CN116121584A - 一种高强高导钛青铜极薄带及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高强高导钛青铜极薄带及其制备工艺，属于高强高导铜合金的相关技术领域，该高强高导钛青铜极薄带的质量百分比组成为：Ti：1.8～5.1％，Si的含量小于0.0019％，余量为Cu和不可避免的杂质。该制备方法依次包括熔铸、均匀化退火、热轧、固溶处理、铣面、多次轧制处理及后处理。本发明经时效处理析出大量均匀分布的第二相粒子，能够阻止位错和晶界的移动来提高强度，时效强化方法作用显著，在提高强度的同时又不致使导电率大幅度下降。冷轧时采用四辊轧机、20辊轧机、组合成形轧机相结合的方式进行轧制，有效减少了加工硬化对轧制过程的影响，又尽可能的减少了轧制道次，省去了轧制后退火处理的工序，提高了生产效率。
Description
技术领域
本发明属于高强高导铜合金的相关技术领域，涉及一种高强高导钛青铜极薄带及其制备方法。
背景技术
铜及铜合金具有优良的导电性，在电工及电子行业占有重要的地位。但随着科技的发展，对导电材料的要求不再仅是其导电性这一单一性能，而是需要具有高强度、高导电性、高耐磨性等多样综合性能的高性能铜合金。例如，大规模集成电路的引线框架、电动工具的换向器、微波管以及宇航飞行器的元器件等都要求材料在保持优异的导电性能的同时，具有更高的强度。所以，大家在不停探索含有优良综合物理性能和力学性能功效材料——高强高导铜合金。
但是研发高强高导铜合金面临的关键问题是强度与导电性能之间相互对立的关系，即提高铜合金的强度，导电性能会在某种程度上下降。所以怎样使铜合金在保证优良的导电性能的基础上尽可能提高铜合金材料的强度，成为我们需要解决的重要问题。
经检索，中国专利号CN202011109817.4，授权公告日为2021年02月05日，发明创造名称为：一种高强高导铜合金Cu-Cr-Si-Ti的板带制备方法，该申请案的工艺步骤为：(1)工频有芯感应炉制备Cu-Cr-Si-Ti合金铸锭；(2)对Cu-Cr-Si-Ti合金进行铸锭进行热轧和冷轧；(3)对冷轧后的铸锭进行退火处理；(4)对退火处理后的的合金铸锭进行成轧；(5)对成轧后的合金铸锭进行退火处理。该申请案用并没对合金元素Ti固溶后进行时效处理，导致强度偏低，同时轧制后需要多次退火处理，制备过程仍有些繁琐，且耗费能源。
发明内容
有鉴于此，本发明为了解决现有技术中铜合金强度提高的同时，导电性能会在某种程度上下降；轧制后需要多次退火处理，制备过程繁琐、生产效率低的问题，提供一种高强高导钛青铜极薄带及其制备方法。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种高强高导钛青铜极薄带，该高强高导钛青铜极薄带的质量百分比组成为：Ti：
1.8～5.1％，Si的含量小于0.0019％，余量为Cu和不可避免的杂质。
一种高强高导钛青铜极薄带的制备方法，依次包括熔铸、均匀化退火、热轧、固溶处理、铣面、多次轧制处理及后处理；多次轧制处理依次包括冷轧、清洗脱脂处理及时效处理；多次轧制处理中第一次冷轧采用四辊轧机，单道次轧制变形量为5～25％，总变形量为50～95％，经第一次冷轧后，钛青铜带材厚度为1.0～7mm；多次轧制处理中中间轧制处理的冷轧均采用20辊轧机，工作辊直径为45～55mm，冷轧后钛青铜带材厚度为0.05～0.5mm；多次轧制处理中最后一次冷轧采用组合成形轧机，工作辊直径为30～45mm，单道次轧制变形量为15～35％，总变形量为60～99％；经最后一次冷轧后，钛青铜带材厚度为0.01～0.005mm，最后一次轧制处理不含有时效处理。
进一步，第一次冷轧后钛青铜板带抗拉强度为680～750MPa，屈服强度为650～710MPa，导电率为4～6％IACS，维氏硬度为200～250HV，延伸率为0.4～0.8％；第一次时效处理工艺为：保温温度为370～450℃，保温时间为1～2.5h，保护气氛为纯度99.99％高纯氢气；第一次时效处理后钛青铜板带抗拉强度为850～900MPa，屈服强度为830～890MPa，导电率为10～15％IACS，维氏硬度为290～320HV，延伸率为4～7％。
进一步，多次轧制处理中中间轧制处理包括两次，其中第二次冷轧的单道次轧制变形量为5～25％，总变形量为45～95％；经第二次冷轧后，钛青铜带材厚度为0.2～1mm；第二次冷轧后钛青铜板带抗拉强度为940～980MPa，屈服强度为900～950MPa，导电率为8～12％IACS，维氏硬度为295～350HV，延伸率为2～4％；第二次时效处理工艺为：保温温度为350～450℃，保温时间为15～45min，保护气氛为纯度99.99％高纯氢气；第二次时效处理后钛青铜板带抗拉强度为950～1000MPa，屈服强度为930～970MPa，导电率为10～15％IACS，维氏硬度为310～350HV，延伸率为5～8％；其中第三次冷轧的单道次轧制变形量为10～35％，总变形量为50～98％；第三次时效处理工艺为：保温温度为350～400℃，保温时间为3～20min，保护气氛为纯度99.99％高纯氢气。
进一步，第二次轧制处理还包括第二次时效处理后的切边处理，需要切掉第二次冷轧过程中的微小边裂，为第三次冷轧做准备，切边宽度为0.5～5mm。
进一步，最后一次冷轧后钛青铜板带抗拉强度为1000～1150MPa，屈服强度980～1050MPa，导电率为14～16％IACS，维氏硬度为320～360HV，延伸率为2～5％。
进一步，熔铸后铸锭的厚度为30～200mm。
进一步，均匀化退火时间为800～870℃，时间为1.5～4h；保护气氛为纯度99.99％高纯氢气，均匀化退火后的铸锭进行可逆热轧，开轧温度为800～830℃；道次变形量为10～35％，热轧总变形量为80～95％；终轧温度为630～720℃，终轧后经超快层流冷却，以冷却速度≥150℃/s进行快速冷却，热轧终轧厚度3～15mm。
进一步，固溶处理温度为850～960℃，时间为20～70min，淬火介质为水，水温为15～28℃，冷却速度≥90℃/s。固溶处理后的钛青铜板抗拉强度为380～420MPa，屈服强度为290～320MPa，导电率为5～7％IACS，维氏硬度为150～180HV，延伸率为10～18％。
进一步，后处理依次包括拉弯矫直处理、切分处理及包装。
本发明的有益效果在于：
1、本发明所公开的高强高导钛青铜极薄带及其制备方法，通过加入合金元素钛与铜形成固溶强化，由于在室温时固溶度极小，经时效处理后，铜基体中析出均匀分布的第二项，大量第二相粒子的存在能够阻止位错与晶界的移动来提高强度；与此同时，过饱和固溶体脱溶使得基体不断得到净化，合金导电率随之不断地提高；时效强化方法作用显著，在提高强度的同时又不致使导电率大幅度下降。
2、本发明所公开的高强高导钛青铜极薄带及其制备方法，对钛青铜料采用四辊轧机、20辊轧机、组合成形轧机分别进行热轧和冷轧，合理分配各冷轧道次的变形量，有效减少了加工硬化对轧制过程的影响，同时减少了轧制道次；省去了轧制后退火处理的工序，提高了生产效率。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本发明高强高导钛青铜极薄带及其制备方法的流程图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
如图1所示的一种高强高导钛青铜极薄带及其制备方法，包括如下工序：
第一步，将成分为Ti：3.38％，Si的含量小于0.0019％，余量为Cu和不可避免的杂质的钛青铜熔铸成30mm的铜锭。
第二步，将铜锭在820℃，保护气氛为99.9％的高纯氮气中，保温三小时进行均匀化退火。
第三步，对均匀化退火后的铸锭进行可逆热轧，开轧温度为820℃，道次变形率为12％-30％，热轧总变形量为89.8％，终轧温度为630℃，终轧后经超快层流冷却，以冷却速度180℃/s进行快速冷却，热轧终轧厚度3.06mm。
热轧轧制工艺表：
| 道次数 | 入口厚度/mm | 出口厚度/mm | 道次压下量/mm | 道次压下率/％ |
| 1 | 30.00 | 21.00 | 0.29 | 30 |
| 2 | 21.00 | 15.12 | 5.88 | 28 |
| 3 | 15.12 | 11.19 | 3.93 | 26 |
| 4 | 11.19 | 8.50 | 2.69 | 24 |
| 5 | 8.50 | 6.63 | 1.87 | 22 |
| 6 | 6.63 | 5.31 | 1.33 | 20 |
| 7 | 5.31 | 4.24 | 1.06 | 20 |
| 8 | 4.24 | 3.48 | 0.76 | 18 |
| 9 | 3.48 | 3.06 | 0.42 | 12 |
第四步，固溶处理的温度为900℃，时间为60min，淬火介质为水，水温为20℃，冷却速度110℃/s。
第五步，对钛青铜板材进行铣面，使表面光滑，具有金属色泽。
第六步，第一次冷轧采用四辊轧机，第一次冷轧单道次轧制变形量为9～22％，总变形量为58％；经第一次冷轧后，钛青铜带材厚度为1.27mm，一次冷轧后钛青铜板带抗拉强度为680～750MPa，屈服强度为650～710MPa，导电率为4～6％IACS，维氏硬度为200～250HV，延伸率为0.4～0.8％。
第一次冷轧轧制工艺表：
| 道次数 | 入口厚度/mm | 出口厚度/mm | 道次压下量/mm | 道次压下率/％ |
| 1 | 3.06 | 2.39 | 0.67 | 22 |
| 2 | 2.39 | 1.91 | 0.48 | 20 |
| 3 | 1.91 | 1.61 | 0.31 | 16 |
| 4 | 1.61 | 1.40 | 0.21 | 13 |
| 5 | 1.40 | 1.27 | 0.13 | 9 |
第七步，用碱液对钛青铜板材进行第一次清洗脱脂处理。
第八步，第一次时效处理工艺为：保温温度为450℃，保温时间为2h，保护气氛为纯度99.99％高纯氢气，第一次时效处理后钛青铜板带抗拉强度为850～900MPa，屈服强度为830～890MPa，导电率为10～15％IACS，维氏硬度为290～320HV，延伸率为4～7％。
第九步，第二次冷轧采用20辊轧机，工作辊直径为45～55mm，单道次轧制变形量为8～23％，，总变形量为76％；经第二次冷轧后，钛青铜带材厚度为0.3mm，第二次冷轧后钛青铜板带抗拉强度为940～980MPa，屈服强度为900～950MPa，导电率为8～12％IACS，维氏硬度为295～350HV，延伸率为2～4％。
第二次冷轧轧制工艺表：
| 道次数 | 入口厚度/mm | 出口厚度/mm | 道次压下量/mm | 道次压下率/％ |
| 1 | 1.27 | 0.98 | 0.29 | 23 |
| 2 | 0.98 | 0.78 | 0.20 | 20 |
| 3 | 0.78 | 0.64 | 0.14 | 18 |
| 4 | 0.64 | 0.54 | 0.10 | 16 |
| 5 | 0.64 | 0.46 | 0.08 | 15 |
| 6 | 0.46 | 0.40 | 0.06 | 13 |
| 7 | 0.40 | 0.35 | 0.04 | 11 |
| 8 | 0.35 | 0.32 | 0.03 | 9 |
| 9 | 0.32 | 0.30 | 0.03 | 8 |
第十步，用碱液对钛青铜板材进行第二次清洗脱脂处理。
第十一步，第二次时效处理工艺为：保温温度为450℃，保温时间为30min，保护气氛为纯度99.99％高纯氢气，第二次时效处理后钛青铜板带抗拉强度为950～1000MPa，屈服强度为930～970MPa，导电率为10～15％IACS，维氏硬度为310～350HV，延伸率为5～8％。
第十二步，对钛青铜板材进行切边处理，切边宽度为1mm。
第十三步，第三次冷轧采用20辊轧机，工作辊直径为45～55mm，单道次轧制变形量为11～30％，总变形量为77％；经第三次冷轧后，钛青铜带材厚度为0.07mm。
第三次冷轧轧制工艺表：
| 道次数 | 入口厚度/mm | 出口厚度/mm | 道次压下量/mm | 道次压下率/％ |
| 1 | 0.30 | 0.21 | 0.09 | 30 |
| 2 | 0.21 | 0.16 | 0.05 | 26 |
| 3 | 0.16 | 0.13 | 0.03 | 20 |
| 4 | 0.13 | 0.11 | 0.02 | 17 |
| 5 | 0.11 | 0.09 | 0.02 | 15 |
| 6 | 0.09 | 0.08 | 0.01 | 13 |
| 7 | 0.08 | 0.07 | 0.01 | 11 |
第十四步，用碱液对钛青铜板材进行第三次清洗脱脂处理。
第十五步，第三次时效处理工艺为：保温温度为400℃，保温时间为15min，保护气氛为纯度99.99％高纯氢气。
第十六步，第四次冷轧采用组合成形轧机，工作辊直径为30～45mm，单道次轧制变形量为20～35％，总变形量为86％；经第四次冷轧后，钛青铜带材厚度为0.01mm，第四次冷轧后钛青铜板带抗拉强度为1000～1150MPa，屈服强度为980～1050MPa，导电率为14～16％IACS，维氏硬度为320～360HV，延伸率为2～5％。
第四次冷轧轧制工艺表：
| 道次数 | 入口厚度/mm | 出口厚度/mm | 道次压下量/mm | 道次压下率/％ |
| 1 | 0.07 | 0.05 | 0.02 | 35 |
| 2 | 0.05 | 0.03 | 0.02 | 30 |
| 3 | 0.03 | 0.02 | 0.01 | 27 |
| 4 | 0.02 | 0.015 | 0.005 | 25 |
| 5 | 0.015 | 0.012 | 0.003 | 23 |
| 6 | 0.012 | 0.01 | 0.002 | 20 |
第十七步，用碱液对钛青铜板材进行第四次清洗脱脂处理。
第十八步，对钛青铜极薄带进行拉弯矫直处理。
第十九步，对钛青铜极薄带进行切分处理。
第二十步，包装切分后的钛青铜极薄带。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种高强高导钛青铜极薄带，其特征在于，所述高强高导钛青铜极薄带的质量百分比组成为：Ti：1.8～5.1％，Si的含量小于0.0019％，余量为Cu和不可避免的杂质。
2.一种高强高导钛青铜极薄带的制备方法，其特征在于，依次包括熔铸、均匀化退火、热轧、固溶处理、铣面、多次轧制处理及后处理；多次轧制处理依次包括冷轧、清洗脱脂处理及时效处理；多次轧制处理中第一次冷轧采用四辊轧机，单道次轧制变形量为5～25％，总变形量为50～95％，经第一次冷轧后，钛青铜带材厚度为1.0～7mm；多次轧制处理中中间轧制处理的冷轧均采用20辊轧机，工作辊直径为45～55mm，冷轧后钛青铜带材厚度为0.05～0.5mm；多次轧制处理中最后一次冷轧采用组合成形轧机，工作辊直径为30～45mm，单道次轧制变形量为15～35％，总变形量为60～99％；经最后一次冷轧后，钛青铜带材厚度为0.01～0.005mm，最后一次轧制处理不含有时效处理。
3.如权利要求2所述的高强高导钛青铜极薄带的制备方法，其特征在于，所述第一次冷轧后钛青铜板带抗拉强度为680～750MPa，屈服强度为650～710MPa，导电率为4～6％IACS，维氏硬度为200～250HV，延伸率为0.4～0.8％；第一次时效处理工艺为：保温温度为370～450℃，保温时间为1～2.5h，保护气氛为纯度99.99％高纯氢气；第一次时效处理后钛青铜板带抗拉强度为850～900MPa，屈服强度为830～890MPa，导电率为10～15％IACS，维氏硬度为290～320HV，延伸率为4～7％。
4.如权利要求2所述的高强高导钛青铜极薄带的制备方法，其特征在于，所述多次轧制处理中中间轧制处理包括两次，其中第二次冷轧的单道次轧制变形量为5～25％，总变形量为45～95％；经第二次冷轧后，钛青铜带材厚度为0.2～1mm；第二次冷轧后钛青铜板带抗拉强度为940～980MPa，屈服强度为900～950MPa，导电率为8～12％IACS，维氏硬度为295～350HV，延伸率为2～4％；第二次时效处理工艺为：保温温度为350～450℃，保温时间为15～45min，保护气氛为纯度99.99％高纯氢气；第二次时效处理后钛青铜板带抗拉强度为950～1000MPa，屈服强度为930～970MPa，导电率为10～15％IACS，维氏硬度为310～350HV，延伸率为5～8％；其中第三次冷轧的单道次轧制变形量为10～35％，总变形量为50～98％；第三次时效处理工艺为：保温温度为350～400℃，保温时间为3～20min，保护气氛为纯度99.99％高纯氢气。
5.如权利要求4所述的高强高导钛青铜极薄带的制备方法，其特征在于，所述第二次轧制处理还包括第二次时效处理后的切边处理，需要切掉第二次冷轧过程中的微小边裂，为第三次冷轧做准备，切边宽度为0.5～5mm。
6.如权利要求2所述的高强高导钛青铜极薄带的制备方法，其特征在于，所述最后一次冷轧后钛青铜板带抗拉强度为1000～1150MPa，屈服强度980～1050MPa，导电率为14～16％IACS，维氏硬度为320～360HV，延伸率为2～5％。
7.如权利要求2所述的高强高导钛青铜极薄带的制备方法，其特征在于，所述熔铸后铸锭的厚度为30～200mm。
8.如权利要求2所述的高强高导钛青铜极薄带的制备方法，其特征在于，所述均匀化退火时间为800～870℃，时间为1.5～4h；保护气氛为纯度99.99％高纯氢气，所述均匀化退火后的铸锭进行可逆热轧，开轧温度为800～830℃；道次变形量为10～35％，热轧总变形量为80～95％；终轧温度为630～720℃，终轧后经超快层流冷却，以冷却速度≥150℃/s进行快速冷却，热轧终轧厚度3～15mm。
9.如权利要求2所述的高强高导钛青铜极薄带的制备方法，其特征在于，所述固溶处理温度为850～960℃，时间为20～70min，淬火介质为水，水温为15～28℃，冷却速度≥90℃/s。固溶处理后的钛青铜板抗拉强度为380～420MPa，屈服强度为290～320MPa，导电率为5～7％IACS，维氏硬度为150～180HV，延伸率为10～18％。
10.如权利要求2所述的高强高导钛青铜极薄带的制备方法，其特征在于，后处理依次包括拉弯矫直处理、切分处理及包装。
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- 2023-03-16 CN CN202310257234.3A patent/CN116121584A/zh active Pending
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