CN113265558B - 一种抗弯折性能优异的铜铁合金及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种抗弯折性能优异的铜铁合金及其加工方法，该铜铁合金的化学成分和重量百分比如下：Fe 13‑15％，Ti 0.1‑0.24％，其余为Cu和不可避免杂质；其金相组织为第二相沿着轧向呈现纤维分布，第二相有一定的细化，且呈现弥散分布特征。本发明通过加入0.1‑0.24wt％的Ti，对熔体具有较好的除杂、除氧等净化作用和晶粒细化作用，掺杂的Ti可以作为一次结晶的形核核心，增加形核数，从而细化晶粒，最终起到明显改善Cu‑Fe合金折弯性能的作用；其加工方法简单，流程短，工艺可控，易于规模化生产，原料成本易得且价廉，生产过程能耗低，综合性能优异，实际应用前景好。

Description

一种抗弯折性能优异的铜铁合金及其加工方法

技术领域

本发明涉及铜铁合金加工技术领域，更具体地，涉及一种抗弯折性能优异的铜铁合金及其加工方法。

背景技术

铜铁合金(Cu-Fe合金)具有高强度、高电导率、高导热和良好的电磁屏蔽性能，可广泛应用于诸多工业领域，制成例如集成电路中的引线框架、连接器、继电器弹片、散热系统和苹果电脑线等产品；其中，很多应用领域如连接器、继电器弹片和苹果电脑线等对Cu-Fe合金的折弯性能要求很高。

然而，Cu-Fe合金自身的折弯性能较差，具体而言，Cu-Fe合金在90°折弯时很容易产生裂纹，从而导致产品的使用寿命不高。在折弯过程中，合金经历弹性弯曲阶段、弹-塑性弯曲阶段和纯塑性弯曲阶段；一般认为，在塑性弯曲时，合金的晶粒内部会产生位错滑移，当位错滑动到表面时，会形成台阶。晶粒的取向不同，变形程度不同，参与滑移的晶粒尺寸越细，晶粒越多，变形越均匀，引起的应力集中就越小，越不容易开裂。

现有技术中，为了改善合金的折弯性能的方法主要集中在加大轧制变形量和改善退火工艺等方面，以期细化晶粒并改善晶粒的均匀性，但改善效果均不明显。

综上所述，研究开发一种能有效提高合金的折弯性能的方法是本领域亟待解决的关键技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗弯折性能优异的铜铁合金及其加工方法。

本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种抗弯折性能优异的铜铁合金，所述铜铁合金的化学成分和重量百分比如下：

Fe 13-15％，Ti 0.1-0.24％，其余为Cu和不可避免杂质；其金相组织为第二相沿着轧向呈现纤维分布，第二相有一定的细化，且呈现弥散分布特征。

具体地，本发明涉及的成分为高Fe含量和低Ti含量；具体地，国内目前能正常规模化生产的Cu-Fe带材的Fe含量不超过5％，而Fe含量越高，其强度、硬度、电磁屏蔽效果和降低成本效果越好；此外，当Ti含量低于0.1wt％时，低含量的Ti仅能用于除氧，并不能明显改善折弯性能，当Ti含量高于0.25wt％时，其折弯性能也并未能明显提高。

进一步地，在上述技术方案中，所述铜铁合金的化学成分和重量百分比如下：

Fe 13.5-14.2％，Ti 0.1-0.18％，其余为Cu和不可避免杂质。

详细地，在上述技术方案中，在纵向R/T＝1.5时，所述铜铁合金在折弯90度时未出现明显的开裂现象。

本发明另一方面还提供一种抗弯折性能优异的铜铁合金的加工方法，包括：熔铸、固溶处理、铣面和室温轧制-时效处理。

具体地，在上述技术方案中，所述室温轧制-时效处理的次数至少为三次，依次包括室温粗轧-时效处理、室温中轧-时效处理和室温精轧-时效处理，所述时效处理包括在575-630℃下保温25-40min后水冷。

详细地，在上述技术方案中，通过往Cu-Fe合金中加入0.1-0.24wt％的Ti，在熔炼过程中，由于Fe的加入，熔炼温度较高，容易造成吸气，影响铸锭质量，而加入了微量Ti之后，Ti对熔体具有较好的除杂、除氧等净化作用和晶粒细化作用，掺杂的Ti可以作为一次结晶的形核核心，增加形核数，从而细化晶粒，最终起到改善Cu-Fe合金折弯性能的作用。

进一步地，在上述技术方案中，所述室温粗轧的变形量为76-78％。

进一步地，在上述技术方案中，所述室温中轧的变形量为74-76％。

进一步地，在上述技术方案中，所述室温精轧的变形量为57-64％。

再进一步地，在上述技术方案中，所述室温精轧-时效处理的次数为2-4次，且最后一次室温精轧后可不用进行时效处理。

再进一步地，在上述技术方案中，所述时效处理具体为，在600℃下保温30min，随后水冷。

详细地，在上述技术方案中，所述熔铸具体为，将配好的电解铜板和纯铁块混合，抽真空后加热至1400-1460℃，直至纯铁块完全融化后再加入Ti，精炼2-3min，通入惰性气体，浇铸。

详细地，在上述技术方案中，所述固溶处理具体为，在935-960℃下保温50-75min，随后水冷。

在本发明的一个优选实施方式中，所述抗弯折性能优异的铜铁合金的加工方法，具体包括以下步骤：

S1、预处理

分别将纯度≥99.99％的电解铜板、纯度≥99.9％的铁块和纯度≥99.99％的Ti颗粒除油清洗并烘干，按比例配料；

S2、熔铸

将电解铜板和铁块混合放入真空感应熔炼炉中，抽真空，加热，待铁块完全融化后将Ti颗粒加入，并在1400-1460℃下保温2-3min，通入氩气，熔铸成板坯；

S3、固溶处理

在950℃下保温60min，随后水冷；

S4、铣面

铣去铜铁合金表面的凝壳层和氧化层；

S5、室温轧制-时效处理

室温粗轧至变形量为77％后，在600℃下时效处理30min并水冷，再室温中轧至变形量为75％后，在600℃下时效处理30min并水冷，最后室温精轧至变形量为60％。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明通过往Cu-Fe合金中加入0.1-0.24wt％的Ti，在熔炼过程中，由于Fe的加入，熔炼温度较高，容易造成吸气，影响铸锭质量，而加入了微量Ti之后，Ti对熔体具有较好的除杂、除氧等净化作用和晶粒细化作用，掺杂的Ti可以作为一次结晶的形核核心，增加形核数，从而细化晶粒，最终起到改善Cu-Fe合金折弯性能的作用；

(2)本发明所提供的铜铁合金的加工方法步骤简单，未涉及热轧等热加工，生产工艺流程短，工艺过程可控，所用设备均为本领域常见设备，易于规模化生产，原料成本易得且价廉，生产过程能耗低，所制得的铜铁合金的综合性能优异，实际应用前景好。

附图说明

图1为本发明实施例1中所制备的Cu-Fe合金样品沿轧向90°折弯的微观形貌图；

图2为本发明实施例2中所制备的Cu-Fe合金样品沿轧向90°折弯的微观形貌图；

图3为本发明对比例1中所制备的Cu-Fe合金样品沿轧向90°折弯的微观形貌图；

图4为本发明对比例2中所制备的Cu-Fe合金样品沿轧向90°折弯的微观形貌图；

图5为本发明实施例1中所制备的Cu-Fe合金样品沿纵截面的微观形貌图；

图6为本发明对比例1中所制备的Cu-Fe合金样品沿纵截面的微观形貌图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明，以使本领域的技术人员更加清楚地理解本发明。

以下实施例，仅用于说明本发明，但不止用来限制本发明的范围。

基于本发明中的具体实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的情况下，所获得的其他所有实施例，都属于本发明的保护范围。

在本发明实施例中，若未具体指明，所用的技术手段均为本领域技术人员所熟知的常规手段。

在本发明实施例中，所使用的原料来源如下：

电解铜板，纯度≥99.99％，生产厂家：江西铜业集团有限公司；

铁块，纯度≥99.9％，生产厂家：北京兴荣源科技有限公司；

Ti颗粒，纯度≥99.99％，生产厂家：宝鸡市星晖金属有限公司。

实施例1

本发明实施例提供了一种抗弯折性能优异的铜铁合金及其加工方法。

1、原料配比

2、加工方法

具体包括以下步骤：

S1、预处理

分别将电解铜板、铁块和Ti颗粒除油、清洗并烘干，按照质量比例配料；

S2、熔铸

将电解铜板和铁块混合放入真空感应熔炼炉中加热，加热，待铁块完全融化后将Ti颗粒加入，精炼2.5min，通入惰性气体，熔铸成板坯；

具体参数如下表所示：

S3、固溶

在950℃下保温60min，随后水冷和氧化层；

S4、铣面

铣去铜铁合金表面的凝壳层和氧化层；

S5、室温轧制-时效处理

室温粗轧至变形量为77％后，在600℃下时效处理30min并水冷，再室温中轧至变形量为75％后，在600℃下时效处理30min并水冷，最后室温精轧至变形量为60％。

实施例2

本发明实施例提供了一种抗弯折性能优异的铜铁合金及其加工方法。

1、原料配比

2、加工方法

具体包括以下步骤：

S1、预处理

分别将电解铜板、铁块和Ti颗粒除油、清洗并烘干，按照质量比例配料；

S2、熔铸

将电解铜板和铁块混合放入真空感应熔炼炉中加热，待铁块完全融化后将Ti颗粒加入，精炼3min，通入惰性气体，熔铸成板坯；

具体参数如下表所示：

S3、固溶

在940℃下保温60min，随后水冷；

S4、铣面

铣去铜铁合金表面的凝壳层和氧化层；

S5、室温轧制-时效处理

室温粗轧至变形量为77％后，在600℃下时效处理30min并水冷，再室温中轧至变形量为75％后，在600℃下时效处理30min并水冷，再次室温中轧至变形量为60％后，在600℃下时效处理30min并水冷，最后室温精轧至变形量为60％。

对比例1

本发明对比例提供了一种抗弯折性能优异的铜铁合金及其加工方法。

1、原料配比

2、加工方法

具体过程和工艺参数与实施例1相同，在此不再赘述。

对比例2

本发明对比例提供了一种抗弯折性能优异的铜铁合金及其加工方法。

1、原料配比

2、加工方法

具体过程和工艺参数与实施例2相同，在此不再赘述。

将实施例1-2和对比例1-2生产的Cu-Fe带坯进行90°折弯性能测试，测试参数为R/T＝1.5，其中：R为最大折弯角处的折弯半径，单位为mm，T为材料厚度，单位为mm，取样方向为轧向。

图1-2和3-4分别为本发明实施例1-2和对比例1-2所制备的Cu-Fe合金样品沿轧向90°折弯的微观形貌图；从图中可以看出，未添加Ti的折弯表面呈现明显的横向裂纹以及轻微的纵向微裂纹，加入Ti之后，表面的裂纹情况得到明显的改善。

图5和6分别为本发明实施例1和对比例1所制备的Cu-Fe合金样品沿纵截面的微观形貌图；从图中可以看出，未添加Ti的第二相沿着轧向呈现显微分布，第二相较为粗大，加入Ti之后，第二相有一定的细化，分布较为弥散。

在此有必要指出的是，以上实施例仅限于对本发明的技术方案做进一步的阐述和说明，并不是对本发明的技术方案的进一步的限制，本发明的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种抗弯折性能优异的铜铁合金，其特征在于，

所述铜铁合金的化学成分和重量百分比如下：

Fe 13-15％，Ti 0.1-0.24％，其余为Cu和不可避免杂质；

其金相组织为第二相沿着轧向呈现纤维分布，第二相有一定的细化，且呈现弥散分布特征；

所述铜铁合金的加工方法包括：熔铸、固溶处理、铣面和室温轧制-时效处理；

其中：

所述室温轧制-时效处理的次数至少为三次，依次包括室温粗轧-时效处理、室温中轧-时效处理和室温精轧-时效处理，所述时效处理包括在575-630℃下保温25-40min后水冷；

所述室温粗轧的变形量为76-78％；

所述室温中轧的变形量为74-76％；

所述室温精轧的变形量为57-64％。

2.根据权利要求1所述的抗弯折性能优异的铜铁合金，其特征在于，

所述铜铁合金的化学成分和重量百分比如下：

Fe 13.5-14.2％，Ti 0.1-0.18％，其余为Cu和不可避免杂质。

3.根据权利要求1或2所述的抗弯折性能优异的铜铁合金，其特征在于，

在纵向R/T＝1.5时，所述铜铁合金在折弯90度时未出现明显的开裂现象。

4.一种权利要求1所述的抗弯折性能优异的铜铁合金的加工方法，其特征在于，

包括：熔铸、固溶处理、铣面和室温轧制-时效处理；

其中：

所述熔铸具体为，将配好的电解铜板和纯铁块混合，抽真空后加热至1400-1460℃，直至纯铁块完全融化后再加入Ti，精炼2-3min，通入惰性气体，浇铸；

所述固溶处理具体为，在935-960℃下保温50-75min，随后水冷；

所述室温轧制-时效处理的次数至少为三次，依次包括室温粗轧-时效处理、室温中轧-时效处理和室温精轧-时效处理，所述时效处理包括在575-630℃下保温25-40min后水冷。

5.根据权利要求4所述的抗弯折性能优异的铜铁合金的加工方法，其特征在于，

所述室温精轧-时效处理的次数为2-4次。

6.根据权利要求4所述的抗弯折性能优异的铜铁合金的加工方法，其特征在于，

所述时效处理具体为，在600℃下保温30min，随后水冷。

7.根据权利要求4-6任一项所述的抗弯折性能优异的铜铁合金的加工方法，其特征在于，

具体包括以下步骤：

S1、预处理

分别将纯度≥99.99％的电解铜板、纯度≥99.9％的铁块和纯度≥99.99％的Ti颗粒除油清洗并烘干，按比例配料；

S2、熔铸

将电解铜板和铁块混合放入真空感应熔炼炉中，抽真空，加热，待铁块完全融化后将Ti颗粒加入，并在1400-1460℃下保温2-3min，通入氩气，熔铸成板坯；

S3、固溶处理

在950℃下保温60min，随后水冷；

S4、铣面

铣去铜铁合金表面的凝壳层和氧化层；

S5、室温轧制-时效处理

室温粗轧至变形量为77％后，在600℃下时效处理30min并水冷，再室温中轧至变形量为75％后，在600℃下时效处理30min并水冷，最后室温精轧至变形量为60％。

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