CN109487116A

CN109487116A - 适用于导电弹性元器件的高强钛铜合金带材及制备方法

Info

Publication number: CN109487116A
Application number: CN201811428341.3A
Authority: CN
Inventors: 魏然; 王超; 张乐; 吕晨熠; 章清泉; 李国超; 吴会云; 文新理
Original assignee: BEIJING BEIYE FUNCTIONAL MATERIALS Corp
Current assignee: BEIJING BEIYE FUNCTIONAL MATERIALS Corp
Priority date: 2018-11-27
Filing date: 2018-11-27
Publication date: 2019-03-19
Anticipated expiration: 2038-11-27
Also published as: CN109487116B

Abstract

一种适用于导电弹性元器件的高强钛铜合金带材及制备方法，属于钛铜合金带材技术领域。其化学成分wt％为C 0～0.01％，Ti 2.6～3.4％，Ce 0.001～0.2％，W+Ta+Hf+Fe≤0.3％，余量为Cu及不可避免的杂质。最终产品性能为：抗拉强度为1149～1230MPa，屈服强度为1028～1100MPa，导热系数为92～125W/(m·℃)，电导率为19～27％IACS，晶粒尺寸为2～15μm，硬度为320～370HV。合金生产过程包括：真空冶炼、锻造、热轧、冷轧、退火、成品轧制、时效、去应力退火等步骤。优点在于，合金带材高强度、高热导率及高电导率的匹配满足导电弹性元器件对强度、散热性能的要求。

Description

适用于导电弹性元器件的高强钛铜合金带材及制备方法

技术领域

本发明属于钛铜合金技术领域，特别是提供了一种适用于导电弹性元器件的高强钛铜合金带材及制备方法。

背景技术

超高强铜合金材料是我国战略型新兴产业，超高强弹性铜合金主要指抗拉强度超过1000MPa的导电弹性铜合金，它们主要应用于制备导电弹性元器件，如机器仪表、模具、温度控制器、继电器、汽车零配件等。铍青铜是典型的沉淀强化型合金，因其具有高的强度、硬度、弹性极限，并且具有耐蚀、耐磨、耐疲劳、耐低温等一系列优点，得到广泛应用，被誉为“有色弹性材料之王”。然而，铍青铜中的铍具有毒性，铍青铜生产和使用中的安全性问题不容忽视。

钛青铜是20世纪50年代末期出现的一种新型铜基沉淀强化型弹性合金，多个国家的学者均对钛青铜的合金成分、机械性能等开展了研究，并且部分代替铍青铜，用于制造精密仪器、仪表的弹性元件、互联器和耐磨零件等。目前，钛铜合金牌号主要有HPTC、NKT322、YCuT-M、YCuT-F。随着科学技术的发展与进步，为适应越来越苛刻的工作条件，对导电弹性元器件的强度、散热性能等要求越来越高，因而对钛铜合金高强度、高热导率及高电导率的匹配提出了更高要求：抗拉强度≥1100MPa，屈服强度≥1000MPa，导热系数≥90W/(m·℃)，电导率≥19％IACS。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于导电弹性元器件的高强钛铜合金带材及制备方法，使该合金带材的抗拉强度≥1100MPa，屈服强度≥1000MPa，导热系数≥90W/(m·℃)，电导率≥19％IACS。

本发明高强度钛铜合金带材的化学成分质量百分比为：C 0～0.01％，Ti 2.6～3.4％，Ce 0.001～0.2％，W、Ta、Fe 0～0.3％，余量为Cu及不可避免的杂质。

本发明成分设计的原理如下：

C：C元素的添加，一方面与Ti结合生成TiC，弥散分布在晶界，可以显著提高合金的强度；另一方面，消耗过饱和的Ti有利于降低合金的电阻率。

Ce：Ce元素的添加，有利于净化合金晶界，改善合金的加工性能。

W、Ta、Hf和Fe：微量W、Ta、Hf的添加，可以作为结晶核心细化晶粒，起到固溶强化作用，进一步提高合金的强度，Fe元素的添加改善合金加工性能。

本发明合金的制备采用空感应炉冶炼，以充分降低和去除合金中的气体和夹杂物含量。冶炼后的合金经锻造、热轧、冷轧与退火(固溶)交替进行、冷轧、时效、去应力退火等工序得到成品，具体工艺步骤及控制的技术参数如下：

(1)真空冶炼：相关原材料按比例混合后装入坩埚。合金精炼温度为1200～1250℃，出钢温度为1160～1200℃；

(2)锻造、热轧：在700-920℃下锻造为60～80mm厚的扁坯；锻造后扁坯在700-920℃下进行热轧，热轧总变形量为90～99％；

(3)冷轧：合金初轧变形量控制在50～80％；

(4)退火(固溶)：初轧后的合金带材在保护气氛中进行退火，退火(固溶)温度为700～850℃；保温时间为0.5～10min；

(5)成品轧制：成品轧制变形量为10～50％；

(6)成品时效：成品轧制后进行时效处理，时效温度为300℃～500℃，保温时间为1～24h；

(7)去应力退火：根据需要进行去应力退火。

根据制备需要，步骤(3)与(4)交替进行，至合适规格。

采用上述方法生产的合金带材，其抗拉强度为1149～1230MPa，屈服强度为1028～1100MPa，导热系数为92～125W/(m·℃)，电导率为19～27％IACS，晶粒尺寸为2～15μm，硬度为320～370HV。与现有钛铜合金带材相比(比较例1、比较例2)，本发明合金带材同时满足高强度、高热导率及高电导率的要求。

具体实施方法

下面通过实施例具体说明本发明的技术方案。

实施例1：

合金具体化学成分质量百分比为：C：0.005％，Ti：2.7％，Ce：0.05％，W：0.03％，Fe：0.16％，余Cu及不可避免的杂质。

纯度为99.9％的电解铜、纯度为99.9％的海绵钛、C及Fe和Ce按比例混合后装入坩埚。在真空感应炉中进行冶炼，合金精炼温度为1250℃，出钢温度为1200℃，浇铸成钢锭。钢锭在850℃保温锻成80mm厚扁坯，在900℃保温热轧，热轧变形量为94％。热轧后扁坯进行初轧，初轧变形量为80％，然后在850℃进行退火，保温时间为120s。退火后再次进行轧制，变形量为80％，随后在850℃进行固溶，保温时间为90s。对固溶态带材进行成品轧制，变形量为40％。然后在400℃进行时效，时效时间为8h。具体参数及性能详情如表1所示。

实施例2：

合金具体化学成分质量百分比为：C：0.003％，Ti：3.0％，Ce：0.03％，Ta：0.02％，余Cu及不可避免的杂质。按照表1中实施例2对应的成分及工艺进行制备。

实施例3：

合金具体化学成分质量百分比为：C：0.008％，Ti：3.2％，W：0.02％，Ta：0.03％，Fe：0.18％，余Cu及不可避免的杂质。按照表1中实施例3对应的成分及工艺进行制备。

实施例4：

合金具体化学成分质量百分比为：C：0.006％，Ti：3.4％，Ce：0.03％，Hf：0.03％，Fe：0.20％，余Cu及不可避免的杂质。按照表1中实施例4对应的成分及工艺进行制备。

实施例5：

合金具体化学成分质量百分比为：C：0.007％，Ti：2.9％，Ce:0.03％，W：0.10％，Ta：0.05％，余Cu及不可避免的杂质。按照表1中实施例5对应的成分及工艺进行制备。

表1

Claims

1.一种适用于导电弹性元器件的高强钛铜合金带材，其特征在于,化学成分质量百分比为C 0～0.01％，Ti 2.6～3.4％，Ce 0.001～0.2％，W+Ta+Hf+Fe≤0.3％，余量为Cu及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的高强钛铜合金，其特征在于，该合金带材的抗拉强度为1149～1230MPa，屈服强度为1028～1100MPa，导热系数为92～125W/(m·℃)，电导率为19～27％IACS，晶粒尺寸为2～15μm，硬度为320～370HV。

3.一种权利要求1或2所述高强钛铜合金带材的制备方法，其特征在于，具体工艺步骤及控制的技术参数如下：

(1)真空冶炼：相关原材料按比例混合后装入坩埚；合金精炼温度为1200～1250℃，出钢温度为1160～1200℃；

(2)锻造、热轧：在700～920℃下锻造为60～80mm厚的扁坯；锻造后扁坯在700～920℃下进行热轧，热轧总变形量为90～99％；

(3)冷轧：合金初轧变形量控制在50～80％；

(4)退火：初轧后的合金带材在保护气氛中进行退火，退火温度为700～850℃；保温时间为0.5～10min；

(5)成品轧制：成品轧制变形量为10～50％；

(7)去应力退火：根据需要进行去应力退火。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据制备需要，步骤(3)与(4)交替进行，至合适规格。