CN113403499A - 一种导电弹性Cu-Ti-Ni-V合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种导电弹性Cu‑Ti‑Ni‑V合金，按质量百分比由以下组分组成：Cu92.5‑94.5％、Ti2.5‑3.5％、Ni2.5‑3.5％、V0.5‑1.5％，以上各组分质量百分比之和为100％。本发明还公开了一种导电弹性Cu‑Ti‑Ni‑V合金的制备方法，具体操作步骤如下：将铜、海绵钛、镍、钒在真空感应炉中进行熔炼，在气氛管式炉中进行均匀化处理、固溶处理、时效处理等步骤。与现有导电弹性铜合金制备相比较，本发明的制备方法简单可行，获得的Cu‑Ti‑Ni‑V合金综合性能优异。该合金强度、延伸率、硬度和导电率分别为482～512MPa、27.2～29.5％、180～187HV、28.56～30.45％IACS。
Description
技术领域
本发明属于金属材料技术领域，具体涉及一种导电弹性Cu-Ti-Ni-V合金，还涉及一种导电弹性Cu-Ti-Ni-V合金的制备方法。
背景技术
铜基合金具有良好的导电导热性能和优异的机械性能，在导电器件、仪器仪表、计算机技术、通讯技术及精密机械制造等领域得到广泛的应用。迄今为止，已被应用于工业化中的铜合金达到上百种之多，以铍青铜的应用最为成熟。铍青铜具有优异的导电性、导热性、优良的高强度、以及良好的耐疲劳和耐蚀性。铍青铜性能出众，在现代工业化进展中发挥重要作用，但是其生产成本较高，在生产过程中生成铍的氧化物等有毒物质，不符合绿色环保理念，并且铍青铜生产工艺复杂，高温稳定性较差。近年来国内外不断寻求可替代铍青铜的新型环保的导电弹性铜合金，开发出一种力学性能、导电性能、高温性能优良的新型铜合金有着重要的工程意义和实用价值。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种生产工艺简单、绿色环保、成本低廉、延伸率高、导电性良好的Cu-Ti-Ni-V合金及其制备方法，解决了现有技术中Cu-Ti合金导电性差的问题。
本发明的另一个目的是提供一种导电弹性Cu-Ti-Ni-V合金的制备方法。
本发明所采用的第一种技术方案是，一种导电弹性Cu-Ti-Ni-V合金，按质量百分比由以下组分组成：Cu92.5-94.5％、Ti2.5-3.5％、Ni2.5-3.5％，V0.5-1.5％、以上各组分质量百分比之和为100％。
本发明所采用的第二种技术方案是，一种导电弹性Cu-Ti-Ni-V合金的制备方法，具体步骤如下：
步骤1，按质量百分比称取以下材料：铜块92.5-94.5％、海绵钛2.5-3.5％、镍块2.5-3.5％、钒块0.5-1.5％，以上各组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将铜块、海绵钛、镍块和钒块放入坩埚中，坩埚选用镁砂材质，在真空感应熔炼炉中进行熔炼，熔炼完成后，熔融态液态金属在水冷铜坩埚中浇注冷却，得到合金铸锭；
步骤3，将合金铸锭放入气氛管式炉中进行均匀化处理，待炉温升到900-950℃后，保温6-10小时，保温结束后随炉冷却，得到均匀化合金铸锭，均匀化过程通入氩气保护；
步骤4，均匀化处理过的样品再次放入气氛管式炉中进行固溶处理，待炉温升到800-900℃后，保温3-5小时，保温结束后进行淬水处理，得到固溶态合金铸锭，固溶处理过程通入氩气保护；
步骤5，将固溶处理后合金铸锭置入气氛管式炉中进行时效处理，待炉温升到350-550℃后，保温2-10小时，保温结束后随炉冷却，时效处理过程通入氩气保护。
本发明的特点还在于，
步骤2的熔炼真空度为不小于10-3Pa。
步骤4的淬水水温为20-30℃。
步骤1的铜块纯度不小于99.9％，海绵钛纯度不小于99.9％，镍块纯度不小于99.9％，钒块纯度不小于99.9％。
步骤3、步骤4和步骤5的保护气体是氩气。
本发明的有益效果是：本发明的一种高强高导Cu-Ti-Ni-V合金，Ni与Ti形成金属间化合物，提高合金抗拉强度、硬度，导电率，V的引入能够起到细化晶粒，进一步增强合金基体。因此，通过简单可行的热处理方法，即可获得综合性能良好的导电弹性铜合金。
附图说明
图1是本发明一种导电弹性Cu-Ti-Ni-V合金的制备方法流程图；
图2是本发明一种导电弹性Cu-Ti-Ni-V合金显微组织照片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提供一种导电弹性Cu-Ti-Ni-V合金，按质量百分比由以下组分组成：Cu92.5-95.5％、Ti2.5-3.5％、Ni2.5-3.5％、V0.5-1.5％，以上各组分质量百分比之和为100％。
一种导电弹性Cu-Ti-Ni-V合金及制备流程如图1所示，包括以下操作步骤：
步骤1，按质量百分比称取以下材料：纯度不小于99.9％的铜块92.5-94.5％、纯度不小于99.9％的海绵钛2.5-3.5％、纯度不小于99.9％的镍块2.5-3.5％和纯度不小于99.9％的钒块0.5-1.5％，以上各组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将铜、海绵钛、镍和钒放入坩埚中，坩埚选用镁砂材质，在真空感应熔炼炉中进行熔炼，真空度不小于10-3Pa，熔炼完成后，熔融态液态金属在水冷铜坩埚中浇注冷却，得到合金铸锭；
步骤3，将合金铸锭放入气氛管式炉中进行均匀化处理，待炉温升到900-950℃后，保温6-10小时，保温结束后随炉冷却，得到均匀化合金铸锭，均匀化过程通入氩气保护；
步骤4，均匀化处理过的样品再次放入气氛管式炉中进行固溶处理，待炉温升到800-900℃后，保温3-5小时，保温结束后进行淬水处理，淬水水温为20-30℃，得到固溶态合金铸锭，固溶处理过程通入氩气保护；
步骤5，将固溶处理后合金铸锭置入气氛管式炉中进行时效处理，待炉温升到350-550℃后，保温2-10小时，保温结束后随炉冷却，时效处理过程通入氩气保护，即获得导电弹性Cu-Ti-Ni-V合金。
实施例1
步骤1，按质量百分比称取以下材料：纯度不小于99.9％的铜9.45kg、纯度不小于99.9％的海绵钛0.25kg、纯度不小于99.9％的镍0.25kg和纯度不小于99.9％的钒0.05kg，以上各组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将铜块、海绵钛、镍块和钒块放入坩埚中，坩埚选用镁砂材质，在真空感应熔炼炉中进行熔炼，熔炼真空度0.3×10-3Pa，熔炼完成后，熔融态液态金属在水冷铜坩埚中浇注冷却，得到合金铸锭；
步骤3，将合金铸锭放入气氛管式炉中进行均匀化处理，待炉温升到900℃后，保温10小时，保温结束后随炉冷却，得到均匀化合金铸锭，均匀化过程通入氩气保护；
步骤4，均匀化处理过的样品再次放入气氛管式炉中进行固溶处理，待炉温升到800℃后，保温5小时，保温结束后进行淬水处理，淬水水温为20℃，得到固溶态合金铸锭，固溶处理过程通入氩气保护；
步骤5，将固溶处理后合金铸锭置入气氛管式炉中进行时效处理，待炉温升到350℃后，保温10小时，保温结束后随炉冷却，时效处理过程通入氩气保护，即获得导电弹性Cu-Ti-Ni-V合金。
实施例2
步骤1，按质量百分比称取以下材料：纯度不小于99.9％的铜9.25kg、纯度不小于99.9％的海绵钛0.35kg、纯度不小于99.9％的镍0.35kg和纯度不小于99.9％的钒0.05kg，以上各组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将铜块、海绵钛、镍块和钒块放入坩埚中，坩埚选用镁砂材质，在真空感应熔炼炉中进行熔炼，熔炼真空度0.4×10-3Pa，熔炼完成后，熔融态液态金属在水冷铜坩埚中浇注冷却，得到合金铸锭；
步骤3，将合金铸锭放入气氛管式炉中进行均匀化处理，待炉温升到910℃后，保温9小时，保温结束后随炉冷却，得到均匀化合金铸锭，均匀化过程通入氩气保护；
步骤4，均匀化处理过的样品再次放入气氛管式炉中进行固溶处理，待炉温升到820℃后，保温4.5小时，保温结束后进行淬水处理，淬水水温为24℃，得到固溶态合金铸锭，固溶处理过程通入氩气保护；
步骤5，将固溶处理后合金铸锭置入气氛管式炉中进行时效处理，待炉温升到400℃后，保温8小时，保温结束后随炉冷却，时效处理过程通入氩气保护，即获得导电弹性Cu-Ti-Ni-V合金。
实施例3
步骤1，按质量百分比称取以下材料：纯度不小于99.9％的铜9.35kg、纯度不小于99.9％的海绵钛0.25kg、纯度不小于99.9％的镍0.25kg和纯度不小于99.9％的钒0.15kg，以上各组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将铜块、海绵钛、镍块和钒块放入坩埚中，坩埚选用镁砂材质，在真空感应熔炼炉中进行熔炼，熔炼真空度0.6×10-3Pa，熔炼完成后，熔融态液态金属在水冷铜坩埚中浇注冷却，得到合金铸锭；
步骤3，将合金铸锭放入气氛管式炉中进行均匀化处理，待炉温升到920℃后，保温8小时，保温结束后随炉冷却，得到均匀化合金铸锭，均匀化过程通入氩气保护；
步骤4，均匀化处理过的样品再次放入气氛管式炉中进行固溶处理，待炉温升到840℃后，保温5小时，保温结束后进行淬水处理，淬水水温为25℃，得到固溶态合金铸锭，固溶处理过程通入氩气保护；
步骤5，将固溶处理后合金铸锭置入气氛管式炉中进行时效处理，待炉温升到450℃后，保温6小时，保温结束后随炉冷却，时效处理过程通入氩气保护，即获得导电弹性Cu-Ti-Ni-V合金。
实施例4
步骤1，按质量百分比称取以下材料：纯度不小于99.9％的铜9.30kg、纯度不小于99.9％的海绵钛0.30kg、纯度不小于99.9％的镍0.30kg和纯度不小于99.9％的钒0.10kg，以上各组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将铜块、海绵钛、镍块和钒块放入坩埚中，坩埚选用镁砂材质，在真空感应熔炼炉中进行熔炼，熔炼真空度0.3×10-3Pa，熔炼完成后，熔融态液态金属在水冷铜坩埚中浇注冷却，得到合金铸锭；
步骤3，将合金铸锭放入气氛管式炉中进行均匀化处理，待炉温升到930℃后，保温7小时，保温结束后随炉冷却，得到均匀化合金铸锭，均匀化过程通入氩气保护；
步骤4，均匀化处理过的样品再次放入气氛管式炉中进行固溶处理，待炉温升到870℃后，保温3.5小时，保温结束后进行淬水处理，淬水水温为27℃，得到固溶态合金铸锭，固溶处理过程通入氩气保护；
步骤5，将固溶处理后合金铸锭置入气氛管式炉中进行时效处理，待炉温升到500℃后，保温4小时，保温结束后随炉冷却，时效处理过程通入氩气保护，即获得导电弹性Cu-Ti-Ni-V合金。
实施例5
步骤1，按质量百分比称取以下材料：纯度不小于99.9％的铜块9.30kg、纯度不小于99.9％的海绵钛0.32kg、纯度不小于99.9％的镍块0.28kg和纯度不小于99.9％的钒0.10kg，以上各组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将铜、海绵钛、镍和钒放入坩埚中，坩埚选用镁砂材质，在真空感应熔炼炉中进行熔炼，熔炼真空度0.7×10-3Pa，熔炼完成后，熔融态液态金属在水冷铜坩埚中浇注冷却，得到合金铸锭；
步骤3，将合金铸锭放入气氛管式炉中进行均匀化处理，待炉温升到950℃后，保温6小时，保温结束后随炉冷却，得到均匀化合金铸锭，均匀化过程通入氩气保护；
步骤4，均匀化处理过的样品再次放入气氛管式炉中进行固溶处理，待炉温升到900℃后，保温3小时，保温结束后进行淬水处理，淬水水温为30℃，得到固溶态合金铸锭，固溶处理过程通入氩气保护；
步骤5，将固溶处理后合金铸锭置入气氛管式炉中进行时效处理，待炉温升到550℃后，保温2小时，保温结束后随炉冷却，时效处理过程通入氩气保护，即获得导电弹性Cu-Ti-Ni-V合金。
Ti元素含量为2.2～3.5wt.％Ti的Cu-Ti合金具有优良的力学性能，但是其导电性能很差。基于以上原因，国内外学者研究了Cu-3Ti系列合金，Ni与Ti有较强的亲和力能够形成Ni3Ti金属间化合物，但是经研究发现Ni的加入会使Cu-Ti-Ni合金晶粒粗大，降低了合金强度，V元素可降低铜的扩散系数，抑制晶界迁移且会生成弥散分布的微小粒子，从而使晶粒细化，因此加入1wt.％V可能会使Cu-Ti-Ni合金晶粒细化以达到合金的导电率与强度一致增长的目的。
图2是Cu-Ti-Ni-V合金显微组织图片，可以看出，晶粒内部有密集的短棒状析出相出现，并且析出细长针状相。
表1实施例与Cu-Ti合金性能参数比较
由实施例1到实施例5可以明显看出，本发明方法制备的Cu-Ti-Ni-V合金与Cu-Ti合金相比较，硬度和强度降低，但延伸率与导电率均显著提高。
Claims (6)
1.一种导电弹性Cu-Ti-Ni-V合金，其特征在于，按质量百分比由以下组分组成：Cu92.5-94.5％、Ti 2.5-3.5％、Ni 2.5-3.5％、V0.5-1.5％，以上各组分质量百分比之和为100％。
2.一种导电弹性Cu-Ti-Ni-V合金的制备方法，其特征在于，具体操作步骤如下：
步骤1，按质量百分比称取以下材料：铜92.5-94.5％、海绵钛2.5-3.5％、镍2.5-3.5％和钒0.5-1.5％，以上各组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将铜、海绵钛、镍和钒放入坩埚中，坩埚选用镁砂材质，在真空感应熔炼炉中进行熔炼，熔炼完成后，熔融态液态金属在水冷铜坩埚中浇注冷却，得到合金铸锭；
步骤3，将合金铸锭放入气氛管式炉中进行均匀化处理，待炉温升到900-950℃后，保温6-10小时，保温结束后随炉冷却，得到均匀化合金铸锭，均匀化过程通入氩气保护；
步骤4，均匀化处理过的样品再次放入气氛管式炉中进行固溶处理，待炉温升到800-900℃后，保温3-5小时，保温结束后进行淬水处理，得到固溶态合金铸锭，固溶处理过程通入氩气保护；
步骤5，将固溶处理后合金铸锭置入气氛管式炉中进行时效处理，待炉温升到350-550℃后，保温2-10小时，保温结束后随炉冷却，时效处理过程通入氩气保护，即获得导电弹性Cu-Ti-Ni-V合金。
3.根据权利要求2所述的一种导电弹性Cu-Ti-Ni-V合金的制备方法，其特征在于，步骤1所述的铜纯度不小于99.9％，海绵钛纯度不小于99.9％，镍纯度不小于99.9％，钒纯度不小于99.9％。
4.根据权利要求2所述的一种导电弹性Cu-Ti-Ni-V合金的制备方法，其特征在于，步骤2所述的熔炼真空度为不小于10-3Pa。
5.根据权利要求2所述的一种导电弹性Cu-Ti-Ni-V合金的制备方法，其特征在于，步骤4所述的淬水水温为20-30℃。
6.根据权利要求2所述的一种导电弹性Cu-Ti-Ni-V合金的制备方法，其特征在于，步骤3、步骤4和步骤5所述的保护气体均是氩气。
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