CN103173647B - 一种用于眼镜框架的铜合金弹性片材的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于眼镜框架的铜合金弹性片材的制备方法，是用成分合格的合金铸锭继续加工，其中，该铜合金的成分组成及质量百分比为：Ni：9±0.5；Sn：6±0.5；Cu余量；方法是：升温至350±5℃，将铸锭在惰性气氛下保温30±10 min，而后热轧变形20±5%，最后在800±5℃温度下覆碳或惰性气体下均匀化退火；将该铸锭热轧开坯，总加工率55～70%；开坯后，在真空退火炉中进行中间去应力退火650±5℃/2h；再进行冷轧，总加工率70～80%，道次加工率10%～15%，至板厚1.3±0.1mm；最后进行惰性气氛下的固溶及水淬，冷轧制至成品厚。将成品厚板材进行矫直处理及对表面进行酸洗处理。利用其制作的眼镜框架弹片可以达到国外进口产品水平的CuNi9Sn6合金板材弹片性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型加工工艺制备眼镜框架材料铜合金CuNi9Sn6弹性片材。
背景技术
眼镜架材料一般分为三种，即金属架、非金属架和天然材料镜架。而目前市面上金属架一般有铜合金、镍合金和贵金属。铜合金镜架主要有黄铜、青铜、锌白铜，由于其耐腐蚀性较差，易生铜绿，易生锈，易变形，但成本较低，且易加工，常用于低档镜架，是价位最低的一种。镍合金耐腐蚀性较好，且不易生锈，机械强度也好于铜合金，故金属架采用镍合金材料的占大多数，一般用于中、高档镜架。而高档镜架中以钛金属架为主，其弹性较纯钛好，但不如纯钛镜架轻，纯钛和钛合金也是为高档镜架材料。另金、铂金及合金等均为高档镜架材料，价格也较高。为了寻求既有镍、钛等合金的高强度和高弹性，又具有铜合金易加工和成本低廉的新型合金，国内外对高强度新型铜合金进行了大量的研究。
美国光学公司1978年推出专门为金属眼镜架设计的高强度CuNi9Sn6合金。该材料不但易于加工，成本低，且与普通白铜相比，强度和弹性均有大幅度提高。用该合金制作的眼镜架与锌白铜（CuNi15Zn13）眼镜架同时进行永久变形试验，CuNi9Sn6合金的永久变形量仅为锌白铜的二分之一。日本三菱金属不久也推出一种新型CuNi9Sn6合金。据报道，该合金表面具有玫瑰金的美丽色调，其弹性相当于钛合金，并具有优良的冷锻、冷冲、冷成型等冷加工性能和抗焊接软化性能，易打磨抛光，是一种高塑性、高弹性特轻材料，且成本相对镍合金和贵金属较低，适于制作金属眼镜架。目前国内尚无能够达到国外眼镜框架材料CuNi9Sn6铜合金弹片水平的产品。且据文献报道可知，其它各国分别采用不同的加工工艺，以制得满足眼镜框架材料的使用要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于眼镜框架的铜合金弹性片材的制备方法，利用其制作的眼镜框架弹片可以达到国外进口产品水平的CuNi9Sn6合金板材弹片性能。
为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：
一种用于眼镜框架的铜合金弹性片材的制备方法，用成分合格的合金铸锭继续加工，其中，该铜合金的成分组成及质量百分比为：Ni：9±0.5；Sn：6±0.5；Cu余量；其方法如下：
6）升温至350±5℃，将铸锭在惰性气氛下进行保温30±10 min，而后热轧变形20±5%，最后在800±5℃温度下覆碳或惰性气体下进行均匀化退火；
7）将均匀化后的铸锭立即进行热轧开坯，总加工率55～70%；
8）热轧开坯后，在真空退火炉中进行中间去应力退火650±5℃/2h，以去除加工硬化；
9）退火后进行冷轧，总加工率70～80%，道次加工率10%～15%，至板厚1.3±0.1mm；
10）最后将1.3mm板材进行惰性气氛下的固溶及水淬，冷轧制至成品厚1.2mm；其中，在800±5℃下固溶处理20±10min。
11）将成品厚板材进行矫直处理及对表面进行30～37%的浓盐酸或60～70%的浓硫酸酸洗处理。
优选的，所述步骤11）中浓盐酸的浓度为37%，浓硫酸的浓度为70%。
所述步骤6）中，最后在800±5℃温度下覆碳或惰性气体下均匀化退火的时间为4～5.5h。
由于热轧开坯后的成品表面比较粗糙，在所述步骤7）中，热轧开坯后还可以进一步的精铣表面。
所述用于眼镜框架的铜合金弹性片材的具体制备方法如下：
1）按铜合金中各成分的配比范围计算、称重准备无氧铜、普镍、高纯锡材料；
2）将无氧铜、普镍和高纯锡的全部备料放入氧化铝坩埚，而后放入真空中频感应炉内；
3）抽真空4～6Pa；升温，依次调节功率25KW→35KW→40KW，并控制真空中频感应炉内温度，以使合金熔化；
4）精炼10～12分钟，随后降低功率至25KW，向炉内通氩气，浇铸合金；
5）冷却30～35分钟后出炉，检测后得到成分合格的合金铸锭。
本发明根据CuNi9Sn6合金化学成分配比，在真空中频炉中进行熔炼。真空熔铸可去除合金中的气体和低熔点易挥发元素，高温下Ni易吸H，造成材料脆化，影响其力学性能。且Sn的氧化物导致合金表面较硬，造成材料难加工。真空熔铸还可减少CuNi9Sn6合金中的杂质含量。为缩短均匀化时间，以提高生产效率、节约能耗，在均匀化退火前给予一定的形变。由于合金加工性能较差，采取热轧开坯，而后续轧制则采用冷轧，中间去应力退火选择真空退火炉，避免表面发生氧化。最后对成品尺寸板材进行矫直处理及表面酸洗处理，以达到进口产品的平整及表面光亮状态。
本发明为眼镜框架材料CuNi9Sn6铜合金弹片的生产做了积极的探索工作，包括合金热处理工艺和加工工艺以及表面处理研究，并取得了较理想的效果。本发明制作的用于眼镜框架的铜合金弹性片材的断裂强度σb＞600MPa ，易于冷加工成型，且沿轧向与垂直轧向呈90°弯曲时不出现裂缝。同时产品外观达到国外产品水平。
本发明的优点是：
1、本发明CuNi9Sn6铜合金铸锭为真空熔铸，表面光亮，氧化程度极小，为合金的后续表面处理奠定良好基础；
2、在CuNi9Sn6铜合金铸锭均匀化退火前给予一定的热轧形变，缩短了均匀化时间、提高了生产效率、节约了能耗；
3、将CuNi9Sn6铜合金铸锭进行保护气氛下的均匀化退火，消除了枝晶偏析和溶解非平衡相，降低了铸锭热轧开裂的危险，改善了轧制板带材的边缘质量，提高了材料塑性，同时，由于降低了材料的变形抗力，还可减少变形功消耗，提高了设备的生产效率。在保护气氛下防止了CuNi9Sn6合金表面的氧化、Ni吸H和较硬SnO2氧化膜的生成。均匀化退火完成后直接出炉进行大变形量的热轧开坯，减少了轧制道次；
4、对接近成品尺寸的板材采用惰性气氛下800±5℃/20min固溶，水淬，最后冷轧制至成品厚的热处理工艺，成功获得了满足产品要求的力学性能：产品断裂强度σb＞600MPa ，易于冷加工成型，且沿轧向与垂直轧向呈90°弯曲时不出现裂缝；
5、对成品尺寸板材进行矫直处理及表面酸洗处理，使产品达到了进口产品的平整及表面光亮状态。CuNi9Sn6合金中含有Sn，易发生氧化而形成难以去除的SnO2，该氧化物难溶于水、醇、稀酸和碱液，但能溶于浓硫酸或浓盐酸，故采用浓硫酸或浓盐酸刷洗合金板材表面。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1：
采用下述制备方法，投料3kg，无氧铜、普镍和高纯锡按Ni：Sn：Cu=9：6：85的成分进行配比，分别为Ni，270g；Sn，180g；Cu，2550g，并熔炼合金。
具体制备工艺如下：
1) 按配比备各原料；
2）将备好的无氧铜、普镍和高纯锡原材料放入氧化铝坩埚，而后放入真空中频感应炉内；
3）抽真空5Pa，升温，将功率依次调节至25KW→35KW→40KW，间隔5分钟，以促使合金全面熔化；
4）待炉料全部熔化后，精炼10分钟；降低功率至25KW，冲入氩气，开始浇铸；
5）冷却30分钟后出炉，并水冷却至室温，铸锭尺寸为厚20mm，宽130mm；
6）将锭坯在惰性气氛下进行350℃/30min保温，而后开始轧制，板厚由20mm→18.6mm→17.0mm，而后在800～805℃温度下进行覆碳均匀化退火,时间为4h；
7）随即进行热轧开坯至板厚8.6mm，开坯完毕，铣面至厚度为7mm，以去除表面氧化膜；
8）热轧开坯后，在真空退火炉中进行中间去应力退火650℃/2h，以去除加工硬化；
9）铣面完毕，在真空退火炉中进行去应力退火650℃/2h，而后冷轧，板厚由7mm→6.0mm→5.3mm→4.6mm→4.2mm→3.8mm→3.5mm，再进行中间去应力退火650℃/2h，3.5mm→3.0mm→2.5mm→2.0mm→1.5mm→1.3mm；
10）然后将1.3mm板材进行惰性气氛下的800℃/20min固溶，水淬，冷轧制至成品厚1.2mm；
11）将成品采用矫直机进行板型矫直，合金表面平整度达到进口产品标准。最后将矫直后的板材浸入浓度为37%的浓盐酸，并使用铜刷对其表面进行刷洗，而后用水冲洗，以去除表面的氧化层及污渍，表面质量达到进口产品表面标准。
实施例2：
方法同实施例1，不同点在于：投料3kg，无氧铜、普镍和高纯锡按Ni：Sn：Cu=9.5：6.5：85的成分进行配比，分别为Ni，285g；Sn，180g；Cu，2535g。
实施例3：
方法同实施例1，不同点在于：投料3kg，无氧铜、普镍和高纯锡按Ni：Sn：Cu=9：6.5：84.5的成分进行配比，分别为Ni，270g；Sn，195g；Cu，2535g。
实施例4：
方法同实施例1，不同点在于：投料3kg，无氧铜、普镍和高纯锡按Ni：Sn：Cu=9.5：5.5：85的成分进行配比，分别为Ni，285g；Sn，165g；Cu，2550g。
实施例5：
方法同实施例1，不同点在于以下步骤：
6）将锭坯在惰性气氛下进行350℃/30min保温，然后开始轧制，板厚由20mm→18.2mm→16.8mm→15.8，而后进行惰性气体下均匀化退火；
7）随即进行热轧开坯至7mm，开坯完毕，铣面至厚度为5.0mm，以去除表面氧化膜；
8）热轧开坯后，在真空退火炉中进行中间去应力退火650℃/2h，以去除加工硬化；
9）铣面完毕，在真空退火炉中进行去应力退火650℃/2h，而后根据道次变形量进行冷轧，板厚由5.0mm→4.6mm→4.2mm→3.8mm→3.5mm，再进行中间去应力退火650℃/2h，随后继续冷轧3.5mm→3.0mm→2.5mm→2.0mm→1.5mm→1.3mm。
实施例6：
方法同实施例1，不同点在于：步骤6）中，将锭坯在惰性气氛下进行345℃温度下保温40 min。
实施例7：
方法同实施例1，不同点在于：步骤11）中，将矫直后的板材浸入浓度为30%的浓盐酸。
实施例8：
方法同实施例1，不同点在于：步骤11）中，将矫直后的板材浸入浓度为70%的浓硫酸。
实施例9：
方法同实施例1，不同点在于：步骤11）中，将矫直后的板材浸入浓度为60%的浓硫酸。
上述各实施例可在不脱离本发明的范围下加以若干变化，故以上的说明所包含应视为例示性，而非用以限制本发明申请专利的保护范围
Claims (4)
1. 一种用于眼镜框架的铜合金弹性片材的制备方法，对成分合格的合金铸锭进行加工，其中，该铜合金的成分组成及质量百分比为：Ni：9±0.5％；Sn：6±0.5％；Cu余量；其特征在于方法如下：
先制备所述的合金铸锭：
1）按铜合金中各成分的配比范围计算、称重准备无氧铜、普镍、高纯锡材料；
2）将无氧铜、普镍和高纯锡的全部备料放入氧化铝坩埚，而后放入真空中频感应炉内；
3）抽真空4～6Pa；升温，依次调节功率25KW→35KW→40KW，并控制真空中频感应炉内温度，以使合金熔化；
4）精炼10～12分钟，随后降低功率至25KW，向炉内通氩气，浇铸合金；
5）冷却30～35分钟后出炉，检测后得到成分合格的合金铸锭；
将成分合格的合金铸锭进一步加工：
6）升温至350±5℃，在惰性气氛下将铸锭进行保温30±10 min，而后热轧变形20±5%，最后在800±5℃温度下覆碳或惰性气体下进行均匀化退火；
7）将均匀化后的铸锭立即进行热轧开坯，总加工率55～70%；
8）热轧开坯后，在真空退火炉中进行中间去应力退火650±5℃/2h，以去除加工硬化；
9）退火后进行冷轧，总加工率70～80%，道次加工率10%～15%，至板厚1.3±0.1mm；
10）最后将1.3mm板材进行惰性气氛下的固溶及水淬，冷轧制至成品厚1.2mm；其中，在800±5℃下固溶处理20±10min；
11）将成品厚板材进行矫直处理及对表面进行浓度为30～37%的浓盐酸或浓度为60～70%的浓硫酸酸洗处理。
2. 根据权利要求1所述的用于眼镜框架的铜合金弹性片材的制备方法，其特征在于：所述步骤11）中浓盐酸的浓度为37%，浓硫酸的浓度为70%。
3.根据权利要求1所述的用于眼镜框架的铜合金弹性片材的制备方法，其特征在于：所述步骤6）中，最后在800±5℃温度下覆碳或惰性气体下均匀化退火的时间为4～5.5h。
4. 根据权利要求1所述的用于眼镜框架的铜合金弹性片材的制备方法，其特征在于：所述步骤7）中，热轧开坯后进行进一步的精铣面。
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