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一種銅鉻鋯合金及其制備方法

文檔序號(hào):9781005閱讀:3779來源:國(guó)知局
一種銅鉻鋯合金及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及銅合金材料技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種銅鉻鋯合金及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]銅鉻鋯系合金作為高強(qiáng)高導(dǎo)析出強(qiáng)化型銅合金,在軌道交通、電子、電力、裝備制造等領(lǐng)域具有重要用途,是制造軌道交通牽引電機(jī)關(guān)鍵部件、IC引線框架及部件、電極合金、連續(xù)鑄鋼結(jié)晶器、高爐冷卻板的關(guān)鍵材料。我國(guó)目前銅鉻鋯合金與國(guó)外相比還有較大差距,且生產(chǎn)量很少,其主要問題是合金強(qiáng)度低、導(dǎo)電率低、加工性能差,不能滿足當(dāng)前國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求。
[0003]近年來,國(guó)內(nèi)高??蒲性核趯?shí)驗(yàn)室開展了高強(qiáng)高導(dǎo)銅鉻鋯合金的研發(fā)工作,其中研究最多的是對(duì)現(xiàn)有鉻鋯銅合金進(jìn)行微合金化,以提高合金的性能。例如,公告號(hào)為CN125454C的中國(guó)發(fā)明專利說明書(申請(qǐng)人為清華大學(xué))公開了一種在傳統(tǒng)Cu-Cr-Zr銅合金基礎(chǔ)上進(jìn)行微合金化(添加微量元素La、Zn以及Fe/Co和Ti)的鉻鋯銅合金,其抗拉強(qiáng)度達(dá)到608.2-641.4MPa,但其電導(dǎo)率過低(僅為65 — 70%IACS),延伸率更低(僅為5%)。再如,公告號(hào)為CN1323179C的中國(guó)發(fā)明專利說明書(申請(qǐng)人為昆明貴金屬研究所)公開了一種鉻鋯銅合金,通過添加稀土元素Y、La或Sm,合金抗拉強(qiáng)度高達(dá)750MPa、硬度高達(dá)170HBS、軟化溫度高達(dá)700 °C,但其延伸率僅為6%,電導(dǎo)率僅為75%IACS。又如,公告號(hào)為CN102912178A的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)說明書(申請(qǐng)人為河南科技大學(xué))公開了在傳統(tǒng)銅鉻鋯合金基礎(chǔ)上添加銀、磷和微量稀土元素,該合金電導(dǎo)率高于80%IACS,抗拉強(qiáng)度高于550MPa,但延伸率偏低,且其含貴金屬銀,成本較高。綜上所述,現(xiàn)有的鉻鋯銅合金很難兼顧到高抗拉強(qiáng)度、高電導(dǎo)率和高延伸率等要求。
[0004]隨著我國(guó)高鐵、動(dòng)車、城軌的高速發(fā)展,軌道交通牽引電機(jī)關(guān)鍵部件對(duì)銅合金的強(qiáng)度、導(dǎo)電性、塑性綜合性能提出了更高的要求。因此,迫切需要發(fā)展一種新型的具有高抗拉強(qiáng)度、高電導(dǎo)率和高延伸率的鉻鋯銅合金材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種銅鉻鋯合金以及這種銅鉻鋯合金的制備方法,這種銅鉻鋯合金具有高抗拉強(qiáng)度、高電導(dǎo)率和高延伸率,綜合性能優(yōu)異。采用的技術(shù)方案如下:
一種銅鉻鋯合金,其特征在于按重量計(jì),由以下原料制成:0.7 — 2.0%的鉻,0.05 — 0.3%的鋯,0.01-0.08%的鎂,0.01-0.1%的釔,余量為銅ο
[0006]本發(fā)明還提供上述鉻鋯銅合金的一種制備方法,其特征在于依次包括下述步驟:
(1)按比例配備銅、鉻、鋯、鎂、釔元素,經(jīng)過真空純凈化熔煉、分流式澆注,制得鑄坯;
(2)對(duì)步驟(I)制得的鑄坯進(jìn)行均勻化處理、熱擠壓,制得棒坯;
(3)對(duì)步驟(2)制得的棒坯進(jìn)行固溶處理;
(4)對(duì)經(jīng)固溶處理的棒坯進(jìn)行冷變形加工; (5)對(duì)冷變形加工后得到的材料進(jìn)行時(shí)效處理,得到所需的鉻鋯銅合金。
[0007]優(yōu)選步驟(I)中,鉻元素以鉻粉(優(yōu)選鉻粉的粒度為200— 500目)加入,鋯元素以海綿鋯加入,鎂元素以鎂銅中間合金加入,釔元素以釔銅中間合金加入,銅元素以銅塊加入。
[0008]優(yōu)選步驟(I)中,真空純凈化熔煉和分流式澆注的過程為:將鉻粉、銅塊放入真空熔煉爐的坩禍內(nèi);然后關(guān)閉爐門并抽真空,待爐內(nèi)壓強(qiáng)為40 — 60Pa時(shí),開啟電源開關(guān)進(jìn)行熔煉,待爐料全部熔化后保溫10 —15分鐘;然后充入0.03-0.05MPa的純氬氣,爐溫在1250 —1300°C時(shí)加入海綿鋯、鎂銅中間合金和釔銅中間合金,熔煉1 — 15分鐘之后,調(diào)整出爐溫度,在1180 — 1200°C時(shí)進(jìn)行澆注;澆注時(shí)采用分流式澆注,使熔體均勻澆注到多個(gè)(如三個(gè))預(yù)熱保溫的模具內(nèi),模具預(yù)熱溫度為400 — 500°C。采用分流式澆注,可減小晶粒尺寸和減輕成分偏析。
[0009]優(yōu)選步驟(2)中,均勻化處理和熱擠壓的過程為:將步驟(I)制得的鑄坯加熱到900 — 980°C,保溫0.5 — 2小時(shí)后進(jìn)行均勻化處理,然后在熱擠壓機(jī)上擠壓,擠壓比為5 — 20,得到棒坯。
[0010]優(yōu)選步驟(3)中,固溶處理的過程為:將步驟(2)制得的棒坯裝入熱處理爐中,在940 — 980°C下保溫I 一 2小時(shí),然后進(jìn)行水淬(即在水中淬火)。
[0011]—優(yōu)選方案中,步驟(4)中冷變形加工的過程為:對(duì)經(jīng)固溶處理的棒坯進(jìn)行鍛造或拉拔,其中鍛造變形量為30 - 70%,拉拔變形量為20 - 90% ο
[0012]另一優(yōu)選方案中,步驟(4)中冷變形加工的過程為:對(duì)經(jīng)固溶處理的棒坯進(jìn)行第一次鍛造或第一次拉拔,其中第一次鍛造變形量為20 — 40%,第一次拉拔變形量為20 - 50%;然后在440 — 500°C下保溫2 — 2.5小時(shí),再進(jìn)行第二次鍛造或第二次拉拔,其中第二次鍛造變形量為40 - 60%,第二次拉拔變形量為50 - 70% ο
[0013]優(yōu)選步驟(5)中,時(shí)效溫度為400 — 500°C,時(shí)效時(shí)間為2 — 5小時(shí)。
[0014]本發(fā)明在傳統(tǒng)銅絡(luò)錯(cuò)合金的基礎(chǔ)上,添加微量的對(duì)銅合金電導(dǎo)率影響較小的I乙元素,發(fā)揮釔的凈化作用和細(xì)化作用,使合金中雜質(zhì)減少;同時(shí),控制鑄坯的凝固過程,使成分偏析減輕,有利于強(qiáng)化相的彌散析出,在合金強(qiáng)度和導(dǎo)電性能取得均衡;另外,通過合適的變形加工工藝,發(fā)揮細(xì)晶強(qiáng)化作用,同時(shí)提高合金強(qiáng)度和韌性。
[0015]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比,具有如下有益效果:1、在傳統(tǒng)銅鉻鋯合金基礎(chǔ)上,添加適量的鎂和釔元素;適量的鎂的加入有利于除氧,還能起到很好的固溶強(qiáng)化作用,而且鎂的添加量控制在0.08%以下,可避免電導(dǎo)率的降低;釔的添加不但可以細(xì)化鑄態(tài)組織,提高鑄坯后續(xù)變形能力,還能起到凈化作用,使銅中雜質(zhì)減少,晶格畸變減弱,電子散射幾率減少,導(dǎo)電性能改善,從而為解決銅合金強(qiáng)度和電導(dǎo)率難以同時(shí)提高的問題提供有效途徑;2、通過熱擠壓、固溶處理、冷變形加工(鍛造或拉拔)和時(shí)效處理等工藝,制得的銅鉻鋯合金具有良好的綜合性能,其室溫抗拉強(qiáng)度>520MPa,室溫延伸率2 22%,室溫導(dǎo)電率2 90%IACS,350° C高溫抗拉強(qiáng)度>390MPa,能較好滿足軌道交通牽引電機(jī)關(guān)鍵部件、IC引線框架等領(lǐng)域用材料對(duì)銅合金綜合性能要求。
【具體實(shí)施方式】
[0016]實(shí)施例1
本實(shí)施例中,鉻鋯銅合金的制備方法依次包括下述步驟: (I)按比例配備銅、鉻、鋯、鎂、釔元素,經(jīng)過真空純凈化熔煉、分流式澆注,制得鑄坯;
本步驟中,按重量計(jì),配備的原料中含有:1.3%的鉻,0.2%的鋯,0.02%的鎂,0.04%的釔,余量為銅。鉻元素以鉻粉(鉻粉的粒度為200 — 500目)加入,鋯元素以海綿鋯加入,鎂元素以鎂銅中間合金加入,釔元素以釔銅中間合金加入,銅元素以銅塊加入(銅元素還包括鎂銅中間合金、釔銅中間合金中所含的銅)。
[0017]本步驟(I)中,真空純凈化熔煉和分流式澆注的過程為:將鉻粉、銅塊放入真空熔煉爐的坩禍內(nèi);然后關(guān)閉爐門并抽真空,待爐內(nèi)壓強(qiáng)為50Pa時(shí),開啟電源開關(guān)進(jìn)行熔煉,待爐料全部熔化后保溫10分鐘;然后充入0.04MPa的純氬氣,爐溫在1270°C時(shí)加入海綿鋯、鎂銅中間合金和釔銅中間合金,熔煉10分鐘之后,調(diào)整出爐溫度,在1180°C時(shí)進(jìn)行澆注;澆注時(shí)采用分流式澆注,使熔體均勻澆注到多個(gè)(如三個(gè))預(yù)熱保溫的模具內(nèi),模具預(yù)熱溫度為450。。。
[0018](2)對(duì)步驟(I)制得的鑄坯進(jìn)行均勻化處理、熱擠壓,制得棒坯;
本步驟(2)中,均勻化處理和熱擠壓的過程為:將步驟(I)制得的鑄坯加熱到950°C,保溫I小時(shí)后進(jìn)行均勻化處理,然后在熱擠壓機(jī)上擠壓,擠壓比為10,得到棒坯。
[0019](3)對(duì)步驟(2)制得的棒坯進(jìn)行固溶處理;
本步驟(3)中,固溶處理的過程為:將步驟(2)制得的棒坯裝入熱處理爐中,在950°C下保溫2小時(shí),然后進(jìn)行水淬。
[0020](4)對(duì)經(jīng)固溶處理的棒坯進(jìn)行冷變形加工;
本步驟(4)中冷變形加工的過程為:對(duì)經(jīng)固溶處理的棒坯進(jìn)行拉拔,拉拔變形量為70%。[0021 ] (5)對(duì)冷變形加工后得到的材料進(jìn)行時(shí)效處理,時(shí)效溫度為450°C,時(shí)效時(shí)間為3小時(shí),得到所需的鉻鋯銅合金。
[0022]制得的鉻鋯銅合金具有良好的綜合性能,其室溫抗拉強(qiáng)度為527MPa,室溫延伸率為23%,室溫導(dǎo)電率為93%IACS,350° C高溫抗拉強(qiáng)度為394MPa。
[0023]實(shí)施例2
本實(shí)施例中,鉻鋯銅合金的制備方法依次包括下述步驟:
(I)按比例配備銅、鉻、鋯、鎂、釔元素,經(jīng)過真空純凈化熔煉、分流式澆注,制得鑄坯;本步驟中,按重量計(jì),配備的原料中含有:0.7%的鉻,0.3%的鋯,0.08%的鎂,0.1%的釔,余量為銅。鉻元素以鉻粉(鉻粉的粒度為200 — 500目)加入,鋯元素以海綿鋯加入,鎂元素以鎂銅中間合金加入,釔元素以釔銅中間合金加入,銅元素以銅塊加入(銅元素還包括鎂銅中間合金、釔銅中間合金中所含的銅)。
[0024]本步驟(I)中,真空純凈化熔煉和分流式澆注的過程為:將鉻粉、銅塊放入真空熔煉爐的坩禍內(nèi);然后關(guān)閉爐門并抽真空,待爐內(nèi)壓強(qiáng)為40Pa時(shí),開啟電源開關(guān)進(jìn)行熔煉,待爐料全部熔化后保溫15分鐘;然后充入0.03MPa的純氬氣,爐溫在1250°C時(shí)加入海綿鋯、鎂銅中間合金和釔銅中間合金,熔煉15分鐘之后,調(diào)整出爐溫度,在1190°C時(shí)進(jìn)行澆注;澆注時(shí)采用分流式澆注,使熔體均勻澆注到多個(gè)(如三個(gè))預(yù)熱保溫的模具內(nèi),模具預(yù)熱溫度為500。。。
[0025](2)對(duì)步驟(I)制得的鑄坯進(jìn)行均勻化處理、熱擠壓,制得棒坯;
本步驟(2)中,均勻化處理和熱擠壓的過程為:將步驟(I)制得的鑄坯加熱到900°C,保溫2小時(shí)后進(jìn)行均勻化處理,然后在熱擠壓機(jī)上擠壓,擠壓比為6,得到棒坯。
[0026](3)對(duì)步驟(2)制得的棒坯進(jìn)行固溶處理;
本步驟(3)中,固溶處理的過程為:將步驟(
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