤压丝材在720℃、氩气保护条件下进行35min中间时效退火，得到丝材；

步骤4、对丝材在室温下进行多道次的拉拔，拉拔过程中控制道次变形量为10％，每道次拉拔后丝材进入管式炉中在900℃的氢气保护气氛中进行中间时效退火，中间时效退火时间1.2min，得到合金丝材。

本实施例中，制备得到的合金丝材直径为0.25mm，电阻率为0.0331Ω·m，米电阻为0.921Ω，抗拉强度为400MPa，耐弯折能力达到25700次以上。

Claims (4)

1.一种用于轿车座椅加热的合金丝材，其特征在于，按照质量百分数由以下组分组成：

0.4-0.6%Sn、0.04-0.08%Mn、余量为Cu和其他杂质元素，所述其他杂质元素的含量均小于0.03%；所述合金丝材直径为0.15-0.25mm；

所述合金丝材的制备方法为：

步骤1、将放置有电解铜的坩埚置于加热炉中，对电解铜进行加热融化，待铜液温度升至预设温度时，按照质量百分数0.04-0.08%Mn将Cu-30%Mn中间合金加入铜液中进行搅拌熔化得到熔体A，待熔体A温度升至预设温度时，按照质量百分数0.4-0.6%Sn将纯Sn锭加入熔体A进行搅拌熔化得到熔体B，待熔体B温度升至预设温度时，通过纯钛管将氩气通入坩埚底部对熔体B进行脱气后静置，然后浇入水冷模具中，凝固得到铸锭；

步骤2、在氩气保护条件下对所述铸锭表面氧化皮、上部疏松部位组织进行均匀化处理后水淬，得到铜合金材料；

步骤3、在室温对所述铜合金材料进行锻造，得到直径为40-45mm的棒材；再对所述棒材在300-400℃进行普通正挤压，得到直径为5-10 mm的挤压丝材；最后对所述挤压丝材在650-750℃、氩气保护条件下进行30-40min中间时效退火，得到丝材；

步骤4、对所述丝材在室温下进行多道次的拉拔，拉拔过程中控制道次变形量为5-10％，每道次拉拔后丝材进入管式炉中在800-900℃的氢气保护气氛中进行中间时效退火，中间时效退火时间1-3min，得到合金丝材。

2.如权利要求1所述的一种用于轿车座椅加热的合金丝材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将放置有电解铜的坩埚置于加热炉中，对电解铜进行加热融化，待铜液温度升至预设温度时，按照质量百分数0.04-0.08%Mn将Cu-30%Mn中间合金加入铜液中进行搅拌熔化得到熔体A，待熔体A温度升至预设温度时，按照质量百分数0.4-0.6%Sn将纯Sn锭加入熔体A进行搅拌熔化得到熔体B，待熔体B温度升至预设温度时，通过纯钛管将氩气通入坩埚底部对熔体B进行脱气后静置，然后浇入水冷模具中，凝固得到铸锭；

步骤2、在氩气保护条件下对所述铸锭表面氧化皮、上部疏松部位组织进行均匀化处理后水淬，得到铜合金材料；

步骤3、在室温对所述铜合金材料进行锻造，得到直径为40-45mm的棒材；再对所述棒材在300-400℃进行普通正挤压，得到直径为5-10 mm的挤压丝材；最后对所述挤压丝材在650-750℃、氩气保护条件下进行30-40min中间时效退火，得到丝材；

步骤4、对所述丝材在室温下进行多道次的拉拔，拉拔过程中控制道次变形量为5-10％，每道次拉拔后丝材进入管式炉中在800-900℃的氢气保护气氛中进行中间时效退火，中间时效退火时间1-3min，得到合金丝材。

3.根据权利要求2所述的一种用于轿车座椅加热的合金丝材的制备方法，其特征在于，步骤1中的预设温度为1160~1180℃。

4.根据权利要求2所述的一种用于轿车座椅加热的合金丝材的制备方法，其特征在于，步骤2的均匀化处理过程中：温度为850~900℃，时间为2h。