CN108018440A - 一种高强高导铜合金丝材的制备方法 - Google Patents

一种高强高导铜合金丝材的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高强高导铜合金丝材的制备方法，铜合金丝材按照重量百分比计，铬含量0.8％‑1.0％，锆含量0.08‑0.10％，钛0.008～0.010％，锡0.008～0.010％，镁0.008～0.010％，铌0.008～0.010％，铟0.008～0.010％，其余的余量为铜；制备的铜合金丝材的抗拉强度≥600MPa、伸长率≥6％、导电率≥85％IACS、软化温度≥600℃，丝材直径小于50mm，丝材直径尺寸公差为±5％；单根铜丝长度达到三十万米以上。

Description

一种高强高导铜合金丝材的制备方法
技术领域
本发明涉及一种有色金属材料的制备方法，尤其涉及航空航天用高强高导铜铬锆合金丝材的制备方法。
背景技术
高性能特种电线电缆主要用于新能源、信息产业、航天航空、轨道交通、海洋工程、电子微电子、机器人、医疗机械等领域。所谓特种电线电缆表现在“导体要特”和“绝缘材料要特”。对于内导体而言，需要满足高强、高导、超细等方面。随着我国及世界电子工业、医疗、航空航天等高端领域迅猛发展，对高强高导电合金丝线材料需求迫切，目前主要依靠进口。一架波音或空中客车的长程飞机要用超过250km的航空导线约2.5吨的导体，为连接起见要用超过1万个连接器；一架短程的喷气机要用70km的航空导线，而一架小型直升机需用30km航空导线。所用的线缆主要有单根电话线、多芯电缆、高温电缆、同轴电缆、数据传输电缆等。因此，连续制备出高品质的高性能铜合金以满足当代信息工业和国防事业对高性能铜合金丝线材的需求具有重要意义，同时也具有广阔的市场价值和开发价值。
高性能铜合金内导体一般满足以下要求：较高的导电率；在规定的伸长率下具有高的抗拉强度；良好的高温耐热性和耐磨性；高温和低温环境下的性能稳定性；良好的抗疲劳性能；终端接头的连接性；可焊接性和可镀性；良好的加工性，容易加工成细丝，并且可以保证其大长度需求；性能的连续性和稳定性。
ASTMB624-99电子用高强高导电铜合金标准对电子用高强度高导电圆铜合金的线径范围规定为从0.079mm到1.829mm，抗拉强度大于414MPa，导电率大于85％IACS。美国军用MIL-W-82598镉铜线标准规定了AWG23号镉铜线的抗拉强度大于586MPa，导电率大于80％IACS。GJB1640-93航空航天用电线电缆导体品种和截面系列标准规定，铜合金线的拉强度大于490MPa，导电率大于78.51％IACS，伸长率大于6％。
发明内容
本发明的目的是提供一种航空航天用高强高导铜铬锆合金丝材的制备方法。
本发明制备铜铬锆合金按照重量百分比计，铬含量0.8％-1.0％，锆含量0.08-0.10％，钛0.008～0.010％，锡0.008～0.010％，镁0.008～0.010％，铌0.008～0.010％，铟0.008～0.010％，其余的余量为铜；铬含量与锆含量的比值为10：1，锆含量与钛含量的比值为10：1，钛含量、锡含量、镁含量、铌含量、铟含量的比值为1：1：1：1：1。
本发明的制备方法是：上引连铸—连续挤压—连续轧制—固溶—连续轧制—时效—多道次拉丝—固溶—多道次拉丝。
(1)上引连铸：采用工频上引连铸炉，将高纯阴极铜烘干后投放进熔炼装置中，熔炼装置包括熔炼炉、隔仓、保温炉三部分组成，其中熔炼炉温度为1400-1450℃，保温炉温度为1350-1400℃，隔仓安装有在线除气装置，通过在线除气装置向铜液内充入99.996％的氩气，并通过受控的旋转石墨轴和转子，将氩气压入铜液中并打散成微小气泡，使其均匀的分散在铜液中，从而达到除气、脱氧的目的，气源出口压力0.5MPa，流量0.5～1.0Nm3/h，转子转速控制在150～200r/min，通过在线除气装置，使铜液中的氧含量小于3ppm。
熔炼炉采用木炭覆盖，隔仓、保温炉采用石墨鳞片覆盖，同时熔炼炉、隔仓、保温炉均采用氩气进行气体保护。
采用颗粒状的纯铬，加入铜管内，烘干后按照比例加入熔炼炉内，颗粒状的纯铬的直径小于3mm，铜管直径小于50mm，铜管壁厚大于2mm。
采用铜钛中间合金、铜锡中间合金、铜镁中间合金、铜铌中间合金、铜铟中间合金，按照比例加入熔化炉内，采用铜锆中间合金按照比例加入保温炉内。
采用牵引机组在保温炉内上引连铸铜杆，铜杆节距为1.5～2.0mm，上引连铸的速度为500mm/min，停拉比率为60％-70％，采用小节距、大停拉比率提高铜杆表面质量，避免铜杆拉断。上引连铸直径Ф20mm，结晶器的冷却循环水进水温度小于35℃，结晶器的冷却循环水进水和出水温度差小于8℃。
上引连铸使用的结晶器为陶瓷材质，同时，结晶器内表面镀铬，镀铬层的厚度为0.05～0.2mm。
(2)连续挤压：连续挤压机转速为7r/min，连续挤压温度为大于750℃，连续挤压溢料率控制在8-10％。
(3)连续轧制：轧制速度0.15-0.25米/秒；连续轧制的总加工率大于80％。
(4)固溶：温度890℃-950℃，时间1-2小时。
(5)连续轧制：轧制速度0.15-0.25米/秒；连续轧制的总加工率大于60％。
(6)时效：温度450℃-500℃，时间3-5小时。
(7)多道次拉丝：多道次拉丝至直径0.1mm-0.5mm以内，采用8％-10％乳化液进行冷却。
(8)固溶：温度890℃-920℃，时间1-2小时。
(9)多道次拉丝：多道次拉丝至直径0.05mm以内，采用6％-8％乳化液进行冷却，多道次拉丝过程中采用在线退火的方法，达到时效的效果，在线退火的电压为50V-60V，速度为500-800m/min。
上述方法制备的铜合金丝材的抗拉强度≥600MPa、伸长率≥6％、导电率≥85％IACS、软化温度≥600℃，丝材直径小于50mm，丝材直径尺寸公差为±5％；单根铜丝长度达到三十万米以上。
本发明的有益效果在于：
1.采用非真空熔炼的方法，实现了铜铬锆合金丝材的连续化生产。
2.采用纯铬的金属添加方法，降低了生产成本，采用氩气保护，控制氧含量等措施，使铬、锆的挥发量较少，优化上引连铸的工艺参数，采用小节距、大停拉比率的方法，采用镀铬的陶瓷材质的结晶器，保证上引连铸铜杆表面光洁。
3.采用连续挤压、连续轧制、两次固溶时效的方法，制备的铜铬锆合金丝材的性能优异。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步描述。
本发明制备铜铬锆合金按照重量百分比计，铬含量1.0％，锆含量0.10％，钛0.010％，锡0.010％，镁0.010％，铌0.010％，铟0.010％，其余的余量为铜。
本发明的制备方法是：上引连铸—连续挤压—连续轧制—固溶—连续轧制—时效—多道次拉丝—固溶—多道次拉丝。
(1)上引连铸：采用工频上引连铸炉，将高纯阴极铜烘干后投放进熔炼装置中，熔炼装置包括熔炼炉、隔仓、保温炉三部分组成，其中熔炼炉温度为1400℃，保温炉温度为1350℃，隔仓安装有在线除气装置，通过在线除气装置向铜液内充入99.996％的氩气，并通过受控的旋转石墨轴和转子，将氩气压入铜液中并打散成微小气泡，使其均匀的分散在铜液中，从而达到除气、脱氧的目的，气源出口压力0.5MPa，流量0.5～1.0Nm3/h，转子转速控制在150～200r/min，通过在线除气装置，使铜液中的氧含量小于3ppm。
熔炼炉采用木炭覆盖，隔仓、保温炉采用石墨鳞片覆盖，同时熔炼炉、隔仓、保温炉均采用氩气进行气体保护。
采用颗粒状的纯铬，加入铜管内，烘干后按照比例加入熔炼炉内，颗粒状的纯铬的直径小于3mm，铜管直径小于50mm，铜管壁厚大于2mm。
采用铜钛中间合金、铜锡中间合金、铜镁中间合金、铜铌中间合金、铜铟中间合金，按照比例加入熔化炉内，采用铜锆中间合金按照比例加入保温炉内。
采用牵引机组在保温炉内上引连铸铜杆，铜杆节距为1.5～2.0mm，上引连铸的速度为500mm/min，停拉比率为60％-70％，采用小节距、大停拉比率提高铜杆表面质量，避免铜杆拉断。上引连铸直径Ф20mm，结晶器的冷却循环水进水温度小于35℃，结晶器的冷却循环水进水和出水温度差小于8℃。
上引连铸使用的结晶器为陶瓷材质，同时，结晶器内表面镀铬，镀铬层的厚度为0.05～0.2mm。
(2)连续挤压：连续挤压机转速为7r/min，连续挤压温度为大于750℃，连续挤压溢料率控制在8-10％。
(3)连续轧制：轧制速度0.15-0.25米/秒；连续轧制的总加工率大于80％。
(4)固溶：温度950℃，时间1-2小时。
(5)连续轧制：轧制速度0.15-0.25米/秒；连续轧制的总加工率大于60％。
(6)时效：温度500℃，时间3-5小时。
(7)多道次拉丝：多道次拉丝至直径0.1mm-0.5mm以内，采用8％-10％乳化液进行冷却。
(8)固溶：温度920℃，时间1-2小时。
(9)多道次拉丝：多道次拉丝至直径0.05mm以内，采用6％-8％乳化液进行冷却，多道次拉丝过程中采用在线退火的方法，达到时效的效果，在线退火的电压为50V-60V，速度为500-800m/min。
上述方法制备的铜铬锆合金丝材的抗拉强度≥600MPa、伸长率≥6％、导电率≥85％IACS、软化温度≥600℃，丝材直径小于50mm，丝材直径尺寸公差为±5％；单根铜丝长度达到三十万米以上。
上述实施例仅用于解释说明本发明的发明构思，而非对本发明权利保护的限定，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应落入本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种高强高导铜合金丝材的制备方法，其特征在于：所述的铜合金丝材按照重量百分比计，铬含量0.8％-1.0％，锆含量0.08-0.10％，钛0.008～0.010％，锡0.008～0.010％，镁0.008～0.010％，铌0.008～0.010％，铟0.008～0.010％，其余的余量为铜；铬含量与锆含量的比值为10：1，锆含量与钛含量的比值为10：1，钛含量、锡含量、镁含量、铌含量、铟含量的比值为1：1：1：1：1；所述的铜铬锆合金丝材的抗拉强度≥600MPa、伸长率≥6％、导电率≥85％IACS、软化温度≥600℃，丝材直径小于50mm，丝材直径尺寸公差为±5％；单根铜丝长度达到三十万米以上。
2.如权利要求1所述的一种高强高导铜合金丝材的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：上引连铸—连续挤压—连续轧制—固溶—连续轧制—时效—多道次拉丝—固溶—多道次拉丝：
(1)上引连铸：采用工频上引连铸炉，将高纯阴极铜烘干后投放进熔炼装置中，熔炼装置包括熔炼炉、隔仓、保温炉三部分组成，其中熔炼炉温度为1400-1450℃，保温炉温度为1350-1400℃，隔仓安装有在线除气装置，通过在线除气装置向铜液内充入99.996％的氩气，并通过受控的旋转石墨轴和转子，将氩气压入铜液中并打散成微小气泡，使其均匀的分散在铜液中，从而达到除气、脱氧的目的，气源出口压力0.5MPa，流量0.5～1.0Nm3/h，转子转速控制在150～200r/min，通过在线除气装置，使铜液中的氧含量小于3ppm；熔炼炉采用木炭覆盖，隔仓、保温炉采用石墨鳞片覆盖，同时熔炼炉、隔仓、保温炉均采用氩气进行气体保护；采用颗粒状的纯铬，加入铜管内，烘干后按照比例加入熔炼炉内，颗粒状的纯铬的直径小于3mm，铜管直径小于50mm，铜管壁厚大于2mm；采用铜钛中间合金、铜锡中间合金、铜镁中间合金、铜铌中间合金、铜铟中间合金，按照比例加入熔化炉内，采用铜锆中间合金按照比例加入保温炉内；采用牵引机组在保温炉内上引连铸铜杆，铜杆节距为1.5～2.0mm，上引连铸的速度为500mm/min，停拉比率为60％-70％，采用小节距、大停拉比率提高铜杆表面质量，避免铜杆拉断；上引连铸直径Ф20mm，结晶器的冷却循环水进水温度小于35℃，结晶器的冷却循环水进水和出水温度差小于8℃；上引连铸使用的结晶器为陶瓷材质，同时，结晶器内表面镀铬，镀铬层的厚度为0.05～0.2mm；
(2)连续挤压：连续挤压机转速为7r/min，连续挤压温度为大于750℃，连续挤压溢料率控制在8-10％；
(3)连续轧制：轧制速度0.15-0.25米/秒；连续轧制的总加工率大于80％；
(4)固溶：温度890℃-950℃，时间1-2小时；
(5)连续轧制：轧制速度0.15-0.25米/秒；连续轧制的总加工率大于60％；
(6)时效：温度450℃-500℃，时间3-5小时；
(7)多道次拉丝：多道次拉丝至直径0.1mm-0.5mm以内，采用8％-10％乳化液进行冷却；
(8)固溶：温度890℃-920℃，时间1-2小时；
(9)多道次拉丝：多道次拉丝至直径0.05mm以内，采用6％-8％乳化液进行冷却，多道次拉丝过程中采用在线退火的方法，达到时效的效果，在线退火的电压为50V-60V，速度为500-800m/min。
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