CN114672751A - 一种高强度高硬度Cu-Ni-Co-Si合金带材的热处理工艺 - Google Patents

一种高强度高硬度Cu-Ni-Co-Si合金带材的热处理工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高强度高硬度Cu‑Ni‑Co‑Si合金带材的热处理工艺，属于有色金属热处理技术领域，解决现有技术制备的Cu‑Ni‑Co‑Si系铜合金带材强度硬度不足的技术问题，本发明采用合理的加工率，保证产品性能和尺寸的均匀性；采用钟罩式退火炉进行时效退火，并制定合理的时效温度和时效时间，保证产品时效强化的同时兼顾产品导电性能，时效退火采用特殊的冷却方式；采用气垫炉或连退炉固溶退火，保证固溶后组织均匀。总之本发明采用不同的固溶退火、时效退火、冷压延和精整处理工艺，时效过程控制冷却强度，充分利用合金时效强化的特性，制得的Cu‑Ni‑Co‑Si系铜合金带材满足力学性能需求。

Description

一种高强度高硬度Cu-Ni-Co-Si合金带材的热处理工艺
技术领域
本发明属于有色金属热处理技术领域，具体涉及的是一种高强度高硬度Cu-Ni-Co-Si合金带材的热处理工艺。
背景技术
Cu-Ni-Co-Si系合金是一类典型的固溶时效强化型合金，通过工艺设计，使合金具有高强度、高弹性、较高导电性和优良抗应力松弛等综合性能，可广泛应用于制作连接器、电器接插件、引线框架、大功率集成电路、图像影像电子元器件等电子行业。
Cu-Ni-Co-Si系铜合金带材的化学成分如下：Ni：1.0~2.5%；Si：0.5~1.2%；Co：1.0~2.0%；Mg：0.02~0.04%；Fe：≤0.2%；Zn：≤1.0%；Mn：≤0.20%；Pb：≤0.05%，其余部分为铜及不可避免的杂质。目前Cu-Ni-Co-Si系铜合金带材一般采用的生产工艺是：铸造铸锭→铸锭加热→热轧→固溶处理→铣面→冷轧→切边→退火→清洗→冷轧→退火→清洗→冷轧→退火→清洗→冷轧→清洗→拉矫→分切。该生产工艺生产的产品主要存在以下不足：抗拉强度为650MPa~750MPa，产品强度偏低；硬度为180~200HV，硬度偏低；不能满足制作连接器、电器接插件、引线框架、大功率集成电路、图像影像电子元器件等电子行业所需材料要求，Cu-Ni-Co-Si系铜合金带材的性能要求为：抗拉强度Rm≥900MPa，屈服强度Rp0.2≥870MPa；伸长率A11.3≥6.0%；硬度≥230HV。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，解决现有技术制备的Cu-Ni-Co-Si系铜合金带材强度硬度不足的技术问题，本发明提供一种高强度高硬度Cu-Ni-Co-Si合金带材的热处理工艺。
一种高强度高硬度Cu-Ni-Co-Si合金带材的热处理工艺，本发明在传统工艺基础上采用不同的固溶退火、时效退火、冷压延和精整处理工艺，重点控制热处理工艺，采用不同的冷却方式，以提高产品强度和硬度，包括以下步骤：
一种高强度高硬度Cu-Ni-Co-Si合金带材的热处理工艺，包括以下步骤：
1）、铸造铸锭；
2）、铸锭加热；
3）、热轧；
4）、第一次固溶退火：第一次固溶退火温度为650℃~850℃，冷却速度＞20℃/s；第一次固溶处理是在热轧后进行，主要是为了获得适宜的晶粒度，以保证合金高温抗蠕变性能；
5）、铣面；
6）、第一次冷轧：加工率为20%-85%；
7）、切边；
8）、第一次时效退火：第一次时效退火温度为350℃~550℃，冷却速度＞50℃/h，保温时间为4~8小时；
9）、第一次清洗；
10）、第二次冷轧：加工率为20%-85%；
11）、第二次固溶退火：第二次固溶退火温度为850℃~950℃，时间40s-50s，冷却速度＞20℃/s；
12）、第三次冷轧：加工率为20%-85%；
13）、第三次固溶退火：第三次固溶退火温度为850℃~950℃，时间40s-50s，冷却速度＞20℃/s；
14）、第二次清洗；
15）、第四次冷轧：加工率为20%-85%；
16）、第二次时效退火：第二次时效退火温度为350℃~550℃，冷却速度＞50℃/h，保温时间为4~8小时；
17）、第三次清洗；
18）、拉矫；
19）、分切。
进一步地，所述第一次时效退火、第二次时效退火采用钟罩式退火炉，第一次固溶退火、第二次固溶退火和第三次固溶退火采用气垫炉或连退炉。
Cu-Ni-Co-Si系铜合金属于时效强化型合金，其良好的综合性能需要经适当的加工和时效强化处理才能达到，时效退火过程中，为提高产品强度和硬度，除控制时效温度和时效时间外，本发明严格控制第一次时效退火与第二次时效退火的冷却速度，冷却速度＞50℃/h。第二次时效退火主要是为了提高产品强度、硬度、伸长率、导电性，90º折弯后不开裂，同时降低产品残余应力。
第二次固溶退火和第三次固溶退火主要是为了将析出相逐步溶解，获得过饱和固溶体，改善合金的塑性和韧性，因为材料在高温条件下，晶体内部发生回复和再结晶过程，合金元素溶入基体中所增加的强度大于合金发生回复再结晶所降低的强度，随着温度的升高，合金内部晶粒形核与长大的过程加剧，合金固溶度增加。
第一次冷轧、第二次冷轧、第三次冷轧、第四次冷轧主要是充分发挥合金塑性，采用尽可能大的总加工率，减少中间退火次数，随着冷轧加工率的提高，晶体内存在大量的位错和空位等缺陷，产品密度降低，配合合理的热处理工艺，保证产品性能的稳定。第四次冷轧为成品冷轧，采用合理的加工率，保证产品厚度尺寸稳定，时效退火后塑性好，90º折弯后不开裂。
与现有技术相比本发明的有益效果为：
本发明采用合理的加工率，保证产品性能和尺寸的均匀性；采用钟罩式退火炉进行时效退火，并制定合理的时效温度和时效时间，保证产品时效强化的同时兼顾产品导电性能，时效退火采用特殊的冷却方式；采用气垫炉或连退炉固溶退火，保证固溶后组织均匀。
总之本发明采用不同的固溶退火、时效退火、冷压延和精整处理工艺，时效过程控制冷却强度，充分利用合金时效强化的特性，制得的Cu-Ni-Co-Si系铜合金带材满足连接器、电器接插件、引线框架、大功率集成电路、图像影像电子元器件等的需求。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
实施例1
一种高强度高硬度Cu-Ni-Co-Si合金带材的热处理工艺，包括以下步骤：
1）、铸造铸锭；
2）、铸锭加热；
3）、热轧；
4）、第一次固溶退火：第一次固溶退火温度为750℃，冷却速度为30℃/s；经第一次固溶退火后，带材的硬度为109HV，导电率为22.3%IACS，晶粒度为0.008mm；
5）、铣面：单面铣面厚度0.7mm；
6）、第一次冷轧：加工率为82.8%，轧至带材厚度为2.5mm；
7）、切边；
8）、第一次时效退火：采用钟罩式退火炉进行第一次时效退火，第一次时效退火温度为550℃，保温时间为8h，冷却速度＞50℃/h；经第一次时效退火后，带材的抗拉强度为505MPa，伸长率为20.5%，硬度为145 HV，导电率为48.6%IACS，晶粒度为0.005mm；
9）、第一次清洗；
10）、第二次冷轧：加工率为64%，轧至带材厚度为0.9mm；
11）、第二次固溶退火：采用气垫式退火炉或连退炉进行展开式第二次固溶退火，第二次固溶退火温度为850℃，第二次固溶退火时间为45s，冷却速度为30℃/s；经第二次固溶退火后，带材的抗拉强度为380MPa，伸长率为32.5%，硬度为120 HV，导电率为22.7%IACS，晶粒度为0.010mm；
12）、第三次冷轧：加工率为55.6%，轧至带材厚度为0.4mm；
13）、第三次固溶退火：采用气垫式退火炉或连退炉进行展开式第三次固溶退火，第三次固溶退火温度为850℃，第三次固溶退火时间为45s，冷却速度为25℃/s；经第三次固溶退火后，带材的抗拉强度为400MPa，伸长率为30.5%，硬度为128 HV，导电率为23.5%IACS，晶粒度为0.010mm；
14）、第二次清洗；
15）、第四次冷轧：加工率为50%，轧至带材厚度为0.2mm；
16）、第二次时效退火：第二次时效退火温度为350℃，保温时间为6h，冷却速度＞50℃/h；
17）、第三次清洗；
18）、拉矫；
19）、分切。
本实施例1制得的高强度高硬度Cu-Ni-Co-Si合金带材的力学性能为：硬度为240HV，抗拉强度Rm为920MPa，屈服强度Rp0.2为875MPa，伸长率A11.3为8.0%，导电率为50.5%IACS，满足技术标准要求。
实施例2
一种高强度高硬度Cu-Ni-Co-Si合金带材的热处理工艺，包括以下步骤：
1）、铸造铸锭；
2）、铸锭加热；
3）、热轧；
4）、第一次固溶退火：第一次固溶退火温度为730℃，冷却速度为30℃/s；经第一次固溶退火后，带材的硬度为115HV，导电率为22.3%IACS，晶粒度为0.010mm；
5）、铣面：单面铣面厚度0.7mm；
6）、第一次冷轧：加工率为85%，轧至带材厚度为2.0mm；
7）、切边；
8）、第一次时效退火：采用钟罩式退火炉进行第一次时效退火，第一次时效退火温度为480℃，保温时间为7.5h，冷却速度＞50℃/h；经第一次时效退火后，带材的抗拉强度为600MPa，伸长率为22.3%，硬度为165 HV，导电率为55.6%IACS，晶粒度为0.008mm；
9）、第一次清洗；
10）、第二次冷轧：加工率为60%，轧至带材厚度为0.8mm；
11）、第二次固溶退火：采用气垫式退火炉或连退炉进行展开式第二次固溶退火，第二次固溶退火温度为900℃，第二次固溶退火时间为45s，冷却速度为25℃/s；经第二次固溶退火后，带材的抗拉强度为380MPa，伸长率为33.5%，硬度为118 HV，导电率为27.5%IACS，晶粒度为0.010mm；
12）、第三次冷轧：加工率为52.5%，轧至带材厚度为0.38mm；
13）、第三次固溶退火：采用气垫式退火炉或连退炉进行展开式第三次固溶退火，第三次固溶退火温度为900℃，第三次固溶退火时间为45s，冷却速度为25℃/s；经第三次固溶退火后，带材的抗拉强度为450MPa，伸长率为28.5%，硬度为120HV，导电率为28.5%IACS，晶粒度为0.010mm；
14）、第二次清洗；
15）、第四次冷轧：加工率为47.4%，轧至带材厚度为0.20mm；
16）、第二次时效退火：第二次时效退火温度为380℃，保温时间为6h，冷却速度＞50℃/h；
17）、第三次清洗；
18）、拉矫；
19）、分切。
本实施例2制得的高强度高硬度Cu-Ni-Co-Si合金带材的力学性能为：硬度为260HV，抗拉强度Rm为935MPa，屈服强度Rp0.2为880MPa，伸长率A11.3为8.5%，导电率为55.5%IACS，满足技术标准要求。
实施例3
与实施例2不同的是：第二次时效退火：第二次时效退火温度为420℃，保温时间为6h，冷却速度＞50℃/h。其余步骤及参数与实施例2相同，在此不做赘述。
本实施例3制得的高强度高硬度Cu-Ni-Co-Si合金带材的力学性能为：硬度为262HV，抗拉强度Rm为940MPa，屈服强度Rp0.2为890MPa，伸长率A11.3为10.5%，导电率为60.6%IACS，满足技术标准要求。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种高强度高硬度Cu-Ni-Co-Si合金带材的热处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1）、铸造铸锭；
2）、铸锭加热；
3）、热轧；
4）、第一次固溶退火：第一次固溶退火温度为650℃~850℃，冷却速度＞20℃/s；
5）、铣面；
6）、第一次冷轧：加工率为20%-85%；
7）、切边；
8）、第一次时效退火：第一次时效退火温度为350℃~550℃，冷却速度＞50℃/h，保温时间为4~8小时；
9）、第一次清洗；
10）、第二次冷轧：加工率为20%-85%；
11）、第二次固溶退火：第二次固溶退火温度为850℃~950℃，时间40s-50s，冷却速度＞20℃/s；
12）、第三次冷轧：加工率为20%-85%；
13）、第三次固溶退火：第三次固溶退火温度为850℃~950℃，时间40s-50s，冷却速度＞20℃/s；
14）、第二次清洗；
15）、第四次冷轧：加工率为20%-85%；
16）、第二次时效退火：第二次时效退火温度为350℃~550℃，冷却速度＞50℃/h，保温时间为4~8小时；
17）、第三次清洗；
18）、拉矫；
19）、分切。
2.根据权利要求1所述的一种高强度高硬度Cu-Ni-Co-Si合金带材的热处理工艺，其特征在于：所述第一次时效退火、第二次时效退火采用钟罩式退火炉，第一次固溶退火、第二次固溶退火和第三次固溶退火采用气垫炉或连退炉。
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