CN115976364A - 一种高强导积铜合金及其制备方法 - Google Patents

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宋涛
汤德林
王肇飞
王鲁宁
崔华春
张绥鹏
张倩倩
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Abstract

本发明属于金属材料技术领域,涉及一种高强导积铜合金及其制备方法,该高强导积铜合金的组分包括Be:0.2‑0.4wt%;Ni:0.4‑0.7wt%;Co:0.4‑0.8wt%;Cr:0.7‑1.0wt%;Zr:0.1‑0.15%;Nd:0.01‑0.1%;Cu:余量。本发明的铜合金材料兼顾高强度和高导电率的特性,根据添加元素的不同性质,发挥其对合金性能的不同影响;添加稀土可以细化晶粒同时去除一定的杂质;真空熔铸避免添加的多种微量金属元素氧化烧损;配合相应的热变形以及分级固溶和分级时效处理,使材料的晶粒组织均匀、析出相弥散分布、力学性能大幅提升,最终获得具有高强导积、综合性能优异的铜合金材料。

Description

一种高强导积铜合金及其制备方法
技术领域
本发明属于金属材料技术领域,尤其涉及一种高强导积铜合金及其制备方法。
背景技术
高强高导铜合金具有优良综合性能,是众多高新技术领域的关键材料具有较高的强度及优良的导电性能,广泛应用于航空航天、高速铁路、新能源汽车、电子信息等领,可以用其制备缝焊滚轮、焊矩喷嘴、电阻焊电极、集成电路引线框架、高速铁路列车接触线等,这些领域不仅要求铜及铜合金材料具备足够的强度、硬度、耐蚀性、高抗应力松弛等性能,还需要保持良好的导电、导热性能。虽然合金化法是制备高强高导铜合金的基本方法,但是合金化法也使铜合金高强度和高导电性之间存在着矛盾,难以兼顾高电导率和高强度,在提高某一个性能的基础上,另一性能都将出现一定程度的下降,这一矛盾贯穿于高强高导铜合金研究与开发。
发明内容
本发明针对上述的现有技术存在的不足,提供一种高强导积铜合金及其制备方法。
本发明的具体技术方案如下:
本发明第一个目的在于提供一种高强导积铜合金,包括以下质量组分:Be:0.2-0.4wt%;Ni:0.4-0.7wt%;Co:0.4-0.8wt%;Cr:0.7-1.0wt%;Zr:0.1-0.15%;Nd:0.01-0.1%;Cu:余量。
在各个组分中,Ni能够延缓再结晶,抑制时效中的晶界反应,加入适当的Ni能够使合金的机械性能提高;Co能够能够阻碍合金加热时晶粒长大;Cr能够借助沉淀硬化提高机械性能;Nd可以细化晶粒同时去除一定的杂质。
优选地,所述高强导积铜合金,包括以下质量组分:Be:0.25wt%;Ni:0.6wt%;Co:0.5wt%;Cr:0.8wt%;Zr:0.11wt%;Nd:0.05wt%;Cu:余量。
本发明第二个目的在于提供一种高强导积铜合金的制备方法,包括如下步骤:S1配料、S2真空熔铸、S3锻造变形、S4分级固溶处理、S5冷锻变形和S6分级时效。
进一步地,所述高强导积铜合金的制备方法,包括如下步骤:
S1配料:电解铜、铍铜母合金,金属镍,金属钴,铬铜中间合金,金属钴、海绵锆,稀土金属钕;
S2真空熔铸:在熔炼室先加入的电解铜、10%铍铜母合金,金属镍,金属钴,铬铜中间合金,金属钴、海绵锆,关闭熔炼室抽真空,其真空度为10-20Pa,熔炼温度为1350-1380℃,熔化后加入稀土金属钕,浇铸温度为1100℃-1200℃;
S3锻造变形:在锻造变形中,温度为900-1000℃,变形量为30-60%;
S4分级固溶处理:分两级进行固溶处理,温度为700-800℃保温2-3小时,升温至900-980℃保温2-4小时,油淬冷却;
S5冷锻变形:经30-40%量的冷锻变形;
S6分级时效:温度为150-200℃保温2-3小时,升温至400-500℃保2-4小时,空冷。
本发明采用上述技术特征具有如下技术效果:
采用真空熔铸防止金属铍元素氧化挥发,避免对操作人员产生危害;分级固溶的作用是在固溶温度线下对合金内的多组分的金属元素进行预均匀处理,使各元素的固溶能更加充分,同时避免样固溶初期,样品内外温差过大导致的晶粒组织不均匀以及开裂的现象;分级时效处理避免长时间高温时效导致析出相聚集现象,降低强化效果,同时又能保证整体的时效强化效果。
本发明的有益效果为:
本发明提供的高强导积铜合金,兼顾高强度和高导电率的特性;根据添加元素的不同性质特点,发挥其对合金性能的不同影响;添加稀土可以细化晶粒同时去除一定的杂质。在制备时,该强导积铜合金采用真空熔铸,可避免添加的多种微量金属元素氧化烧损;配合相应的热变形以及分级固溶和分级时效处理,使材料的晶粒组织均匀、析出相弥散分布、力学性能大幅提升,最终获得具有高强导积、综合性能优异的铜合金材料。该发明生产的铜合金材料可达到抗拉强度778Mpa,屈服强度729Mpa,断后伸长率16.4%,导电率65.5IACS%,其强导积达到50966.78。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的高强导积铜合金的金相图片;
a-100μm;b-200μm。
具体实施方式
以下结合实例对本发明的原理和特征进行描述,所举实例只用于解释本发明,并非用于限定本发明的范围。
实施例1:
一种高强导积铜合金的制备方法,包括如下步骤:
S1配料:电解铜、铍铜母合金,金属镍,金属钴,铬铜中间合金,金属钴、海绵锆,稀土金属钕;所述铍铜母合金中铍元素的含量为10wt%;使得高强导积铜合金的组分满足Be:0.25wt%;Ni:0.6wt%;Co:0.5wt%;Cr:0.8wt%;Zr:0.11wt%;Nd:0.05wt%;Cu:余量;
S2真空熔铸:在熔炼室先加入的电解铜、10%铍铜母合金,金属镍,金属钴,铬铜中间合金,金属钴、海绵锆,关闭熔炼室抽真空,其真空度为15Pa,熔炼温度为1350℃,熔化后加入稀土金属钕,浇铸温度为1100℃;
S3锻造变形:在锻造变形中,温度为900℃,变形量为45%;
S4分级固溶处理:分两级进行固溶处理,温度为750℃保温2小时,升温至950℃保温2小时,油淬冷却;
S5冷锻变形:壁厚的变形量为30%-50%;;
S6分级时效:温度为180℃保温2小时,升温至450℃保3小时,空冷。
实施例2:
一种高强导积铜合金的制备方法,包括如下步骤:
S1配料:电解铜、铍铜母合金,金属镍,金属钴,铬铜中间合金,金属钴、海绵锆,稀土金属钕;所述铍铜母合金中铍元素的含量为10wt%;使得高强导积铜合金的组分满足Be:0.25wt%;Ni:0.6wt%;Co:0.5wt%;Cr:0.8wt%;Zr:0.11wt%;Nd:0.05wt%;Cu:余量;
S2真空熔铸:在熔炼室先加入的电解铜、10%铍铜母合金,金属镍,金属钴,铬铜中间合金,金属钴、海绵锆,关闭熔炼室抽真空,其真空度为15Pa,熔炼温度为1350℃,熔化后加入稀土金属钕,浇铸温度为1100℃;
S3锻造变形:在锻造变形中,温度为900℃,变形量为45%;
S4分级固溶处理:分两级进行固溶处理,温度为750℃保温2小时,升温至950℃保温2小时,油淬冷却;
S5冷锻变形:经30-40%量的冷锻变形;
S6分级时效:温度为180℃保温2小时,升温至500℃保3小时,空冷。
对比例1:
一种高强导积铜合金的制备方法,包括如下步骤:
S1配料:电解铜、铍铜母合金,金属镍,金属钴,铬铜中间合金,金属钴、海绵锆,稀土金属钕;所述铍铜母合金中铍元素的含量为10wt%;使得高强导积铜合金的组分满足Be:0.25wt%;Ni:0.6wt%;Co:0.5wt%;Cr:0.8wt%;Zr:0.11wt%;Nd:0.05wt%;Cu:余量;
S2真空熔铸:在熔炼室先加入的电解铜、10%铍铜母合金,金属镍,金属钴,铬铜中间合金,金属钴、海绵锆,关闭熔炼室抽真空,其真空度为15Pa,熔炼温度为1350℃,熔化后加入稀土金属钕,浇铸温度为1100℃;
S3锻造变形:在锻造变形中,温度为900℃,变形量为45%;
S4固溶处理:一级固溶处理,温度950℃保温2小时,油淬冷却;
S5冷锻变形:经30-40%量的冷锻变形;
S6分级时效:温度为180℃保温2小时,升温至450℃保3小时,空冷。
对比例2
一种高强导积铜合金的制备方法,包括如下步骤:
S1配料:电解铜、铍铜母合金,金属镍,金属钴,铬铜中间合金,金属钴、海绵锆,稀土金属钕;所述铍铜母合金中铍元素的含量为10wt%;使得高强导积铜合金的组分满足Be:0.25wt%;Ni:0.6wt%;Co:0.5wt%;Cr:0.8wt%;Zr:0.11wt%;Nd:0.05wt%;Cu:余量;
S2真空熔铸:在熔炼室先加入的电解铜、10%铍铜母合金,金属镍,金属钴,铬铜中间合金,金属钴、海绵锆,关闭熔炼室抽真空,其真空度为15Pa,熔炼温度为1350℃,熔化后加入稀土金属钕,浇铸温度为1100℃;
S3锻造变形:在锻造变形中,温度为900℃,变形量为45%;
S4固溶处理:一级固溶处理,温度950℃保温2小时,油淬冷却;
S5冷锻变形:经30-40%量的冷锻变形;
S6时效处理:温度450℃保3小时,空冷。
对比例3
一种高强导积铜合金的制备方法,包括如下步骤:
S1配料:电解铜、铍铜母合金,金属镍,金属钴,铬铜中间合金,金属钴、海绵锆,稀土金属钕;所述铍铜母合金中铍元素的含量为10wt%;使得高强导积铜合金的组分满足Be:0.25wt%;Ni:0.6wt%;Co:0.5wt%;Cr:0.8wt%;Zr:0.11wt%;Nd:0.05wt%;Cu:余量;
S2真空熔铸:在熔炼室先加入的电解铜、10%铍铜母合金,金属镍,金属钴,铬铜中间合金,金属钴、海绵锆,关闭熔炼室抽真空,其真空度为15Pa,熔炼温度为1350℃,熔化后加入稀土金属钕,浇铸温度为1100℃;
S3锻造变形:在锻造变形中,温度为900℃,变形量为45%;
S4分级固溶处理:分两级进行固溶处理,温度为750℃保温2小时,升温至950℃保温2小时,油淬冷却;
S5冷锻变形:经30-40%量的冷锻变形;
S6时效处理:温度450℃保3小时,空冷。
性能测试结果见下表:
Figure BDA0003966336380000061
实施例1制备的高强导积铜合金的金相图片如图1所示。
综上可以看出,本发明提供的高强导积铜合金,兼顾高强度和高导电率的特性;根据添加元素的不同性质特点,发挥其对合金性能的不同影响;添加稀土可以细化晶粒同时去除一定的杂质。在制备时,该强导积铜合金采用真空熔铸,可避免添加的多种微量金属元素氧化烧损;配合相应的热变形以及分级固溶和分级时效处理,使材料的晶粒组织均匀、析出相弥散分布、力学性能大幅提升,最终获得具有高强导积、综合性能优异的铜合金材料。
本发明实施例1高强导积铜合金与传统材料性能对照表,见下表,可以看出,本发明实施例1高强导积铜合金的强导积达到50966.78,高于传统的多数材料,同时该强导积材料还保持较高的屈服强度和断后伸长率。
Figure BDA0003966336380000071
可以理解,本发明是通过一些实施例进行描述的,本领域技术人员知悉的,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外,在本发明的教导下,可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此,本发明不受此处所公开的具体实施例的限制,所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

Claims (4)

1.一种高强导积铜合金,其特征在于,包括以下质量组分:Be:0.2-0.4wt%;Ni:0.4-0.7wt%;Co:0.4-0.8wt%;Cr:0.7-1.0wt%;Zr:0.1-0.15%;Nd:0.01-0.1%;Cu:余量。
2.根据权利要求1所述的高强导积铜合金及其制备方法,其特征在于,包括以下质量组分:Be:0.25wt%;Ni:0.6wt%;Co:0.5wt%;Cr:0.8wt%;Zr:0.11wt%;Nd:0.05wt%;Cu:余量。
3.一种如权利要求1或2所述的高强导积铜合金的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:S1配料、S2真空熔铸、S3锻造变形、S4分级固溶处理、S5冷锻变形和S6分级时效。
4.根据权利要求3所述的高强导积铜合金的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1配料:电解铜、铍铜母合金,金属镍,金属钴,铬铜中间合金,金属钴、海绵锆,稀土金属钕;
S2真空熔铸:在熔炼室先加入的电解铜、10%铍铜母合金,金属镍,金属钴,铬铜中间合金,金属钴、海绵锆,关闭熔炼室抽真空,其真空度为10-20Pa,熔炼温度为1350-1380℃,熔化后加入稀土金属钕,浇铸温度为1100℃-1200℃;
S3锻造变形:在锻造变形中,温度为900-1000℃,变形量为30-60%;
S4分级固溶处理:分两级进行固溶处理,温度为700-800℃保温2-3小时,升温至900-980℃保温2-4小时,油淬冷却;
S5冷锻变形:壁厚的变形量为30%-50%;
S6分级时效:温度为150-200℃保温2-3小时,升温至400-500℃保2-4小时,空冷。
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