CN107354340A - 一种用于电缆铜芯的铜合金 - Google Patents

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李定勇
吕诗伟
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Abstract

本发明公开了一种用于电缆铜芯的铜合金，所述用于电缆铜芯的铜合金按重量百分比为：锌20％～35％、镁2％～2.3％、锡0.6％～1.6％、镍0.2％～0.4％、银0.5％～0.8％、锰0.3％～0.5％、其余量为铜。本发明的铜合金属于无铅黄铜材料，消除生产和使用中对环境和人体的危害通过降低镍的含量，提高锡的含量，并加入适量银，通过各元素之间产生的协同作用，大幅度提高铜合金的导电性、强度、冲压性、抗应力、耐磨等性能。而镍可以与铜无限互溶，它们与铜形成连续固溶体，具有宽阔的单相区，它们能够明显地提高铜的机械性能。适量的锰可以提高铜合金的强度，进一步提高本发明铜合金的耐冲击性能。生产工艺简单，易于操作，可实现规模化生产。

Description

一种用于电缆铜芯的铜合金
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，具体是一种用于电缆铜芯的铜合金。
背景技术
铜合金是以纯铜为基体加入一种或几种其他元素所构成的合金，纯铜呈***，又称紫铜；纯铜密度为8.96，熔点为1083℃，具有优良的导电性、导热性、延展性和耐蚀性；主要用于制作发电机、母线、电缆、开关装置、变压器等电工器材和热交换器、管道、太阳能加热装置的平板集热器等导热器材。
黄铜合金即为铜锌合金，其中主要的元素为金属铜和金属锌，在黄铜合金中添加铝﹑镍﹑锰﹑锡等元素，可以改善黄铜合金的性能，用于不同的场所。但是黄铜合金普遍存在一个问题：强度不足，抗冲击性能差，在使用过程中易产生严重的变形问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于电缆铜芯的铜合金，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于电缆铜芯的铜合金，所述用于电缆铜芯的铜合金按重量百分比为：锌20％～35％、镁2％～2.3％、锡0.6％～1.6％、镍0.2％～0.4％、银0.5％～0.8％、锰0.3％～0.5％、其余量为铜。
优选地，所述的铜合金还包括铝0.1％～0.2％。铝不仅可增加铜水的流动性，改善该合金材料的铸造性能，还能显著地提高铜合金的强度，由于铝标注电位相对于锌更负，因而有着更大的离子化趋向，优先于环境中的氧结合，优先形成微密而坚硬的氧化铝膜，可以防止合金的进一步氧化，形成的氧化铝膜有阻滞基体腐蚀的作用。
优选地，一种用于电缆铜芯的铜合金，所述用于电缆铜芯的铜合金按重量百分比为：锌20％、镁2％、锡0.6％、镍0.2％、银0.5％、锰0.3％、铝0.1％，其余量为铜。
一种用于电缆铜芯的铜合金，所述用于电缆铜芯的铜合金按重量百分比为：锌35％、镁2.3％、锡1.6％、镍0.4％、银0.8％、锰0.5％、铝00.2％，其余量为铜。
一种用于电缆铜芯的铜合金，所述用于电缆铜芯的铜合金按重量百分比为：锌27％、镁2.2％、锡1.1％、镍0.3％、银0.7％、锰0.4％、铝0.15％、其余量为铜。
一种用于电缆铜芯的铜合金的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将合金元素锌、镁、镍的原料混合后搅拌，随后在惰性气体的保护下，放入熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度为1435-1460℃，熔炼1小时后，再加入合金元素铜、锡、银、锰的原料，搅拌均匀后，将熔炼温度降至1154-1236℃，熔炼30分钟后，将所得熔液进行浇注，得铜合金坯锭；
(2)铜合金坯锭空冷至700-800℃时，放入热处理机以20-30℃/分的速度升温至1300-1400℃，保温1小时，炉冷却至室温后再以30-40℃/分的速度升温至800-900℃，保温半小时；
(3)将铜合金坯锭从炉内取出，放入25-30％的常温氯化钠溶液中冷却，降温至室温，拆模即得铸锭，压制压延和成型处理即可。
优选地，步骤(3)出炉经过氯化钠溶液中冷却后制成的铜合金为亚稳态单相组织、面心立方结构。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的铜合金属于无铅黄铜材料，消除生产和使用中对环境和人体的危害；本发明的铜合金中不含铬、锑、铋等常见元素，通过降低镍的含量，提高锡的含量，并加入适量银，通过各元素之间产生的协同作用，大幅度提高铜合金的导电性、强度、冲压性、抗应力、耐磨等性能。其中，锌在铜中固溶度为39.9％，锡在铜中固溶度15.8％，而镍可以与铜无限互溶，它们与铜形成连续固溶体，具有宽阔的单相区，它们能够明显地提高铜的机械性能。适量的锰可以提高铜合金的强度，又因为锰铜电阻温度系很少，由于有同位素异晶转变，使锰铜合金固态下相变十分复杂，固相下具有调幅分解，变晶转变等过程，进一步提高本发明铜合金的耐冲击性能。生产工艺简单，易于操作，可实现规模化生产。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
一种用于电缆铜芯的铜合金，所述用于电缆铜芯的铜合金按重量百分比为：锌20％、镁2％、锡0.6％、镍0.2％、银0.5％、锰0.3％、铝0.1％，其余量为铜。
一种用于电缆铜芯的铜合金的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将合金元素锌、镁、镍的原料混合后搅拌，随后在惰性气体的保护下，放入熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度为1435-1460℃，熔炼1小时后，再加入合金元素铜、锡、银、锰的原料，搅拌均匀后，将熔炼温度降至1154-1236℃，熔炼30分钟后，将所得熔液进行浇注，得铜合金坯锭；
(2)铜合金坯锭空冷至700-800℃时，放入热处理机以20-30℃/分的速度升温至1300-1400℃，保温1小时，炉冷却至室温后再以30-40℃/分的速度升温至800-900℃，保温半小时；
(3)将铜合金坯锭从炉内取出，放入25-30％的常温氯化钠溶液中冷却，降温至室温，拆模即得铸锭，压制压延和成型处理即可。
优选地，步骤(3)出炉经过氯化钠溶液中冷却后制成的铜合金为亚稳态单相组织、面心立方结构。
实施例2
一种用于电缆铜芯的铜合金，所述用于电缆铜芯的铜合金按重量百分比为：锌35％、镁2.3％、锡1.6％、镍0.4％、银0.8％、锰0.5％、铝00.2％，其余量为铜。
一种用于电缆铜芯的铜合金的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将合金元素锌、镁、镍的原料混合后搅拌，随后在惰性气体的保护下，放入熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度为1435-1460℃，熔炼1小时后，再加入合金元素铜、锡、银、锰的原料，搅拌均匀后，将熔炼温度降至1154-1236℃，熔炼30分钟后，将所得熔液进行浇注，得铜合金坯锭；
(2)铜合金坯锭空冷至700-800℃时，放入热处理机以20-30℃/分的速度升温至1300-1400℃，保温1小时，炉冷却至室温后再以30-40℃/分的速度升温至800-900℃，保温半小时；
(3)将铜合金坯锭从炉内取出，放入25-30％的常温氯化钠溶液中冷却，降温至室温，拆模即得铸锭，压制压延和成型处理即可。
优选地，步骤(3)出炉经过氯化钠溶液中冷却后制成的铜合金为亚稳态单相组织、面心立方结构。
实施例3
一种用于电缆铜芯的铜合金，所述用于电缆铜芯的铜合金按重量百分比为：锌27％、镁2.2％、锡1.1％、镍0.3％、银0.7％、锰0.4％、铝0.15％、其余量为铜。
一种用于电缆铜芯的铜合金的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将合金元素锌、镁、镍的原料混合后搅拌，随后在惰性气体的保护下，放入熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度为1435-1460℃，熔炼1小时后，再加入合金元素铜、锡、银、锰的原料，搅拌均匀后，将熔炼温度降至1154-1236℃，熔炼30分钟后，将所得熔液进行浇注，得铜合金坯锭；
(2)铜合金坯锭空冷至700-800℃时，放入热处理机以20-30℃/分的速度升温至1300-1400℃，保温1小时，炉冷却至室温后再以30-40℃/分的速度升温至800-900℃，保温半小时；
(3)将铜合金坯锭从炉内取出，放入25-30％的常温氯化钠溶液中冷却，降温至室温，拆模即得铸锭，压制压延和成型处理即可。
优选地，步骤(3)出炉经过氯化钠溶液中冷却后制成的铜合金为亚稳态单相组织、面心立方结构。
表1实施例制得的铜合金的力学性能
抗拉强度 维氏硬度 导电率IACS
实施例1 813 340 75％
实施例2 795 316 69％
实施例3 850 383 82％
从上表结果可以看出实施例1-3所获得的样品均体现出良好的强度和导电率匹配。

Claims (7)

1.一种用于电缆铜芯的铜合金，其特征在于，所述用于电缆铜芯的铜合金按重量百分比为：锌20％～35％、镁2％～2.3％、锡0.6％～1.6％、镍0.2％～0.4％、银0.5％～0.8％、锰0.3％～0.5％、其余量为铜。
2.根据权利要求1所述的一种用于电缆铜芯的铜合金，其特征在于，所述的铜合金还包括铝0.1％～0.2％。
3.根据权利要求2所述的一种用于电缆铜芯的铜合金，其特征在于，所述用于电缆铜芯的铜合金按重量百分比为：锌20％、镁2％、锡0.6％、镍0.2％、银0.5％、锰0.3％、铝0.1％，其余量为铜。
4.根据权利要求2所述的一种用于电缆铜芯的铜合金，其特征在于，所述用于电缆铜芯的铜合金按重量百分比为：锌35％、镁2.3％、锡1.6％、镍0.4％、银0.8％、锰0.5％、铝00.2％，其余量为铜。
5.根据权利要求2所述的一种用于电缆铜芯的铜合金，其特征在于，所述用于电缆铜芯的铜合金按重量百分比为：锌27％、镁2.2％、锡1.1％、镍0.3％、银0.7％、锰0.4％、铝0.15％、其余量为铜。
6.根据权利要求1-5所述的一种用于电缆铜芯的铜合金，其特征在于，采用如下制备方法制备而成，具体包括以下步骤：
(1)将合金元素锌、镁、镍的原料混合后搅拌，随后在惰性气体的保护下，放入熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度为1435-1460℃，熔炼1小时后，再加入合金元素铜、锡、银、锰的原料，搅拌均匀后，将熔炼温度降至1154-1236℃，熔炼30分钟后，将所得熔液进行浇注，得铜合金坯锭；
(2)铜合金坯锭空冷至700-800℃时，放入热处理机以20-30℃/分的速度升温至1300-1400℃，保温1小时，炉冷却至室温后再以30-40℃/分的速度升温至800-900℃，保温半小时；
(3)将铜合金坯锭从炉内取出，放入25-30％的常温氯化钠溶液中冷却，降温至室温，拆模即得铸锭，压制压延和成型处理即可。
7.根据权利要求6所述的一种用于电缆铜芯的铜合金，其特征在于，步骤(3)出炉经过氯化钠溶液中冷却后制成的铜合金为亚稳态单相组织、面心立方结构。
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