CN113355553A - 穿戴系统用无铅高弹性高强度铜合金材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了穿戴系统用无铅高弹性高强度铜合金材料，以质量计，铜合金材料组分包括Ni2‑2.8％、Ti3.8‑5.5％、Cr1.5‑2％、Zn1‑1.7％、V0.5‑1％、Sn0.8‑1.2％、Fe0.6‑0.8％、Al0.5‑0.8％、Ce0.1‑0.15％、Mg0.1‑0.18％、Zr0.05‑0.07％、Si0.05‑0.08％，余量为铜及不可避免的杂质；通过熔炼、均匀化处理、冷轧处理、固溶处理、时效处理、再冷轧制备，本方案中重新优选了各组分及比例，并配以专门的制备方法，经检测，制备出的铜合金在强度、弹性及导电性上表现优异。
Description
技术领域
本发明涉及铜合金材料技术领域，具体涉及穿戴系统用无铅高弹性高强度铜合金材料。
背景技术
铍青铜(铜铍合金)为以铍作为主要合金组元的合金，含有1.7-2.5％铍及少量镍、铬、钛等元素，经过淬火时效处理后，塑性很好，可以加工成各种半成品。铍青铜具有很高的硬度、弹性极限、疲劳极限和耐磨性，还具有良好的耐蚀性、导热性和导电性，受冲击时不产生火花，广泛用作重要的弹性元件、耐磨零件和防爆工具等，强度好，如制备穿戴系统中电子元件。
但铍青铜为非环保型合金，其生产过程会危害人体健康，污染环境。对此，市面上出现Cu-Ti系合金或Cu-NI等多组分合金，但均存在部分性能凸出，综合性能较差的缺点，如抗拉强度等较低，导电率较低等，需改进。
发明内容
为解决上述至少一个技术缺陷，本发明提供了如下技术方案：
本申请文件公开穿戴系统用无铅高弹性高强度铜合金材料，以质量计，铜合金材料组分包括Ni2-2.8％、Ti3.8-5.5％、Cr1.5-2％、Zn1-1.7％、V0.5-1％、Sn0.8-1.2％、Fe0.6-0.8％、Al0.5-0.8％、Ce0.1-0.15％、Mg0.1-0.18％、Zr0.05-0.07％、Si0.05-0.08％，余量为铜及不可避免的杂质；
铜合金材料的制备方法，包括以下步骤：
1)、熔炼，将按照比例称量好的各组分进行熔铸，得到铸锭；
2)、均匀化处理，在惰性气体保护下均匀化处理2-4h；
3)、将均匀化处理后铸锭进行热轧、冷轧处理；
4)、在900-980℃下进行1-2h的固溶处理，并分段冷却，第一段冷却过程：700-800℃范围内维持时间2-5min，第二段冷却过程：在30℃/秒以上的冷却速度急冷至400-450℃，并维持3-6min；
5)、时效处理，时效温度380-500℃，时间3-6h；
6)、再冷轧。
本方案中重新优选了各组分及比例，并配以专门的制备方法，经检测，制备出的铜合金在强度、弹性及导电性上表现优异。
其原理如下：
Ti在铜基质中有助提高强度及抗应力松弛性，Ni、Fe与Ti形成抑制晶粒粗化的金属间化合物以提高强度，添加Ce元素有助在铸造过程中脱氧去氢，同时起到净化溶体、细化合金晶粒，改善冷热塑性的作用，加入Al、Mg、Cr有助实现纳米级粒子的析出且Mg、Sn元素还起到提高抗应力松弛的作用，Al和Zr还可与Ti形成金属间化合物，Si生成与Ti的析出物，V、Mn等与杂质等形成高熔点化合物，Zn起到提高钎焊性及强度的作用，有助改良铸造性，上述组分化合物在该固溶及时效处理过程中可有效抑制晶界反应型析出物的生成，再度提升强度及加工性能。
进一步，以质量计，铜合金材料组分包括Ni2.2％、T i4.5％、Cr1.55％、Zn1.6％、V0.9％、Sn0.9％、Fe0.6％、Al0.7％、Ce0.13％、Mg0.15％、Zr0.055％、Si0.07％，余量为铜及不可避免的杂质。
进一步，步骤1)的熔炼过程中，熔化温度1300-1500℃，1250-1270℃进行浇铸。
进一步，步骤3)中，热轧过程中，开轧温度850-920℃，终轧温度650-750℃，热轧总变形量为70-80％；冷轧过程中，冷轧总变形量为60-75％。
热轧、冷轧配合，一方面将材料加工至所需尺寸，同时使晶粒进一步细化并增加晶界、位错、空位等以提升性能。
进一步，步骤4)中，第二段冷却过程中：在35℃/秒的冷却速度急冷至420℃。
进一步，第一段冷却过程中：750-760℃范围内维持时间3min。
该方式固溶处理后，有助减少晶界反应型析出物的生成，合金的性能优异，固溶后进行时效处理有助Cu、Ti纳米级二相粒子的析出，有助提升力学及电学性能。
进一步，步骤6)中，再冷轧过程中，冷轧总变形量为90％。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明对组分及比例进行优选，并以专门的制备方法成型，可满足穿戴用铜合金所需的强度、弹性及导电性。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
穿戴系统用无铅高弹性高强度铜合金材料的制备方法，包括以下步骤：
1)、熔炼，将按照比例称量好的各组分放入加热炉中融化，炉温1350-1380℃，1250-1260℃进行浇铸，得到铸锭；
2)、均匀化处理，在惰性气体氮气的保护下，在炉中均匀化处理2h；
3)、将均匀化处理后铸锭进行热轧处理，开轧温度850℃，终轧温度650℃，热轧总变形量为70％，每道次轧下量为40％，冷轧过程中，冷轧总变形量为60％，每道次轧下量为15％；
4)、将冷轧后物料置于加热炉中在900-920℃下进行1h的固溶处理，并分段冷却，第一段冷却过程：按照常规冷却速度降温至700-720℃范围内维持时间2min，第二段冷却过程：以30℃/秒的冷却速度急冷至400-410℃，并维持3min；
5)、时效处理，时效温度380-400℃，时间3h；
6)、再冷轧，总变形量为90％。
实施例2
穿戴系统用无铅高弹性高强度铜合金材料的制备方法，包括以下步骤：
1)、熔炼，将按照比例称量好的各组分放入加热炉中融化，炉温1400-1420℃，1260-1270℃进行浇铸，得到铸锭；
2)、均匀化处理，在惰性气体氮气的保护下，在炉中均匀化处理3h；
3)、将均匀化处理后铸锭进行热轧处理，开轧温度880℃，终轧温度680℃，热轧总变形量为80％，每道次轧下量为30％，冷轧过程中，冷轧总变形量为70％，每道次轧下量为15％；
4)、将冷轧后物料置于加热炉中在930-950℃下进行2h的固溶处理，并分段冷却，第一段冷却过程：按照常规冷却速度降温至720-730℃范围内维持时间3min，第二段冷却过程：以32℃/秒的冷却速度急冷至420-430℃，并维持4min；
5)、时效处理，时效温度420-430℃，时间4h；
6)、再冷轧，总变形量为90％。
实施例3
穿戴系统用无铅高弹性高强度铜合金材料的制备方法，包括以下步骤：
1)、熔炼，将按照比例称量好的各组分放入加热炉中融化，炉温1450-1480℃，1250-1260℃进行浇铸，得到铸锭；
2)、均匀化处理，在惰性气体氮气的保护下，在炉中均匀化处理4h；
3)、将均匀化处理后铸锭进行热轧处理，开轧温度880℃，终轧温度700℃，热轧总变形量为70％，每道次轧下量为40％，冷轧过程中，冷轧总变形量为75％，每道次轧下量为15％；
4)、将冷轧后物料置于加热炉中在950-960℃下进行2h的固溶处理，并分段冷却，第一段冷却过程：按照常规冷却速度降温至730-740℃范围内维持时间5min，第二段冷却过程：以35℃/秒的冷却速度急冷至440-450℃，并维持6min；
5)、时效处理，时效温度420-430℃，时间5h；
6)、再冷轧，总变形量为90％。
实施例4
穿戴系统用无铅高弹性高强度铜合金材料的制备方法，包括以下步骤：
1)、熔炼，将按照比例称量好的各组分放入加热炉中融化，炉温1480-1500℃，1250-1260℃进行浇铸，得到铸锭；
2)、均匀化处理，在惰性气体氮气的保护下，在炉中均匀化处理4h；
3)、将均匀化处理后铸锭进行热轧处理，开轧温度900℃，终轧温度750℃，热轧总变形量为70％，每道次轧下量为40％，冷轧过程中，冷轧总变形量为60％，每道次轧下量为15％；
4)、将冷轧后物料置于加热炉中在970-980℃下进行1.5h的固溶处理，并分段冷却，第一段冷却过程：按照常规冷却速度降温至790-800℃范围内维持时间5min，第二段冷却过程：以30℃/秒的冷却速度急冷至430-440℃，并维持6min；
5)、时效处理，时效温度380-400℃，时间3h；
6)、再冷轧，总变形量为90％。
实施例5
穿戴系统用无铅高弹性高强度铜合金材料的制备方法与实施例3一致。
实施例6
穿戴系统用无铅高弹性高强度铜合金材料的制备方法，包括以下步骤：
1)、熔炼，将按照比例称量好的各组分放入加热炉中融化，炉温1200-1230℃，1150-1160℃进行浇铸，得到铸锭；
2)、将均匀化处理后铸锭进行热轧处理，开轧温度850℃，终轧温度650℃，热轧总变形量为70％，每道次轧下量为40％，冷轧过程中，冷轧总变形量为60％，每道次轧下量为15％；
3)、将冷轧后物料置于加热炉中在850-860℃下进行1.5h的固溶处理；
4)、时效处理，时效温度350-380℃，时间6h；
5)、再冷轧，总变形量为90％。
表1、实施例1-6中组分比例(质量％)
对实施例1-6中制备的铜合金进行性能的检测，如表2所示，电导率的检测按照JISH0505标准，抗拉强度及屈服强度检测依据J ISZ2241标准进行，耐疲劳检测依据JISZ2273标准进行，抗应力松弛性(％)为样品在200℃加载100h的静态应力松弛率。
表2
从上面表2可以看出，实施例5、实施例6的电导率、抗拉、屈服强度等明显低于实施例1-4中铜合金，并且从表2中实施例1-4中检测数值可以看出明显优于市面上多种铜合金，可完全取代铜铍合金。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。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前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.穿戴系统用无铅高弹性高强度铜合金材料，其特征在于，以质量计，铜合金材料组分包括Ni2-2.8％、Ti3.8-5.5％、Cr1.5-2％、Zn1-1.7％、V0.5-1％、Sn0.8-1.2％、Fe0.6-0.8％、Al0.5-0.8％、Ce0.1-0.15％、Mg0.1-0.18％、Zr0.05-0.07％、Si0.05-0.08％，余量为铜及不可避免的杂质；
铜合金材料的制备方法，包括以下步骤：
1)、熔炼，将按照比例称量好的各组分进行熔铸，得到铸锭；
2)、均匀化处理，在惰性气体保护下均匀化处理2-4h；
3)、将均匀化处理后铸锭进行热轧、冷轧处理；
4)、在900-980℃下进行1-2h的固溶处理，并分段冷却，第一段冷却过程：700-800℃范围内维持时间2-5min，第二段冷却过程：在30℃/秒以上的冷却速度急冷至400-450℃，并维持3-6min；
5)、时效处理，时效温度380-500℃，时间3-6h；
6)、再冷轧。
2.如权利要求1所述的穿戴系统用无铅高弹性高强度铜合金材料，其特征在于：以质量计，铜合金材料组分包括Ni2.2％、Ti4.5％、Cr1.55％、Zn1.6％、V0.9％、Sn0.9％、Fe0.6％、Al0.7％、Ce0.13％、Mg0.15％、Zr0.055％、Si0.07％，余量为铜及不可避免的杂质。
3.如权利要求1所述的穿戴系统用无铅高弹性高强度铜合金材料，其特征在于：步骤1)的熔炼过程中，熔化温度1300-1500℃，1250-1270℃进行浇铸。
4.如权利要求1所述的穿戴系统用无铅高弹性高强度铜合金材料，其特征在于：步骤3)中，热轧过程中，开轧温度850-920℃，终轧温度650-750℃，热轧总变形量为70-80％；冷轧过程中，冷轧总变形量为60-75％。
5.如权利要求1所述的穿戴系统用无铅高弹性高强度铜合金材料，其特征在于：步骤4)中，第二段冷却过程中：在35℃/秒的冷却速度急冷至420℃。
6.如权利要求5所述的穿戴系统用无铅高弹性高强度铜合金材料，其特征在于：第一段冷却过程中：750-760℃范围内维持时间3min。
7.如权利要求1所述的穿戴系统用无铅高弹性高强度铜合金材料，其特征在于：步骤6)中，再冷轧过程中，冷轧总变形量为90％。
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| CN103146950A (zh) * | 2013-01-11 | 2013-06-12 | 中南大学 | 一种CuNiSi系弹性铜合金及其制备方法 |
| CN104073678A (zh) * | 2013-03-25 | 2014-10-01 | 同和金属技术有限公司 | Cu-Ti 系铜合金板材及其制造方法以及通电零件 |
| CN104278171A (zh) * | 2014-09-16 | 2015-01-14 | 中南大学 | 一种CuTi系弹性铜合金及其制备方法 |
-
2021
- 2021-06-01 CN CN202110609646.XA patent/CN113355553A/zh active Pending
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