CN102534299B - 无铍多元铜合金 - Google Patents

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Abstract

无铍多元铜合金,基于质量百分率,含有Co:1.5~2.5%,Ti:0.1~0.6%,Zr:0.05~0.3%,RE:0.05%~0.5%,余量为Cu和不可避免的杂质,所述杂质含量≤0.3%;或,含有Co:1.5~2.5%,Ti:0.1~0.6%,Zr:0.05~0.3%,RE:0.05%~0.5%,Si:0.1~0.6%,余量为Cu和不可避免的杂质,其中杂质含量≤0.3%。本合金硬度达190~240HB,电导率达30~46%IACS,软化温度大于500℃。在电阻焊过程有着优越的耐磨性,合金使用寿命比CuCrZr合金提高3-5倍。可广泛应用于电阻焊电极、导电结构件和模具用铜合金。

Description

无铍多元铜合金
技术领域
本发明属于金属功能材料领域,该合金可应用在电阻焊电极、导电结构件、模具材料等要求具有高导电(导热)高强度(硬度)等产品。
背景技术
高导高强铜合金是一类有优良综合物理性能和力学性能的结构功能材料,广泛应用于电阻焊、电力、电子、机械制造等工业领域。专利《高强度高导电稀土铜合金及其制造方法》、《用于焊机电极的高强度、高导电性铜合金》主要介绍了Cu-Cr系和Cu-Cr-Zr系高导高强铜合金。但由于该合金系的硬度相对较低,布氏硬度最高不超过150,其强度和硬度的较低而限制了其应用领域。
含铍元素的Cu-(Ni、Co)-Be系铜合金作为高导高强电阻焊电极材料,具有良好的耐磨性和高的软化温度,是一种较为理想的电阻焊电极材料,如专利《可时效硬化的铜合金》和《低铍多元铜合金》、《能时效硬化的铜合金的应用》报导了含铍元素的高导高强铜合金,因其良好的综合性能被广泛应用。
研制开发的高导高强电极铜合金采用微合金化法,通过多元素的复合强化提高合金的强度,以获得一种无毒铍元素的高导高强铜合金。
发明内容
解决的技术问题:本发明针对上述材料的缺点,充分利用我国的丰富的稀土资源,采用微合金化法,制备了无铍多元铜合金,其特点是:在合金中加入Co元素和Zr、Si、Ti、稀土元素。一方面Zr、Si、Ti的加入以替代Be元素,使制备的合金无毒;另一方面,Zr 、Si、Ti元素的加入形成多元复合强化的效果,提高了合金的强度。合金的强化相主要有:Zr粒子、Cu3Zr、Co2Si、CoTi。
技术方案:无铍多元铜合金,基于质量百分率,含有Co:1.5~2.5%,Ti:0.1~0.6%,Zr:0.05~0.3%, RE:0.05%~0.5%,余量为Cu和不可避免的杂质,所述杂质含量≤0.3%。
无铍多元铜合金,基于质量百分率,含有所述Co:1.8%;Ti:0.5%;Zr:0.1%;RE:0.1%;余量为Cu和不可避免的杂质,其中杂质含量≤0.2%。
无铍多元铜合金,基于质量百分率,含有Co:1.5~2.5%,Ti:0.1~0.6%,Zr:0.05~0.3%, RE:0.05%~0.5%,Si:0.1~0.6%,余量为Cu和不可避免的杂质,其中杂质含量≤0.3%。
无铍多元铜合金,基于质量百分率,含有Co,2.2%;Ti,0.4%;Zr,0.15%;RE,0.1%;Si,0.4%;余量为Cu和不可避免的杂质,其中杂质含量≤0.2%。
上述无铍多元铜合金, RE为Ce-La混合稀土。 
有益效果:
合金铸态组织存在偏析,第二相几乎是沿着粗大树枝晶边缘生成,且呈针状和小块状;而经热锻后合金偏析得到明显改善,为下一步热处理作组织准备,同时合金组织中有大量的未溶第二相和少量的孪晶;合金经固溶后的组织由过饱和α固溶体和少量的第二相组成,由于淬火应力的作用,晶粒内产生了许多孪晶。合金经固溶处理+冷加工变形+时效处理后组织由α-Cu+交错孪晶+时效强化相组成。稀土元素的加入不仅净化铜合金的成分,消除枝状晶、细化晶粒,还可以提高铜及其合金的导电性、热强性和热加工性。
合金时效强度取决于位错与脱溶相质点的相互作用。当运动位错遇到脱溶质点时,在质点周围生成位错环或以切过质点的方式通过脱溶质点的阻碍,因此合金的强度和硬度取决于析出相及其分布和大小。合金经时效后基析出强化相有:Cu3Zr、Co2Si、CoTi、Zr粒子组成;Zr不仅可以细化金属基体,而且Zr还促进了Co2Si、CoTi相的析出,同时,Zr还形成了Cu3Zr强化相。由于这几种析出相的同时存在,有着叠加强化的效果,比单一析出相的强化效果要显著,合金可获得良好的综合性能。
本合金硬度达190~240HB,电导率达30~46%IACS,软化温度大于500℃。在电阻焊过程有着优越的耐磨性,合金使用寿命比CuCrZr合金提高3-5倍。可广泛应用于电阻焊电极、导电结构件和模具用铜合金。
具体实施方式
实施例1:
一种无铍多元高导高强铜合金:
1、原料准备:电解铜、纯Co、纯Zr、纯Si、纯Ti、稀土(RE:Ce-La混合稀土);按质量分数计,合金成份为:Co,2.2%;Si,0.4%;Ti,0.4%;Zr,0.15%,稀土,0.1%;余量为Cu和不可避免的杂质,其中杂质含量≤0.2%。
2、在真空炉中制备Cu-Si、Cu-Zr、Cu-RE和Cu-Ti中间合金:所述中间合金中Si :8%wt、Zr:4%wt、 RE :5%wt 、Ti :10%wt ;
3、非真空熔铸形成铸锭:将电解铜板置于坩埚底部,加入适量玻璃和硼砂(以覆盖液态金属表面为目的,实际玻璃加入量根据实际生产情况而定,玻璃与硼砂质量比为5:1),升温至电解铜熔化,根据合金成份按比例由加料斗加入中间合金,其中Si 、RE和Zr烧损按10%wt左右计,Ti烧损按15%wt左右计,加料顺序为Cu-Si、Cu-RE、Cu-Zr和Cu-Ti,静置几分钟后进行浇铸形成铸锭;浇铸温度为1250℃左右。
4、铸锭的热机械处理:
热锻(或热挤)→固溶处理→冷加工变形(冷锻或冷轧)→时效处理
其中热锻(或热挤)温度为750℃~920℃;固溶温度为950℃时间为1~3小时(根据工件大小确定保温时间);冷加工变形量20%~50%;时效温度为480℃,时间为3小时。
5、合金性能:合金经热机械处理后,硬度达220HB,导电率达40%IACS,软化温度大于500℃。合金具有良好的综合性能,可广泛用于模具材料等领域。
实施例2:
一种无铍多元高导高强铜合金:
1、原料准备:电解铜、纯Co、纯Zr、纯Ti、稀土(RE:Ce-La混合稀土);按质量分数计,合金成份为:Co,1.8%;Ti,0.5%;Zr,0.1%,混合稀土,0.1%;余量为Cu和不可避免的杂质,其中杂质含量≤0.2%。
2、真空熔铸形成铸锭:将钴片先置于坩埚底部,加入电解铜板,抽真空至10Pa以内,升温。待电解铜熔化,根据合金成份按比例由加料斗加入纯Ti、纯Zr和混合稀土RE,其中,Ti、Zr和RE按5%左右烧损计,Ti按10%左右烧损计,静置几分钟后进行真空浇铸形成铸锭;浇铸温度为1250℃左右。
3、铸锭的热机械处理:
热锻(或热挤)→固溶处理→冷加工变形(冷锻或冷轧)→时效处理
其中热锻(或热挤)温度为750℃~920℃;固溶温度为950℃时间为1~3小时(根据工件大小确定保温时间);冷加工变形量20%~50%;时效温度为480℃,时间为3小时。
4、合金性能:合金经热机械处理后,硬度达200HB,导电率达44%IACS,软化温度大于500℃。合金具有良好的综合性能,可用于电阻焊电极。
实施例3:
 一种无铍多元高导高强铜合金
1、原料准备:电解铜、纯Co、纯Zr、纯Si、纯Ti、稀土(RE:Ce-La混合稀土);按质量分数计,合金成份为:Co,2.2%;Si,0.6%;Ti,0.2%;Zr,0.1%,混合稀土,0.2%;余量为Cu和不可避免的杂质,其中杂质含量≤0.2%。
2、在真空炉中制备Cu-Si、Cu-Zr、Cu-RE、Cu-Ti中间合金:所述中间合金中Si :8%wt、Zr:4%wt、 RE :5%wt 、Ti :10%wt;
3、非真空熔铸形成铸件:将电解铜板置于坩埚底部,加入适量玻璃和硼砂(以覆盖液态金属表面为目的,实际玻璃加入量根据实际生产情况而定,玻璃与硼砂质量比为5:1),升温至电解铜熔化,根据合金成份按比例由加料斗加入中间合金,其中Si、RE和Zr烧损按10%wt左右计,Ti烧损按15%wt左右计,加料顺序为Cu-Si、Cu-RE、Cu-Zr和Cu-Ti,静置几分钟后浇入预先造好型的砂型中形成铸件;浇铸温度为1250℃左右。
4、铸件的热处理: 
固溶处理→时效处理
固溶温度为950℃时间为1~3小时(根据工件大小确定保温时间);时效温度为480℃,时间为3小时。
5、合金性能:铸件经热处理后,硬度达195HB,导电率达35%IACS,软化温度大于500℃。合金具有良好的综合性能,可广泛用于大型导电结构件领域。
实施例4:
同实施例1的一种无铍多元高导高强铜合金,其不同之处在于:所述高导高强铜合金化学成份组成及质量百分率为,Co,1.9%;Si,0.5%;Ti,0.3%;Zr,0.1%,混合稀土,0.1%;余量为Cu和不可避免的杂质,其中杂质含量≤0.2%。
实施例5:
同实施例1的一种无铍多元高导高强铜合金,其不同之处在于:所述高导高强铜合金化学成份组成及质量百分率为,Co,2.4%;Si,0.1%;Ti,0.4%;Zr,0.2%,混合稀土,0.2%;余量为Cu和不可避免的杂质,其中杂质含量≤0.2%。
实施例6:
同实施例1的一种无铍多元高导高强铜合金,其不同之处在于:所述高导高强铜合金化学成份组成及质量百分率为,Co,2.0%;Si,0.2%;Ti,0.4%;Zr,0.15%,混合稀土,0.15%;余量为Cu和不可避免的杂质,其中杂质含量≤0.2%。
实施例7:
同实施例3的一种无铍多元高导高强铜合金,其不同之处在于:所述高导高强铜合金化学成份组成及质量百分率为,Co,2.5%;Si,0.4%;Ti,0.4%;Zr,0.1%,混合稀土,0.15%;余量为Cu和不可避免的杂质,其中杂质含量≤0.2%。

Claims (1)

1.无铍多元铜合金,其特征在于:原料准备:电解铜、纯Co、纯Zr、纯Si、纯Ti、稀土为Ce-La混合稀土;按质量分数计,合金成份为:Co,2.2%;Si,0.4%;Ti,0.4%;Zr,0.15%,稀土,0.1%;余量为Cu和不可避免的杂质,其中杂质含量≤0.2%;在真空炉中制备Cu-Si、Cu-Zr、Cu-RE和Cu-Ti中间合金:所述中间合金中Si :8%wt、Zr:4%wt、 RE :5%wt 、Ti :10%wt ;非真空熔铸形成铸锭:将电解铜板置于坩埚底部,加入适量玻璃和硼砂,以覆盖液态金属表面为目的,实际玻璃加入量根据实际生产情况而定,玻璃与硼砂质量比为5:1,升温至电解铜熔化,根据合金成份按比例由加料斗加入中间合金,其中Si 、RE和Zr烧损按10%wt计,Ti烧损按15%wt计,加料顺序为Cu-Si、Cu-RE、Cu-Zr和Cu-Ti,静置几分钟后进行浇铸形成铸锭;浇铸温度为1250℃;铸锭的热机械处理:热锻或热挤,固溶处理,冷加工变形,冷锻或冷轧,时效处理,其中热锻或热挤温度为750℃~920℃;固溶温度为950℃时间为1~3小时;冷加工变形量20%~50%;时效温度为480℃,时间为3小时。
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