CN115786765B - 一种高强高弹铜合金箔材及其加工制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强高弹铜合金箔材及其加工制备方法,高强高弹铜合金箔材包括以下重量百分含量的组分:Ni 14.5~21.5%,Sn4.5~8.5%,Mn<0.5%,Zn<0.3%,其它杂质含量<0.1%,余量为铜,所述的高强高弹铜合箔材金箔材的厚度为0.04~2mm。通过水平连铸‑均匀化热处理‑铣面‑粗轧‑中间退火‑中轧‑中间退火‑精轧‑成品轧‑炸成品退火处理,精密控制各生产工序的条件和人为控制晶相相变,控制均匀化处理冷却速度,保证高温区快速冷却避免相变、低温区缓慢冷却避免热应力聚集,严格控制个道次加功率,具有高效率、低成本的特点,制备的强高弹铜合金箔材满足各种弹性元件的使用,实现产业化制备。

Description

一种高强高弹铜合金箔材及其加工制备方法
技术领域
本发明属于铜合金带箔材制备技术领域,具体涉及一种高强高弹铜合金箔材及其加工制备方法。
背景技术
铜镍锡合金具有高强度、高耐磨性、高耐蚀性等一系列优异特性,尤其在海水、油气及高温高负载等恶劣条件下具有超高稳定性,而广泛地应用于载流弹性元件、接触弹簧、开关、转换器、端子类的元件领域,是航空航天、国防军工、海洋工程、通讯电子等领域急需的基础材料。
铜镍锡合金属于调幅分解强化型合金,在冷加工和时效工艺的作用下,使母相通过浓度起伏连续长大形成新相。脱溶分解后在晶粒范围内形成细微的成分呈周期变化的显微组织,成分起伏的两相保持共格而产生的弹性应变场能强烈阻止位错移动,形成高强高弹铜合金,从而能够良好的应用于弹性元件领域。
铜镍锡合金制备技术掌握在美国及日本等企业,国内铜镍锡合金产品全面依赖进口。国内多家单位及高校通过实验室小批量研发铜镍锡合金材料,并不能满足实际生产。
发明内容
针对现有技术中铜镍锡合金生产工艺复杂,难以实现工业化生产的问题,本发明提供了一种高强高弹铜合金箔材及其加工制备方法,具有高效率、低成本的特点,满足各种弹性元件的使用要求。
本发明通过以下技术方案实现:
一种高强高弹铜合金箔材,包括以下重量百分含量的组分:Ni 14.5~21.5%,Sn4.5~8.5%,Mn<0.5%,Zn<0.3%,其它杂质含量<0.1%,余量为铜,所述的高强高弹铜合箔材金箔材的厚度为0.04~0.1mm。
进一步地,包括以下重量百分含量的组分:Ni 14.5~15.5%,Sn7.5~8.5%,Mn<0.5%,Zn<0.3%,其它杂质含量<0.1%,余量为铜。
进一步地,包括以下重量百分含量的组分:Ni 20.5~21.5%,Sn4.5~5.5%,Mn<0.5%,Zn<0.2%,其它杂质含量<0.1%,余量为铜。
本发明中,所述的高强高弹铜合金箔材的加工方法,包括以下步骤:
(1)水平连铸:熔炼所需成分的铜合金,熔化物经搅拌、捞渣,取样分析后转入保温炉,采用拉-停-反推的水平连铸工艺拉铸成铸坯,铸造速度为80~120mm/min;
(2)均匀化热处理:水平连铸后的铸坯进行均匀化处理,保温温度850~950℃,保温时间15~25h,出炉温度700-800℃达到控制降温速率的目的,铸坯在950~400℃范围内降温速度20~40℃/s;
(3)铣面:双面铣面,单面铣面量0.5~0.7mm;
(4) 粗轧:粗轧开坯总加工率50-60%,道次加工率依次降低,第一道次加工率25-30%,最后道次加工率低于10%;
(5)一次退火:一次退火采用二阶保温,一阶保温温度450℃/2h,二阶保温温度800℃/10h,升温速率50-80℃/h,采用水冷降温至室温;
(6)中轧:中轧总加工率50-60%,道次加工率依次降低,第一道次加工率25-30%,最后道次加工率低于15%;
(7)二次退火:二次退火为气垫炉退火,二次退火温度680~750℃,卷取速度(即退火速度)为10~15mm/min温度为680~750℃,速度为10~15mm/min;
(8)精轧:总加工率50%-60%,道次加工率依次降低,第一道次加工率25-30%,最后道次加工率低于10%;
(9)成品轧:总加工率50%-60%,单道次加工;
(10)成品退火:300~500℃保温0.5~8h,升温速率100℃/h,炉冷方式;
(11)后处理。
进一步地,步骤(3)铣面后带材的厚度为1~3 mm。
进一步地,步骤(10)中的后处理包括表面清洗钝化处理、拉弯矫直、分切和包装入库。
有益效果
本发明制备的厚度为0.04~0.1mm的高强高弹铜合金箔材,通过水平连铸-均匀化热处理-铣面-粗轧-中间退火-中轧-中间退火-精轧-成品轧-成品退火处理,精密控制各生产工序的条件和人为控制晶相相变,控制均匀化处理冷却速度,保证高温区快速冷却避免相变、低温区缓慢冷却避免热应力聚集,严格控制各道次加功率,具有高效率、低成本的特点,制备的强高弹铜合金箔材满足各种弹性元件的使用,实现产业化制备。
附图说明
图1为实施例1制备的高强高弹铜合金箔材外观图;
图2为实施例2制备的高强高弹铜合金箔材外观图;
图3为对比例1制备的高强高弹铜合金箔材外观图;
图4为对比例2制备的高强高弹铜合金箔材外观图。
具体实施方式
为了进一步理解本发明,下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述,但是应当理解,这些描述只是进一步说明本发明的特征及优点,而不是对本发明权利要求的限制。
实施例1
实施例1所述的高强高弹铜合金箔材的成分(质量百分含量)为:Cu76.7%,Ni15.0%,Sn7.65%,Mn0.354%,Zn0.117%,余量为杂质含量,所述的高强高弹铜合金箔材的厚度为0.04mm;
(1)水平连铸:熔炼所需成分的铜合金,熔化物经搅拌、捞渣,取样分析后转入保温炉,采用拉-停-反推的水平连铸工艺拉铸成铸坯,铸造速度为120mm/min;
(2)均匀化热处理:水平连铸后的铸坯进行均匀化处理,保温温度850℃,保温时间25h,铸坯在950~400℃范围内降温速度40℃/s;在400~50℃范围内温降速度8℃/s;
(3)铣面:双面铣面,单面铣面量0.5mm,铣面后合金的厚度为1.12mm;
(4)粗轧:粗轧开坯总加工率60%,共6个道次,道次加工率依次降低,第一道次加工率30%,最后道次加工率9%,粗轧后厚度0.45mm
(5)一次退火:一次退火采用二阶保温,一阶保温温度450℃/2h,二阶保温温度800℃/10h,升温速率80℃/h,采用水冷降温至室温;
(6)中轧:中轧总加工率55%,共4个道次,道次加工率依次降低,第一道次加工率25%,最后道次加工率14%,中轧后厚度为0.2mm;
(7)二次退火:使用气垫炉连续退火方式,二次退火温度680℃,卷取速度(即退火速度)为10mm/min;
(8)精轧:总加工率60%,共4个道次,道次加工率依次降低,第一道次加工率30%,最后道次加工率8%,精轧后的厚度为0.08mm;
(9)成品轧:加工率50%,单道次压下至目标厚度0.04mm;
(10)时效处理:根据产品性能要求,温度450℃,退火时间6h,升温速率100℃/h;
(11)后处理:表面清洗钝化处理、拉弯矫直、分切、包装入库。
实施例2
实施例2所述的高强高弹铜合金箔材的成分(质量百分含量)为:Ni =20.1%,Sn=4.8%,Mn=0.452%,Zn=0.109%,其它杂质含量<0.1%,余量为铜,所述的高强高弹铜合箔材金箔材的厚度为0.08mm;
(1)水平连铸:熔炼所需成分的铜合金,熔化物经搅拌、捞渣,取样分析后转入保温炉,采用拉-停-反推的水平连铸工艺拉铸成铸坯,铸造速度为80mm/min;
(2)均匀化热处理:水平连铸后的铸坯进行均匀化处理,保温温度860℃,保温时间15h,铸坯在950~400℃范围内降温速度40℃/s;在400~50℃范围内温降速度8℃/s;
(3)铣面:双面铣面,单面铣面量0.5mm,铣面后厚度为2.2mm;
(4)粗轧:粗轧开坯总加工率60%,共6个道次,道次加工率依次降低,第一道次加工率30%,最后道次加工率9%,粗轧后厚度为0.88mm;
(5) 一次退火:一次退火采用二阶保温,一阶保温温度450℃/2h,二阶保温温度800℃/10h,升温速率80℃/h,采用水冷降温至室温;
(6)中轧:中轧总加工率55%,共4个道次,道次加工率依次降低,第一道次加工率25%,最后道次加工率14%,中轧后厚度为0.4mm;
(7)二次退火:使用气垫炉连续退火方式,二次退火温度680℃,卷取速度(即退火速度)为10mm/min;
(8)精轧:总加工率60%,共4个道次,道次加工率依次降低,第一道次加工率30%,最后道次加工率8%,精轧后厚度为0.16mm;
(9)成品轧:加工率50%,单道次压下至目标厚度0.08mm;
(10)时效处理:温度450℃,退火时间6h,升温速率100℃/h;
(11)后处理:表面清洗钝化处理、拉弯矫直、分切、包装入库。
对比例1
与实施例1相比,对比例1步骤(2)均匀化热处理中:保温结束后,始终保持慢速降温,降温速率为1℃/min,其它步骤与实施例1相同。
对比例2
与实施例1相比,对比例1步骤(4)粗轧开坯中:共5个道次,第一道次加工率35%,最后道次加工率9%,其它步骤与实施例1相同。
高强高弹铜合金箔材的加工性能对比
对实施例1~2和对比例1~2制备的高强高弹铜合金箔材中间加工过程,主要体现在铸坯均匀化处理和粗轧开坯过程的区别,对成品率进行分析,结果如下表1所述,实施例1~2中均匀化处理的冷却速度提高,增加了工序成品率,减少减小了坯料边部开裂;实施例中粗轧开坯的第一道次加工率减少到30%,能够有效降低加工硬化程度,避免开坯轧制过程中板材发生纵向开裂。
表1

Claims (4)

1.一种高强高弹铜合金箔材的加工方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)水平连铸:熔炼所需成分的铜合金,熔化物经搅拌、捞渣,取样分析后转入保温炉,采用拉-停-反推的水平连铸工艺拉铸成铸坯,铸造速度为80~120mm/min;
(2)均匀化热处理:水平连铸后的铸坯进行均匀化处理,保温温度850~950℃,保温时间15~25h,出炉温度700-800℃达到控制降温速率的目的,铸坯在950~400℃范围内降温速度20~40℃/s;
(3)铣面:双面铣面,单面铣面量0.5~0.7mm;
(4)粗轧:粗轧开坯总加工率50-60%,道次加工率依次降低,第一道次加工率25-30%,最后道次加工率低于10%;
(5)一次退火:一次退火采用二阶保温,一阶保温温度450℃/2h,二阶保温温度800℃/10h,升温速率50-80℃/h,采用水冷降温至室温;
(6)中轧:中轧总加工率50-60%,道次加工率依次降低,第一道次加工率25-30%,最后道次加工率低于15%;
(7)二次退火:二次退火为气垫炉退火,二次退火温度680~750℃,卷取速度为10~15mm/min;
(8)精轧:总加工率50%-60%,道次加工率依次降低,第一道次加工率25-30%,最后道次加工率低于10%;
(9)成品轧:总加工率50%-60%,单道次加工;
(10)成品退火:300~500℃保温0.5~8h,升温速率100℃/h,炉冷方式;
(11)后处理:表面清洗钝化处理、拉弯矫直、分切和包装入库;
所述的高强高弹铜合金箔材包括以下重量百分含量的组分:Ni 14.5~21.5%,Sn4.5~8.5%,Mn<0.5%,Zn<0.3%,其它杂质含量<0.1%,余量为铜,所述的高强高弹铜合金箔材的厚度为0.04~0.1mm。
2.根据权利要求1所述的高强高弹铜合金箔材的加工方法,其特征在于,包括以下重量百分含量的组分:Ni 14.5~15.5%,Sn7.5~8.5%,Mn<0.5%,Zn<0.3%,其它杂质含量<0.1%,余量为铜。
3.根据权利要求1所述的高强高弹铜合金箔材的加工方法,其特征在于,包括以下重量百分含量的组分:Ni 20.5~21.5%,Sn4.5~5.5%,Mn<0.5%,Zn<0.2%,其它杂质含量<0.1%,余量为铜。
4.根据权利要求1所述的高强高弹铜合金箔材的加工方法,其特征在于,步骤(3)铣面后带材的厚度为1~3 mm。
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