CN116024444A - 一种高强高导高弹性钛青铜合金及其制备方法和一种真空熔融凝固装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高强高导高弹性钛青铜合金及其制备方法和一种真空熔融凝固装置，属于铜合金的加工及电子信息用材料领域。本发明通过在凝固过程施加电磁搅拌，促进钛在铜中均匀分布及组织均匀、晶粒细化；同时在凝固过程施加中频电源加热，避免钛青铜合金凝固速度过快导致成分偏析及柱状晶过度生长；通过大变形及两次以上的时效处理，能够细化组织及形成纳米孪晶结构，可保证钛青铜合金高导电率，还能提高其强度及弹性。
Description
技术领域
本发明属于钛青铜合金领域，具体涉及一种高强高导高弹性钛青铜合金及其制备方法和一种真空熔融凝固装置。适用于铜钛合金制溅射靶材、喷涂半导体布线的靶材、制备半导体布线的半导体元件和器件；适用于高强、高导电及抗高温应力松弛的接触线及箔材，应用在接插元件、继电器的弹性元件、真空插座、各种控制系统的弹簧、膜盒、膜片、精密小型齿轮及轴承等产品。
背景技术
钛青铜合金指在铜基体中添加一定量钛元素的铜合金，是一种具有高强高导高弹的高性能铜合金。
现有技术中在为了实现铜青钛合金的高强高导高弹性能，通常将钛青铜合金原料进行熔炼、凝固、固溶处理和一次时效处理，然后经过冷热加工达到所需厚度。通过上述制备工艺得到的钛青铜合金可保持高强度，但是导电和弹性不高，不能满足其同时具有高强高导高弹性的要求。
因此，亟需提供一种具有高强高导高弹性钛青铜合金的制备方法。
发明内容
鉴于此，本发明的目的在于提供一种高强高导高弹性钛青铜合金及其制备方法和一种真空熔融凝固装置。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供了一种高强高导高弹性钛青铜合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)在真空条件下，将钛青铜合金原料依次进行熔炼和凝固，得到钛青铜合金铸坯；
(2)对所述步骤(1)得到的钛青铜合金铸坯进行大变形处理和热处理；得到高强高导高弹性钛青铜合金；所述大变形处理的总变形量为90％以上；所述热处理包括两次以上时效处理。
优选地，所述高强高导高弹性钛青铜合金的成分为2wt％Ti-余量Cu、3wt％Ti-0.2wt％Fe-0.2wt％Cr-余量Cu，或3wt％Ti-0.1wt％Fe-0.1wt％Cr-余量Cu。
优选地，所述高强高导高弹性钛青铜合金的成分为2wt％Ti-余量Cu时，所述步骤(2)中的大变形处理和热处理为依次进行的热轧、一次时效、固溶处理、一次冷轧、二次时效、二次冷轧、三次时效和三次冷轧；所述一次时效、二次时效和三次时效后的析出相的间距均独立地为不小于50nm。
优选地，所述步骤(2)中热轧后的温度≥600℃，热轧的形变量为≥70％；固溶处理的保温温度为870～890℃，固溶处理的保温时间为4～5h；一次时效的保温温度为490～510℃，一次时效的保温时间为2～3h；一次冷轧的形变量≥50％；二次时效的保温温度为490～510℃，二次时效的保温时间为1.84～1.86h；二次冷轧的形变量≥50％；三次时效的保温温度为490～510℃，三次时效的保温时间为0.73～0.75h；三次冷轧的形变量≤50％。
优选地，所述高强高导高弹性钛青铜合金的成分为3wt％Ti-0.2wt％Fe-0.2wt％Cr-余量Cu时，所述步骤(2)中的大变形处理和热处理为依次进行的热轧、固溶处理、一次时效、冷轧和二次时效。
优选地，所述步骤(2)中热轧后的温度为≥600℃；热轧的形变量为≥85％；固溶处理的保温温度为840～860℃，固溶处理的保温时间为0.4～0.6h；一次时效的保温温度为440～460℃，一次时效的时间为2.5～3.5h；冷轧的形变量为≥90％；二次时效的保温温度为440～460℃，二次时效的保温时间为0.02～0.04h。
优选地，所述高强高导高弹性钛青铜合金的成分为3wt％Ti-0.1wt％Fe-0.1wt％Cr-余量Cu时，所述步骤(2)中的大变形处理和热处理为依次进行的固溶处理、一次冷轧、一次时效、二次冷轧和二次时效。
优选地，所述步骤(2)中固溶处理的保温温度为820～840℃，固溶处理的保温时间为3.6～3.8h；一次冷轧的形变量为≥80％；一次时效的保温温度为440～460℃，一次时效的保温时间为0.66～0.68h；二次冷轧的形变量≤50％；二次时效的保温温度为440～460℃，二次时效的保温时间为0.42～0.44h。
本发明还提供了上述方案所述的制备方法制备的高强高导高弹性钛青铜合金。
本发明还提供了一种真空熔融凝固装置，包括真空炉腔体和设置于所述真空炉腔体内的熔体坩埚和冷坩埚；所述冷坩埚的上方设置电磁搅拌装置和加热线圈；所述熔体坩埚的周围设置加热线圈；所述冷坩埚的下方设置与真空炉腔体外连通的连续牵引装置。
本发明提供了一种高强高导高弹性钛青铜合金的制备方法，包括以下步骤：(1)在真空条件下，将钛青铜合金原料依次进行熔炼和凝固，得到钛青铜合金铸坯；所述凝固过程中进行加热和电磁搅拌；所述加热的方式为中频电源加热(2)对所述步骤(1)得到的钛青铜合金铸坯进行大变形处理和热处理；得到高强高导高弹性钛青铜合金；所述大变形处理的总变形量为90％以上；所述热处理包括两次以上时效处理。本发明通过在凝固过程施加电磁搅拌，促进钛在铜中均匀分布及组织均匀、晶粒细化；同时在凝固过程施加中频电源加热，避免铜钛合金凝固速度过快导致合金成分偏析及晶粒粗大；通过大变形及两次以上的时效处理，能够细化组织及形成纳米孪晶结构，可保证铜钛合金高导电率，还能提高其强度及弹性。实施例结果表明，当钛青铜合金原料为2wt％Ti-余量Cu时，导电率25.23％IACS，硬度356.2HV5，抗拉强度1192.2MPa，弹性比功We＝5.33MJ/m3；当钛青铜合金原料为3wt％Ti-0.2wt％Fe-0.2wt％Cr-余量Cu时，抗拉强度1121MPa、屈服强度1053MPa，导电率16.5％IACS，弹性模量E＝109GPa，断后延伸率0.5％，90°折弯测试(R＝0)R/T＝0，弹性比功We＝5.07MJ/m3；当钛青铜合金的原料为3wt％Ti-0.1wt％Fe-0.1wt％Cr-余量Cu时，抗拉强度1290.1MPa，导电率17.6％IACS，弹性比功We＝5.92J/m3。
本发明提供的真空熔融凝固装置通过在冷坩埚的上方设置加热线圈，上方设置电磁搅拌装置，实现合金凝固过程中的加热和电磁搅拌，起到防止偏析和促进钛在铜中均匀分布的效果。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的真空熔融凝固装置的示意图，
图中，1为加热线圈，2为真空炉腔体，3为熔体坩埚，4为冷坩埚，5为加热线圈，6为电磁搅拌装置，7为连续向下牵引装置、8为连续水平牵引装置；
图2为本发明实施例2制备的高强高导高弹性钛青铜合金(成分为2wt％Ti-余量Cu)的EBSD表征图；
图3为本发明实施例2制备的高强高导高弹性钛青铜合金(成分为2wt％Ti-余量Cu)的组织扫描图；
图4为本发明实施例3制备的厚0.08mm高强高导高弹性钛青铜合金(成分为3wt％Ti-0.2wt％Fe-0.2wt％Cr-余量Cu)的照片。
具体实施方式
本发明提供了一种高强高导高弹性钛青铜合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)在真空条件下，将钛青铜合金原料依次进行熔炼和凝固，得到钛青铜合金铸坯；
所述凝固过程中进行加热和电磁搅拌；所述加热的方式为中频电源加热；
(2)对所述步骤(1)得到的钛青铜合金铸坯进行大变形处理和热处理；得到高强高导高弹性钛青铜合金；所述大变形处理的总变形量为90％以上；所述热处理包括两次以上时效处理。
本发明在真空条件下，将钛青铜合金原料依次进行熔炼和凝固，得到钛青铜合金铸坯；所述凝固过程中进行加热和电磁搅拌，所述加热的方式为中频电源加热。
本发明对所述钛青铜合金的原料没有特殊的要求，采用本领域技术人员熟知的用于熔炼钛青铜合金的纯金属和中间合金即可。
在本发明中，所述真空条件的真空度优选为4.9×10-3～5.6×10-3Pa，更优选为5.0×10-3～5.5×10-3Pa。
本发明对所述熔炼的温度和时间没有特殊规定，能够将所述钛青铜合由固体熔化成液体即可。
在本发明中，所述加热的温度优选为1230～1300℃。本发明通过控制加热温度可以最大程度避免由于钛青铜合金偏析引起的综合性能下降问题。
本发明对所述电磁搅拌的功率没有特殊规定，采用本领域技术人员熟知的电磁搅拌方式，对熔炼后待凝固的合金体系进行搅拌即可。
在本发明中，所述中频电源的频率优选为4000HZ。
本发明通过在凝固过程中进行电磁搅拌，促进钛在铜中均匀分布；在凝固过程中进行加热，可以避免钛青铜合金冷却速度过快造成钛青铜合金中的化学成分来不及扩散而产生偏析。
得到钛青铜合金铸坯后，本发明将所述钛青铜合金铸坯进行大变形处理和热处理，得到高强高导高弹性钛青铜合金；所述大变形处理总变形量为90％以上；所述热处理包括两次以上时效处理。
在本发明中，所述高强高导高弹性钛青铜合金的成分优选为2wt％Ti-余量Cu、3wt％Ti-0.2wt％Fe-0.2wt％Cr-余量Cu，或3wt％Ti-0.1wt％Fe-0.1wt％Cr-余量Cu。
在本发明中，所述高强高导高弹性钛青铜合金的成分为2wt％Ti-余量Cu时，所述大变形处理和热处理优选为依次进行的热轧、一次时效、固溶处理、一次冷轧、二次时效、二次冷轧、三次时效和三次冷轧。
在本发明中，所述一次时效、二次时效和三次时效后的析出相的间距均独立地为不小于50nm。本发明将所述一次时效、二次时效和三次时效后的析出相的间距限定在上述范围，可保证钛青铜合金高导电率，还能提高其强度及弹性。
在本发明中，所述热轧后的温度优选为≥600℃，更优选为650～700℃。在本发明中，所述热轧的形变量优选为≥75％，更优选为80％。
在本发明中，所述固溶处理的保温温度优选为870℃～890℃，更优选为880℃；所述固溶处理的保温时间优选为4～5h，更优选为4.5h；所述固溶处理的冷却方式优选为水冷。本发明通过固溶处理，得到的钛青铜合金的综合性能较好。
在本发明中，所述一次时效的保温温度优选为490～510℃，更优选为500℃；所述一次时效的保温时间优选为2～3h，更优选为2.5h。本发明通过一次时效将热轧引起的较大形变以及固溶处理冷却时引起合金形微量形变时残余的应力得到释放，从而提高合金的综合性能。
在本发明中，所述一次冷轧的形变量优选为≥50％，更优选为59％。
在本发明中，所述二次时效的保温温度优选为490～510℃，更优选为500℃；所述二次时效的保温时间优选为1.84～1.86h，更优选为1.85h。本发明通过二次时效，将一次冷轧引起的较大形变时，残余的应力得到释放，从而提高合金的综合性能。
在本发明中，所述二次冷轧的形变量优选为≥59％，更优选为60％。
在本发明中，所述三次时效的保温温度优选为490～510℃，更优选为500℃；所述三次时效的保温时间优选为0.73～0.75h，更优选为0.74h。本发明通过三次时效将二次冷轧引起的较大形变时，残余的应力得到释放，从而提高合金的综合性能。
在本发明中，所述三次冷轧的形变量优选为≤50％，更优选为50％。
本发明对所述大变形处理后合金的厚度没有特殊规定，根据目标厚度进行调整即可。在实施例中，所述大变形处理后合金的厚度优选为1mm。本发明将所述热轧、一次时效、固溶处理、一次冷轧、二次时效、二次冷轧、三次时效和三次冷轧的参数限定在上述范围，得到的钛青铜合金的综合性能较好。
在本发明中，所述高强高导高弹性钛青铜合金的成分为3wt％Ti-0.2wt％Fe-0.2wt％Cr-余量Cu时，所述大变形处理和热处理为依次进行的热轧、固溶处理、一次时效、冷轧和二次时效。
在本发明中，所述热轧后的温度优选为≥600℃，更优选为650～700℃。在本发明中，所述热轧的形变量优选为≥85％，更优选为90％。
在本发明中，所述固溶处理的保温温度优选为840～860℃，更优选为850℃；所述固溶处理的保温时间优选为0.4～0.6h，更优选为0.5h；所述固溶处理的冷却方式优选为水冷。
在本发明中，所述一次时效的保温温度优选为440～460℃，更优选为450℃；所述一次时效的时间优选为2.5～3.5h，更优选为3h。本发明通过一次时效将热轧引起的较大形变以及固溶处理中冷却时引起合金形微量形变时残余的应力得到释放，从而提高合金的综合性能。
在本发明中，所述冷轧的形变量优选为≥90％，更优选为95％。
在本发明中，所述二次时效的保温温度为优选为440～460℃，更优选为450℃。在本发明中，所述二次时效的保温时间优选为0.02～0.04h，更优选为0.03h。本发明通过二次时效将冷轧引起的较大形变时，残余的应力得到释放，从而提高合金的综合性能。
本发明对所述大变形处理后合金的厚度没有特殊规定，根据目标厚度进行调整即可。在本发明的实施例中，所述大变形处理后合金的厚度优选为0.08mm。本发明将所述热轧、固溶处理、一次时效、冷轧和二次时效的参数限定在上述范围，得到的钛青铜合金的综合性能较好。
在本发明中，所述高强高导高弹性钛青铜合金的成分为3wt％Ti-0.1wt％Fe-0.1wt％Cr-余量Cu时，所述大变形处理和热处理为依次进行的固溶处理、一次冷轧、一次时效、二次冷轧和二次时效。
在本发明中，所述固溶处理的保温温度优选为820～840℃，更优选为830℃；所述固溶处理的保温时间优选为3.6～3.8h，更优选为3.7h；所述固溶处理的冷却方式优选为水冷。
在本发明中，所述一次冷轧的形变量优选为≥80％，更优选为82％。
在本发明中，所述一次时效的保温温度优选为440～460℃，更优选为450℃；所述一次时效的保温时间优选为0.66～0.68h，更优选为0.67h。本发明通过一次时效将固溶处理冷却时引起的微量形变以及一次冷轧引起的较大形变产生的残余应力得到释放，从而提高合金的综合性能。
在本发明中，所述二次冷轧的形变量优选为≤50％，更优选为50％。
在本发明中，所述二次时效的保温温度优选为440～460℃，更优选为450℃；所述二次时效的保温时间优选为0.42～0.44h，更优选为0.43h。本发明通过二次时效将二次冷轧引起的较大形变时产生的残余应力得到释放，从而提高合金的综合性能。
本发明对所述大变形处理后合金的厚度没有特殊规定，根据目标厚度进行调整即可。在实施例中，所述大变形处理后合金的厚度优选为0.9mm。本发明将所述固溶处理、一次冷轧、一次时效、二次冷轧和二次时效的参数限定在上述范围，得到的钛青铜合金的综合性能较好。
本发明通过在凝固过程中进行加热和电磁搅拌，配合两次以上时效处理可以在保证钛青铜合金高导电率的基础上，还能提高钛青铜合金的力学强度和弹性；通过限定大变形处理的总变形量为90％以上，可以提高合金的强度，缩短整个热处理过程中时效处理所需要的总时间。
本发明还提供了上述方案所述的制备方法制备的高强高导高弹性钛青铜合金。本发明提供的成分为2wt％Ti-余量Cu、3wt％Ti-0.2wt％Fe-0.2wt％Cr-余量Cu和3wt％Ti-0.1wt％Fe-0.1wt％Cr-余量Cu钛青铜合金，均具有高强高导高弹性。
本发明还提供了一种真空熔融凝固装置，包括真空炉腔体和设置于所述真空炉腔体内的熔体坩埚和冷坩埚；所述冷坩埚的上方设置电磁搅拌装置和加热线圈；所述熔体坩埚的周围设置加热线圈；所述冷坩埚的下方设置与真空炉腔体外连通的连续牵引装置。
本发明提供的熔融凝固装置包括真空炉腔体。本发明对所述真空炉腔体的尺寸、形状和外壁材料没有特殊的限定，能够保证腔体与外界的气体分隔，提供真空环境即可。
本发明提供的熔融凝固装置还包括设置于所述真空炉腔体内的熔体坩埚。本发明对所述熔体坩埚的材质没有特殊规定，采用本领域技术人员熟知的用于钛青铜合金熔融的坩埚即可。
本发明提供的熔融凝固装置还包括设置于所述真空炉腔体内的冷坩埚。本发明对所述冷坩埚的材质没有特殊规定，采用本领域技术人员熟知的用于钛青铜合金冷却的坩埚即可。在本发明实施例中，所述冷坩埚优选为Ga-In冷坩埚或水冷坩埚。
在本发明中，所述冷坩埚的上方设置电磁搅拌装置。本发明对所述电磁搅拌装置没有特殊规定，采用本领域技术人员熟知的电磁搅拌装置即可。
在本发明中，所述冷坩埚的上方设置加热线圈。本发明对所述加热线圈没有特殊规定，能实现加热功能即可。本发明通过在冷坩埚上方设置加热线圈可以对冷坩埚进行加热，避免钛青铜合金偏析。
在本发明中，所述冷坩埚的下方设置与真空炉腔体外连通的连续牵引装置。本发明对所述连续牵引装置没有特殊要求，实现将冷坩埚从真空熔炼装置中牵引出来的连续牵引装置即可。在本发明中，所述牵引装置优选包括连续向下牵引装置和连续水平牵引装置。
在本发明中，所述熔体坩埚的周围设置加热线圈。本发明对所述加热线圈没有特殊规定，能实现加热功能即可。本发明通过在熔体坩埚周围设置加热线圈，可以对熔体坩埚进行加热。
本发明提供的真空熔融凝固装置通过在冷坩埚的上方设置加热线圈，上方设置电磁搅拌装置，实现合金凝固过程中的加热和电磁搅拌，起到防止偏析和促进钛在铜中均匀分布的效果。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，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的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
实施例1
一种真空熔融凝固装置，如图1所示，包括真空炉腔体2和设置于所述真空炉腔体内的熔体坩埚3和冷坩埚4；所述冷坩埚的上方设置电磁搅拌装置6；所述冷坩埚的上方设置加热线圈1；所述熔体坩埚的周围设置加热线圈5；所述冷坩埚的下方设置与真空炉腔体外连通的连续水平牵引装置7和连续水平牵引装置8。
实施例2
(1)采用实施例1提供的熔融凝固装置，在真空条件下，将钛青铜合金原料依次进行熔炼和凝固，得到钛青铜合金铸坯，得到钛青铜合金铸坯；所述凝固过程中进行加热和电磁搅拌；所述加热的方式为中频电源加热；
其中，钛青铜合金原料按得到的钛青铜合金成分为2wt％Ti-余量Cu进行配料；真空条件的真空度为5.5×10-3Pa，熔融在熔融坩埚中进行，凝固在冷坩埚中进行；中频电源的频率为4000HZ，熔炼的保温温度为1250℃；凝固的加热温度为1150℃；
(2)对所述步骤(1)得到的钛青铜合金铸坯进行大变形处理和热处理；得到高强高导高弹性钛青铜合金；所述大变形处理的总变形量为90％以上；所述热处理包括三次时效处理；
其中，高强高导高弹性钛青铜合金的成分为2wt％Ti-余量Cu；大变形处理和热处理为依次进行的热轧、一次时效、固溶处理、一次冷轧、二次时效、二次冷轧、三次时效和三次冷轧；所述一次时效、二次时效和三次时效后的析出相的间距均独立地为不小于50nm；
热轧后的温度650℃，热轧的形变量为80％；一次时效的保温温度为500℃，保温时间为2.5h；固溶处理的保温温度为880℃，保温时间为4.5h；固溶处理的冷却方式为水冷；一次冷轧的形变量为59％；一次冷轧后的钛青铜合金厚度为5mm；二次时效的保温温度为500℃，保温时间为1.85h；二次冷轧的形变量为60％；所述二次冷轧后的钛青铜合金厚度为2.04mm；三次时效的保温温度为500℃，保温时间为0.74h；三次冷轧的形变量为50％；三次冷轧后的钛青铜合金厚度为1mm。
对得到的高强高导高弹性铜钛合金进行EBSD表征，见图2，可以看出合金晶粒取向差，小角度晶界居多；对其进行组织扫描见图3，可以看出合金组织中无夹渣、疏松，析出相的间距约为50nm。
实施例3
(1)采用实施例1提供的熔融凝固装置，在真空条件下，将钛青铜合金原料依次进行熔炼和凝固，得到钛青铜合金铸坯，得到钛青铜合金铸坯；所述凝固过程中进行加热和电磁搅拌，所述加热的方式为中频电源加热；
其中，钛青铜合金原料按得到的钛青铜合金成分为3wt％Ti-0.2wt％Fe-0.2wt％Cr-余量Cu进行配料；熔融在熔融坩埚中进行，凝固在冷凝坩埚中进行；中频电源的频率为4000HZ；熔炼的保温温度为1670℃，熔炼的真空度5.0×10-3Pa；凝固的加热温度为1250℃；
(2)对所述步骤(1)得到的钛青铜合金铸坯进行大变形处理和热处理；得到高强高导高弹性钛青铜合金；所述大变形处理的总变形量为90％以上；所述热处理包括两次时效处理；
所述高强高导高弹性钛青铜合金的成分为3wt％Ti-0.2wt％Fe-0.2wt％Cr-余量；所述大变形处理和热处理为依次进行的热轧、固溶处理、一次时效、冷轧和二次时效；
其中，热轧后的温度为650℃，热轧的形变量为90％，热轧后的钛青铜合金厚度为1.65mm；固溶处理的保温温度为850℃，保温时间为0.5h；固溶处理的冷却方式为水冷；一次时效的保温温度为450℃；一次时效的时间为3h；冷轧的形变量为95％，二次冷轧后合金的厚度为0.08mm；二次时效的保温温度为450℃，保温时间为0.03h；热轧后的温度为650℃；二次时效后的厚度为0.08mm。
本实施例得到的高强高导高弹性钛青铜合金的照片见图4。从图4中可以看出合金表面无鱼骨鱼眼等缺陷，平整、无氧化、外观整洁。
实施例4
(1)采用实施例1提供的熔融凝固装置，在真空条件下，将钛青铜合金原料依次进行熔炼和凝固，得到钛青铜合金铸坯，得到钛青铜合金铸坯；所述凝固过程中进行加热和电磁搅拌，所述加热的方式为中频电源加热；
其中，钛青铜合金原料按得到的钛青铜合金成分为3wt％Ti-0.1wt％Fe-0.1wt％Cr-余量Cu进行配料；熔融在熔融坩埚中进行，凝固在冷凝坩埚中进行；中频电源的频率为4000HZ，熔炼的保温温度为1670℃，熔炼的真空度5.0×10-3Pa；凝固的加热温度为1150℃；
(2)对所述步骤(1)得到的钛青铜合金铸坯进行大变形处理和热处理；得到高强高导高弹性钛青铜合金；所述大变形处理的总变形量为90％以上；所述热处理包括两次时效处理；
其中，高强高导高弹性钛青铜合金的成分为3wt％Ti-0.1wt％Fe-0.1wt％Cr-余量Cu，步骤(2)中的大变形处理和热处理为依次进行的固溶处理、一次冷轧、一次时效、二次冷轧和二次时效；
其中，得到的钛青铜合金铸坯厚度为10mm；固溶处理的保温温度为830℃，固溶处理的保温时间为3.7h；固溶处理的冷却方式为(需要补充)；一次冷轧的形变量为82％，得到的合金厚度为1.8mm；一次时效的保温温度为450℃；一次时效的保温时间为0.67h；二次冷轧的形变量为50％，得到的合金厚度为0.9mm；二次时效的保温温度为450℃；二次时效的保温时间为0.43h。
对实施例2～4得到的高强高导高弹性钛青铜合金进行性能测试
测试方法
其中导电率测试方法为自制四探针测量箔材的方法；硬度测试方法为载荷5kgf、保荷30s的维氏硬度。抗拉强度、屈服强度、断后延伸率测试方法为GBT 228.1-2010金属材料拉伸试验；弹性比功测试方法为根据测量的Rel和E，依据公式We＝Rel2/(2E)计算；弹性模量测试方法为GBT22315-2008金属材料弹性模量和泊松比试验方法；90°折弯测试(R＝0)R/T＝0测试方法为GB/T232-2010折弯测试标准。
测试结果
实施例2钛青铜合金成分为2wt％Ti-余量Cu，三次时效完成后得到的钛青铜合金的导电率25.24％IACS，硬度280.5HV5，抗拉强度964.8MPa；经过三次冷轧后得到的高强高导高弹性钛青铜合金，导电率25.23％IACS，硬度356.2HV5，抗拉强度1192.2MPa，弹性比功We＝5.33MJ/m3；
实施例3得到的成分为3wt％Ti-0.2wt％Fe-0.2wt％Cr-余量高强高导高弹性钛青铜合金，抗拉强度1121MPa、屈服强度1053MPa，导电率16.5％IACS，弹性模量E＝109GPa，断后延伸率0.5％，90°折弯测试(R＝0)R/T＝0，弹性比功We＝5.07MJ/m3。
实施例4成分为3wt％Ti-0.1wt％Fe-0.1wt％Cr-余量Cu中，一次时效结束后，得到的钛青铜合金抗拉强度1181.1MPa，导电率15.76％IACS；二次冷轧后得到的钛青铜合金的抗拉强度1251.2MPa，导电率15.46％IACS；二次时效完成后得到的钛青铜合金的抗拉强度1290.1MPa，导电率17.6％IACS，弹性比功We＝5.92J/m3
从实施例2～4的测试结果可以看出，本发明提供的技术方案得到的钛青铜合金具有高强高导高弹性的优点。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，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的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种高强高导高弹性钛青铜合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)在真空条件下，将钛青铜合金原料依次进行熔炼和凝固，得到钛青铜合金铸坯；
所述凝固过程中进行加热和电磁搅拌；所述加热的方式为中频电源加热；
(2)对所述步骤(1)得到的钛青铜合金铸坯进行大变形处理和热处理；得到高强高导高弹性钛青铜合金；所述大变形处理的总变形量为90％以上；所述热处理包括两次以上时效处理。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高强高导高弹性钛青铜合金的成分为2wt％Ti-余量Cu、3wt％Ti-0.2wt％Fe-0.2wt％Cr-余量Cu，或3wt％Ti-0.1wt％Fe-0.1wt％Cr-余量Cu。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述高强高导高弹性钛青铜合金的成分为2wt％Ti-余量Cu时，所述步骤(2)中的大变形处理和热处理为依次进行的热轧、一次时效、固溶处理、一次冷轧、二次时效、二次冷轧、三次时效和三次冷轧；所述一次时效、二次时效和三次时效后的析出相的间距均独立地为不小于50nm。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中热轧后的温度≥600℃，热轧的形变量为≥70％；固溶处理的保温温度为870～890℃，固溶处理的保温时间为4～5h；一次时效的保温温度为490～510℃，一次时效的保温时间为2～3h；一次冷轧的形变量≥50％；二次时效的保温温度为490～510℃，二次时效的保温时间为1.84～1.86h；二次冷轧的形变量≥50％；三次时效的保温温度为490～510℃，三次时效的保温时间为0.73～0.75h；三次冷轧的形变量≤50％。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述高强高导高弹性钛青铜合金的成分为3wt％Ti-0.2wt％Fe-0.2wt％Cr-余量Cu时，所述步骤(2)中的大变形处理和热处理为依次进行的热轧、固溶处理、一次时效、冷轧和二次时效。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中热轧后的温度为≥600℃；热轧的形变量为≥85％；固溶处理的保温温度为840～860℃，固溶处理的保温时间为0.4～0.6h；一次时效的保温温度为440～460℃，一次时效的时间为2.5～3.5h；冷轧的形变量为≥90％；二次时效的保温温度为440～460℃，二次时效的保温时间为0.02～0.04h。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述高强高导高弹性钛青铜合金的成分为3wt％Ti-0.1wt％Fe-0.1wt％Cr-余量Cu时，所述步骤(2)中的大变形处理和热处理为依次进行的固溶处理、一次冷轧、一次时效、二次冷轧和二次时效。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中固溶处理的保温温度为820～840℃，固溶处理的保温时间为3.6～3.8h；一次冷轧的形变量为≥80％；一次时效的保温温度为440～460℃，一次时效的保温时间为0.66～0.68h；二次冷轧的形变量≤50％；二次时效的保温温度为440～460℃，二次时效的保温时间为0.42～0.44h。
9.权利要求1～8任意一项所述的制备方法制备的高强高导高弹性钛青铜合金。
10.一种真空熔融凝固装置，包括真空炉腔体和设置于所述真空炉腔体内的熔体坩埚和冷坩埚；所述冷坩埚的上方设置电磁搅拌装置和加热线圈；所述熔体坩埚的周围设置加热线圈；所述冷坩埚的下方设置与真空炉腔体外连通的连续牵引装置。
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