專利名稱：用于焊機(jī)電極的高強(qiáng)度、高導(dǎo)電性銅合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于銅合金領(lǐng)域，特別涉及一種用于焊機(jī)電極的高強(qiáng)度、高導(dǎo)電率銅合金。
背景技術(shù)：
冷軋帶鋼在進(jìn)入軋機(jī)軋制前，必須用焊機(jī)把兩卷帶鋼的頭尾焊接起來(lái)。電極是焊機(jī)焊接過(guò)程中的關(guān)鍵材料，其作用是對(duì)被焊件同時(shí)提供電流和壓力。焊接時(shí)，由于被焊件的不同規(guī)格和要求，電極上通過(guò)的電流從數(shù)十安培到數(shù)萬(wàn)安培，壓力從幾百牛頓到幾萬(wàn)牛頓，而且是在電流通過(guò)產(chǎn)生高溫的同時(shí)承受壓力，因此電極材料必須具有高導(dǎo)電性、較高的硬度和強(qiáng)度。如果銅合金的抗氧化性差，則電極在工作過(guò)程中表面會(huì)生成氧化膜，造成電極表面電阻升高，進(jìn)而造成電器的溫升過(guò)高，因此電極還必須具有良好的抗氧化性。
為滿足上述性能要求，國(guó)內(nèi)外對(duì)焊機(jī)電極用銅合金材料作了很多研究工作。專利CN85107530提供了一種電極用銅合金，其合金成分重量百分比為Zr 0.1-0.25％，Mg 0.02-0.07％，Nb 0.06-0.15％，Re(La+Ce)0.02-0.06％，其余為銅，經(jīng)鑄造、鍛拔、固溶處理、冷變形后，導(dǎo)電率為90～97％IACS(IACS為國(guó)際韌銅標(biāo)準(zhǔn)，100％IACS等于100％純銅的導(dǎo)電率)，硬度為60～72HRB。專利CN1115789提供了一種適用于電氣元件具有高強(qiáng)度高導(dǎo)電性的銅合金，其合金成分重量百分比為Cr 0.05～0.4％，Zr 0.03-0.25％，F(xiàn)e 0.1～0.18％，Ti0.1-0.8％，其余為銅。經(jīng)鑄造、熱軋、固溶處理、冷軋、時(shí)效、消除應(yīng)力后，導(dǎo)電率為50％IACS，強(qiáng)度≥637MPa。專利CN1260403提供了一種具有高強(qiáng)度高導(dǎo)電性的銅合金，其合金成分重量百分比為Cr≤1.0％，Zr 0.05～0.4％，M 0.1～1.0％(M選自Co、Fe、Ni)，添加劑≤5％(選自Nb、V、Sn、Pb、Bi、Mn、Mg、B、Al、Ca、Li)，其余為銅。經(jīng)鑄造、熱軋、冷軋、退火、固溶處理、冷軋、時(shí)效處理后，導(dǎo)電率70％IACS，屈服強(qiáng)度549MPa。
上述專利和其他有關(guān)銅合金的專利，用做電極的銅合金導(dǎo)電率高，則強(qiáng)度低，強(qiáng)度高，則導(dǎo)電率受影響，而導(dǎo)電率和強(qiáng)度平衡匹配后，又未涉及抗氧化性這個(gè)參數(shù)。因而這些專利涉及的銅合金不能很好地滿足焊機(jī)電極材料的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于閃光對(duì)焊焊機(jī)電極的新型銅合金及其制造方法。
該種銅合金是沉淀硬化型銅合金，是通過(guò)如下方式實(shí)現(xiàn)的首先通過(guò)在銅中加入Cr、B、Mg、Zn、Nb、Re合金，其合金的重量百分比為Cr 0.1～0.4％，B 0.08～0.30％，Mg 0.08～0.65％，Zn 0.3-1.2％，Nb0.02～0.08％，Re 0.05～0.15％，其余為銅和不可避免的雜質(zhì)。經(jīng)熔煉、鑄錠、熱鍛、固溶處理、冷變形、時(shí)效處理等工藝制造。該合金不僅具有良好的導(dǎo)電性能，室溫和工作溫度下的強(qiáng)度高的特點(diǎn)，而且還具有良好的抗氧化性。
本發(fā)明是按照多元少量的復(fù)合合金化原則，即加入多種固溶強(qiáng)化效果良好的合金元素，而每種元素的量是較少或很少的，使固溶體的成分復(fù)雜化，以增大原子擴(kuò)散的阻力，從而使再結(jié)晶溫度升高，但又不明顯降低合金熔點(diǎn)，并且具有較高擴(kuò)散激活能的原則。采用多種強(qiáng)化途徑，使合金在具有高強(qiáng)度和硬度的同時(shí)，保持較高的導(dǎo)電率，這是本發(fā)明的技術(shù)關(guān)鍵所在。因此，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的關(guān)鍵是選擇那些合金元素和它們的重量配比，以及工藝參數(shù)的調(diào)整。
一般而言，銅合金的導(dǎo)電率和強(qiáng)度是一對(duì)相互矛盾的技術(shù)指標(biāo)，導(dǎo)電率高，則強(qiáng)度降低，強(qiáng)度高，則導(dǎo)電率降低。要解決這個(gè)問(wèn)題，必須從相關(guān)因素入手。純銅具有優(yōu)良的導(dǎo)電性，但其強(qiáng)度不高，僅為225～235MPa，要進(jìn)一步提高銅的強(qiáng)度，就必須加入某些在銅中的溶解度隨溫度的降低而急劇減小的元素，使其合金化，但這些元素的加入會(huì)不同程度降低合金的導(dǎo)電率，例如在純銅中分別加入0.02％的鋁、0.1％的鎳、0.1％的鋅、0.1％的硅，若以純銅的導(dǎo)電率為100％，則加入元素后的導(dǎo)電率將分別下降至95％、94％、95％、50％。因此，本發(fā)明銅合金的合金化原則是在獲得高強(qiáng)度的同時(shí)，盡可能減少導(dǎo)電率的降低?？紤]到在銅中，當(dāng)合金元素形成化合物時(shí)，對(duì)導(dǎo)電率的損害比分別加入相等含量的單個(gè)相應(yīng)元素對(duì)導(dǎo)電率的損害要小。因此，必須使合金元素基本上以化合物形式存在于銅基體中，把合金加熱到低于熔點(diǎn)的某個(gè)溫度時(shí)，這些化合物熔解，固溶到基體中去，然后投入到介質(zhì)中急冷使化合物來(lái)不及析出，使銅合金在室溫下保持過(guò)飽和狀態(tài)，再使過(guò)飽和固溶體在一定溫度下發(fā)生脫溶分解，即沉淀分解。大量脫溶質(zhì)點(diǎn)高度彌散分布于基體中，這樣的合金不但具有較高的強(qiáng)度和硬度，還有良好的導(dǎo)電性能。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明內(nèi)容的銅合金其制造工藝如下①本發(fā)明提供的配方鑄造銅合金；②B是以含B2％的中間合金加入；③將銅合金加熱到850～900℃，保溫1.5～2小時(shí)后進(jìn)行鍛拔；④將銅合金加熱到950～1000℃，保溫1.5～2小時(shí)后進(jìn)行固溶處理，然后在介質(zhì)中進(jìn)行急冷；⑤將銅合金進(jìn)行冷變形，變形量40～60％；⑥時(shí)效處理第一次將銅合金加熱到500～520℃，保溫3小時(shí)后放到空氣中冷卻，第二次將銅合金加熱到450～470℃，保溫3小時(shí)后放到空氣中冷卻。
在本發(fā)明的銅合金中各元素的重量百分比及制造工藝與以往有關(guān)電極的專利不同之處在于1、含B0.08～0.3％，且B是以含B2％的中間合金加入。2、對(duì)合金進(jìn)行二次時(shí)效處理。
在本發(fā)明中B的作用是提高再結(jié)晶溫度，提高銅合金的強(qiáng)度，同時(shí)提高銅合金的抗氧化性。鉻、鋅主要是以第二相析出提高銅合金的強(qiáng)度。鉻和鋯在提高銅合金強(qiáng)度的同時(shí)，對(duì)導(dǎo)電性影響較小。鎂的作用是脫氧、除氣及第二相析出。鈮和稀土的作用是脫氣、凈化鋼液、細(xì)化晶粒、抑制柱狀晶的發(fā)展，從而提高了銅合金的強(qiáng)度，改善了澆注和鍛造性能。將銅合金加熱到850～900℃，保溫1.5～2小時(shí)后進(jìn)行鍛拔，消除或減輕了鑄造缺陷。將銅合金加熱到950～1000℃，保溫1.5～2小時(shí)進(jìn)行固溶處理，然后在鹽水中急冷，這樣可避免固溶體的分解，以獲得理想的過(guò)飽合固溶體。將固溶處理后的銅合金進(jìn)行40～60％的冷變形，目的在于增加過(guò)飽合固溶體的晶體缺陷(如提高位錯(cuò)密度等)，形成更多的非自發(fā)晶核成為脫溶核心，以加快時(shí)效處理時(shí)固溶體的分解速度，使時(shí)效強(qiáng)化效果更為顯著。本發(fā)明銅合金的時(shí)效溫度為480～500℃，保溫4小時(shí)后出爐空冷。為使析出相充分析出，進(jìn)行二次時(shí)效處理。隨著失效溫度的升高和時(shí)間的延長(zhǎng)，固溶于基體中的合金化合物析出，這些脫溶相大量地極其彌散地分布在基體中，使基體產(chǎn)生大量的晶格畸變(析出相周圍形成應(yīng)變場(chǎng))使位錯(cuò)線難以切割或繞過(guò)，極大地阻礙了位錯(cuò)線的移動(dòng)，從而使材料的綜合性能顯著提高(析出強(qiáng)化)。由于析出相的熔點(diǎn)很高，原子間結(jié)合力很強(qiáng)，大大提高了原子的自擴(kuò)散激活能，減緩合金原子在高溫下的擴(kuò)散速度，因此改善了合金的高溫性能。
根據(jù)本發(fā)明的配比與制造工藝所獲得的銅合金具有以下性能導(dǎo)電率大于75％IACS，屈服強(qiáng)度大于539MPa，而且抗氧化性能較好，高溫軟化溫度超過(guò)500℃。
具體實(shí)施例方式
1、合金成份及所占重量百分比為Cr 0.25％，B 0.09％，Mg 0.41％，Zn 0.75％，Nb 0.053％，Re 0.11％，其余為銅和不可避免的雜質(zhì)。
2、合金成份及所占重量百分比Cr 0.37％，B 0.28％，Mg 0.22％，Zn1.1％，Nb 0.037％，Re 0.094％，其余為銅和不可避免的雜質(zhì)。
將上述兩種不同配比的銅合金加熱到870℃，保溫2小時(shí)后進(jìn)行鍛拔；固溶處理將銅合金加熱到970℃，保溫2小時(shí)，隨后在鹽水中進(jìn)行急冷；然后將銅合金進(jìn)行40～60％的冷變形；最后時(shí)效處理第一次將銅合金加熱到500～520℃，保溫3小時(shí)后放到空氣中冷卻；第二次將銅合金加熱到450～470℃，保溫3小時(shí)后放到空氣中冷卻。
經(jīng)上述工藝處理后，實(shí)施例1中成分配比的銅合金性能導(dǎo)電率75％IACS，屈服強(qiáng)度579MPa，軟化溫度510℃；實(shí)施例2中成分配比的銅合金性能導(dǎo)電率77％IACS，屈服強(qiáng)度558MPa，軟化溫度510℃，而且銅合金的抗氧化性好。
按照本發(fā)明提供的銅合金除了可用于焊機(jī)電極外，還可用于其他任何需要高導(dǎo)電率、高強(qiáng)度的設(shè)備中。
權(quán)利要求
1，一種用于焊機(jī)電極的高強(qiáng)度、高導(dǎo)電性銅合金，其特征在于此銅合金所含元素的重量百分比為Cr 0.1～0.4％，B 0.08～0.30％，Mg 0.08～0.65％，Zn 0.3-1.2％，Nb 0.02～0.08％，Re 0.05～0.15％，其余為銅和不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于焊機(jī)電極的高強(qiáng)度、高導(dǎo)電性銅合金，其特征在于所含各元素的重量百分比為Cr 0.25％，B 0.09％，Mg 0.41％，Zn 0.75％，Nb 0.053％，Re 0.11％，其余為銅和不可避免的雜質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于焊機(jī)電極的高強(qiáng)度、高導(dǎo)電性銅合金，其特征在于所含各元素的重量百分比為Cr 0.37％，B 0.28％，Mg0.22％，Zn 1.1％，Nb 0.037％，Re 0.094％，其余為銅和不可避免的雜質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于焊機(jī)電極的高強(qiáng)度、高導(dǎo)電性銅合金，其特征在于含B0.08～0.3％，且B是以含B2％的中間合金加入。
5.一種用于焊機(jī)電極的高強(qiáng)度、高導(dǎo)電性銅合金的制造方法，其特征在于主要包括以下步驟①鑄造按發(fā)明配方的銅合金；②將銅合金加熱到850～900℃，保溫1.5～2小時(shí)后進(jìn)行鍛拔；③固溶處理將銅合金加熱到950～1000℃，保溫1.5～2小時(shí)，然后在介質(zhì)中進(jìn)行急冷；④將銅合金進(jìn)行冷變形，變形量40～60％；⑤時(shí)效處理第一次將銅合金加熱到500～520℃，保溫3小時(shí)后放到空氣中冷卻；第二次將銅合金加熱到450～470℃，保溫3小時(shí)后放到空氣中冷卻。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一利用于焊機(jī)電極的高強(qiáng)度、高導(dǎo)電性銅合金,所含合金元素的重量百分比為:Cr 0.1～0.4%,B0.08～0.30%,Mg 0.08～0.65%,Zn 0.3－1.2%,Nb 0.02～0.08%,Re 0.05～0.15%,其余為銅和不可避免的雜質(zhì)。合金制造工藝為鑄造、鍛拔、固溶處理、冷變形、二次時(shí)效處理。這種銅合金具有強(qiáng)度高,導(dǎo)電性好,同時(shí)具有良好的抗氧化性,除適合做焊機(jī)電極外,還可應(yīng)用于其它任何需要高強(qiáng)度、高導(dǎo)電率的銅合金設(shè)備中。
文檔編號(hào)B23K35/22GK1353203SQ01133399
公開(kāi)日2002年6月12日 申請(qǐng)日期2001年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月2日
發(fā)明者張業(yè)彭, 王義棟, 沙慶云, 常桂華, 曹東 申請(qǐng)人:張業(yè)彭