CN110042272A - 一种高导电高强CuFeNb系弹性铜合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高导电高强CuFeNb系弹性铜合金,以重量百分比计,该CuFeNb系弹性铜合金中包含以下含量的成分:Fe 0.5‑30.0%、Nb 0.05‑5%、Co 0.05‑2.0%、Ag 0.05‑2%、Mg 0.1‑0.5%、Cr 0.1‑0.5%、B 0.1‑0.5%、P 0.1‑0.5%;其余为Cu以及不可避免的杂质。该CuFeNb系弹性铜合金的合金成分合理,强化相分布均匀,体积分数高,合金的强度高、塑性高、导电率高。本发明还提供了制备该弹性铜合金的粉末冶金法和熔铸法,这些制备方法工艺流程短,操作简单,生产成本低,适于工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于高强高导铜合金技术领域,尤其涉及一种高导电高强CuFeNb系弹性铜合金及其制备方法。
背景技术
弹性铜合金是导电弹性器件的关键材料,当其应用于舰船、航空航天、电工电子、机器仪表、汽车工业、轨道交通、海洋输运等领域时要求具有较高的使用性能。由于Fe在铜中的溶解度非常低,添加的Fe一般会以Fe颗粒的形式存在于Cu基体中,因此传统的高强高导电Cu-Fe系合金通常采用低合金化,能够添加的Fe元素及其他合金化元素有限,制备得到的合金的强化相密度低、体积分数低、尺寸大,合金的力学性能提高有限;同时由于铸造过程中存在非平衡凝固相尺寸大、分布不均匀等问题,也会影响合金经形变热处理后的力学性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是,克服以上背景技术中提到的不足和缺陷,提供一种高导电高强CuFeNb系弹性铜合金及其制备方法。
为解决上述技术问题,本发明提出的技术方案为:
一种高导电高强CuFeNb系弹性铜合金,以重量百分比计,所述高导电高强CuFeNb系弹性铜合金中包含以下含量的成分:Fe 0.5-30.0%、Nb 0.05-5%、Co 0.05-2.0%、Ag0.05-2%、Mg 0.1-0.5%、Cr 0.1-0.5%、B 0.1-0.5%、P 0.1-0.5%;其余为Cu以及不可避免的杂质。
上述的高导电高强CuFeNb系弹性铜合金,优选的,以重量百分比计,所述高导电高强CuFeNb系弹性铜合金中包含以下含量的成分:Fe 10-15.0%、Nb 1-2%、Co 1.0-1.5%、Ag 0.5-0.6%、Mg 0.1-0.2%、Cr 0.1-0.2%、B 0.1-0.2%、P 0.1-0.2%;其余为Cu以及不可避免的杂质。
本发明的高导电高强CuFeNb系弹性铜合金中Fe析出相在铜基体内呈亚微米级均匀分布,Nb、Co、Ag、Mg、Cr、B和P主要以溶质原子或者纳米粒子分布。
作为一个总的发明构思,本发明还提供一种如上述的高导电高强CuFeNb系弹性铜合金的制备方法,即粉末冶金法,包括以下步骤:
(1)按照元素组成的重量百分比备料,将铜源、铁源、铌源、钴源、银源、镁源、铬源、硼源和磷源分别熔化后混合均匀,然后将合金熔体采用气雾化法制粉得到铜合金粉末,再经干燥、筛分后得到分级后的CuFeNb系合金粉末;
(2)将步骤(1)后的CuFeNb系合金粉末压制成粉末压坯,然后在还原性气氛下烧结,得到烧结坯;
(3)将步骤(2)后的烧结坯进行热挤压和冷拉拔丝处理,得到丝材;
(4)将步骤(3)后的丝材进行时效处理,得到所述高导电高强CuFeNb系弹性铜合金。
上述的制备方法,优选的,所述步骤(1)中,气雾化法在惰性气氛下进行,控制气体流量为0.25-0.3m3/s,气体压力为0.6-5MPa,雾化熔体温度为1300-1500℃。更优选的,所述惰性气氛为氮气和/或氩气气氛。本发明的粉末冶金法采用气雾化法制备合金粉末,由于合金液滴冷却速度快,得到的合金粉末中铜基体内铁为过饱和固溶状态,以亚微米级呈均匀弥散分布,可避免传统铸造过程中铁的宏观偏析带来的合金难加工及由于铁相粗大而导致的合金力学性能低等问题。
上述的制备方法,优选的,所述步骤(2)中,压制成粉末压坯的压力为50-400MPa,烧结温度为1050-1300℃,烧结时间为1-4h。
上述的制备方法,优选的,所述步骤(3)中,热挤压温度为850-900℃,挤压比≥10;冷拉拔丝处理在室温下进行,总应变量为4-10。经热挤压和冷拉拔丝加工,铜基体及细小的铁相可由原来烧结状态的等轴晶粒经塑性变形成纤维状,有利于提高丝材的力学性能,制得的合金适用于各种高强配线、电火花切割等应用领域。
本发明的粉末冶金法,由于采取了热挤压和冷拉拔丝变形,合金中的析出相和基体被纤维化,最终可以实现合金的强度和塑性的同时提高。
上述的制备方法,优选的,所述步骤(4)中,时效处理的温度为300℃-500℃,时间为0.5-8小时。经时效处理后,合金基体内的过饱和固溶元素Fe可以从基体内析出,位错密度降低,有利于提高合金的导电性,且由于Fe的弥散分布,有利于提高合金的强度。
上述的制备方法,优选的,所述步骤(2)中,还原性气氛为氢气、分解氨、一氧化碳气氛中的至少一种。采用还原气氛烧结,粉末颗粒表面的氧可以在升温过程中得到还原,降低制品的氧含量,有利于提升最终制品的加工性能和导电性能。
本发明的制备高导电高强CuFeNb的粉末冶金法,各步骤协同作用、相互配合,所得合金组织的晶粒尺寸较小,合金中几乎无偏析,与制备弹性铜合金的传统工艺相比,省去了长时间均匀化退火等高耗能环节,降低了固溶温度,具有节能降耗、生产成本更低廉、工艺更简单的特点,更适合工业化生产,所得产品各项性能指标更优异,提高了产品的市场竞争力。
作为一个总的发明构思,本发明还提供另一种如上述的高导电高强CuFeNb系弹性铜合金的制备方法,即熔铸法,包括以下步骤:
(a)按照元素组成的重量百分比备料,先将铜源、铁源、铌源、钴源、铬源放入加热炉中熔化,然后再加入银源、镁源、硼源和磷源,熔匀后形成合金熔体;
(b)将步骤(a)后的合金熔体连铸成板坯,得到铸锭板坯;
(c)将步骤(b)后的铸锭板坯保温后进行热轧,得到热轧板材;
(d)将步骤(c)后的热轧板材酸洗,然后进行固溶处理;
(e)将步骤(d)后的板材酸洗,然后进行冷轧;
(f)将步骤(e)后的板材酸洗,然后进行时效处理;
(g)将步骤(f)后的板材进行低温退火处理,得到所述高导电高强CuFeNb系弹性铜合金。
上述的制备方法,优选的,所述步骤(a)中,先将铜源、铁源、铌源、钴源、铬源放入加热炉中熔化,控制熔化温度为1300-1500℃,待其完全熔化后,降温至1200-1250℃,再加入银源、镁源、硼源和磷源,熔匀后形成合金熔体。
上述的制备方法,优选的,所述步骤(d)中,固溶处理的温度为850-950℃,时间为2-10h;
所述步骤(f)中,时效处理的温度为300-500℃,时间为0.5-12h;
所述步骤(g)中,退火处理的温度为200-300℃,时间为0.5-4h。
上述的制备方法,优选的,所述步骤(b)中,连铸的温度为1050-1250℃,铸造速度为0.5-5.0m/h,冷却水压力为0.05-0.20MPa;所述步骤(c)中,保温温度为800-950℃,保温时间为1-2h,热轧的轧制变形量为60-90%;所述步骤(e)中,冷轧的轧制变形量为30-80%。
本发明的制备高导电高强CuFeNb的熔铸法,由于在固溶处理之后采取了时效和冷轧变形处理,合金中的析出相和基体被纳米化,从而可以实现合金的强度和塑性的同时提高。
本发明的技术方案,通过合理设计合金成分及其含量,使合金中主要包括Fe、Nb、Co、Cr、Ag等主要合金化元素,其中Nb和Fe可以析出Fe2Nb粒子,Fe、Co、Cr、Ag还可以形成纳米级析出相粒子,从而在合金内部析出占据不同体积分数的多元协调强化的强化相,同时微量的Mg、B、P均可以形成溶质原子,起到较好的固溶强化效果。
本发明的技术方案,通过合理设置工艺步骤以及优化工艺参数,使合金的形变热处理过程中溶质原子过饱和度增加。同时由于Mg加入形成替换原子,引起晶格较大畸变从而强化合金,并提高了合金的抗应力松弛性能。而Nb、Co、Cr、Ag元素的加入,使合金起主要增强效果的Fe相、Nb相、Fe2Nb相、Co相、Cr相、Ag相的含量增加,从而使合金的强度明显增加。由于过饱和固溶体中的元素可以通过时效析出形成析出相,使铜基体得到净化,从而对电子运动的阻碍减小,合金的电阻小,电导率得到提高,最终得到强度高、电导率高、抗应力松弛性能好、韧性高的高导电高强CuFeNb系弹性铜合金。
与现有技术相比,本发明的优点在于:
(1)本发明的高导电高强CuFeNb系弹性铜合金,合金成分合理,合金中的强化相分布均匀,体积分数高,合金的强度高、塑性高、导电率高,其电导率为35-80%IACS,抗拉强度为500-1250MPa,伸长率为3-6%。
(2)本发明的高导电高强CuFeNb系弹性铜合金的制备方法,工艺流程短,操作简单,生产成本低,适于工业化生产。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例1中采用粉末冶金法制备的CuFeNb系弹性铜合金的金相照片;
图2是本发明实施例8中采用熔铸法制备的CuFeNb系弹性铜合金的过程中步骤(e)后所得板材的侧切面的金相照片;
图3是本发明实施例8中采用熔铸法制备的CuFeNb系弹性铜合金的金相照片。
具体实施方式
为了便于理解本发明,下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本文发明做更全面、细致地描述,但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。
除非另有定义,下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的,并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明,本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1:
一种本发明的高导电高强CuFeNb系弹性铜合金,以重量百分比计,该高导电高强CuFeNb系弹性铜合金中包含以下含量的成分:Fe 5.0%、Nb 2.0%、Co 0.1%、Ag 0.2%、Mg0.1%、Cr 0.1%、B 0.1%、P 0.1%;其余为Cu以及不可避免的杂质。
本实施例的高导电高强CuFeNb系弹性铜合金的制备方法,包括以下步骤:
(1)按照元素组成的重量百分比备料,将铜源、铁源、铌源、钴源、银源、镁源、铬源、硼源和磷源混合均匀,然后采用气雾化法将混合粉末熔匀形成合金熔体,再经干燥、筛分后得到合金粉末;气雾化法在氩气气氛下进行,气体流量为0.25m3/s,气体压力为0.8MPa,雾化熔体温度为1300℃;
(2)将步骤(1)后的合金粉末在300MPa的压力下压制成粉末压坯,然后在氢气下烧结,烧结温度为1080℃,烧结时间为2h,得到烧结坯;
(3)将步骤(2)后的烧结坯进行热挤压和冷拉拔丝处理,热挤压温度为850℃,挤压比为10:1;冷拉拔丝处理在室温下进行,总应变量为4,得到丝材;
(4)将步骤(3)后的丝材进行时效处理,时效处理的温度为400℃,时间为6小时,得到高导电高强CuFeNb系弹性铜合金。该CuFeNb系弹性铜合金的金相照片如图1所示,由图可知,采用本发明的粉末冶金法制备的合金的组织均匀细小,无偏析。
实施例2:
一种本发明的高导电高强CuFeNb系弹性铜合金,以重量百分比计,该高导电高强CuFeNb系弹性铜合金中包含以下含量的成分:Fe 10.0%、Nb 3%、Co 0.2%、Ag 0.1%、Mg0.2%、Cr 0.14%、B 0.1%、P 0.5%;其余为Cu以及不可避免的杂质。
本实施例的高导电高强CuFeNb系弹性铜合金的制备方法,包括以下步骤:
(1)按照元素组成的重量百分比备料,将铜源、铁源、铌源、钴源、银源、镁源、铬源、硼源和磷源混合均匀,然后采用气雾化法将混合粉末熔匀形成合金熔体,再经干燥、筛分后得到合金粉末;气雾化法在氮气或者氩气气氛下进行,气体流量为0.3m3/s,气体压力为0.7MPa,雾化熔体温度为1400℃;
(2)将步骤(1)后的合金粉末在350MPa的压力下压制成粉末压坯,然后在氢气气氛下烧结,烧结温度为1150℃,烧结时间为3h,得到烧结坯;
(3)将步骤(2)后的烧结坯进行热挤压和冷拉拔丝处理,热挤压温度为880℃,挤压比为15:1;冷拉拔丝处理在室温下进行,总应变量为6,得到丝材;
(4)将步骤(3)后的丝材进行时效处理,时效处理的温度为450℃,时间为4小时,得到高导电高强CuFeNb系弹性铜合金。
实施例3:
一种本发明的高导电高强CuFeNb系弹性铜合金,以重量百分比计,该高导电高强CuFeNb系弹性铜合金中包含以下含量的成分:Fe 12.0%、Nb 1.5%、Co 1.2%、Ag 0.5%、Mg 0.2%、Cr 0.15%、B 0.15%、P 0.15%;其余为Cu以及不可避免的杂质。
本实施例的高导电高强CuFeNb系弹性铜合金的制备方法,包括以下步骤:
(1)按照元素组成的重量百分比备料,将铜源、铁源、铌源、钴源、银源、镁源、铬源、硼源和磷源混合均匀,然后采用气雾化法将混合粉末熔匀形成合金熔体,再经干燥、筛分后得到合金粉末;气雾化法在氮气或者氩气气氛下进行,气体流量为0.3m3/s,气体压力为4MPa,雾化熔体温度为1450℃;
(2)将步骤(1)后的合金粉末在350MPa的压力下压制成粉末压坯,然后在氢气气氛下烧结,烧结温度为1250℃,烧结时间为2h,得到烧结坯;
(3)将步骤(2)后的烧结坯进行热挤压和冷拉拔丝处理,热挤压温度为900℃,挤压比为10:1;冷拉拔丝处理在室温下进行,总应变量为4,得到丝材;
(4)将步骤(3)后的丝材进行时效处理,时效处理的温度为500℃,时间为8小时,得到高导电高强CuFeNb系弹性铜合金。该CuFeNb系弹性铜合金的金相照片如图1所示,由图可知,通过粉末冶金法制备的合金的组织成分均匀,Fe相均匀细小地分布在铜基体中。
实施例4:
一种本发明的高导电高强CuFeNb系弹性铜合金,以重量百分比计,该高导电高强CuFeNb系弹性铜合金中包含以下含量的成分:Fe 30.0%、Nb 5.0%、Co 2.0%、Ag 0.1%、Mg 0.2%、Cr 0.5%、B 0.1%、P 0.1%;其余为Cu以及不可避免的杂质。
本实施例的高导电高强CuFeNb系弹性铜合金的制备方法,包括以下步骤:
(1)按照元素组成的重量百分比备料,将铜源、铁源、铌源、钴源、银源、镁源、铬源、硼源和磷源混合均匀,然后采用气雾化法将混合粉末熔匀形成合金熔体,再经干燥、筛分后得到合金粉末;气雾化法在氮气或者氩气气氛下进行,气体流量为0.3m3/s,气体压力为5MPa,雾化熔体温度为1500℃;
(2)将步骤(1)后的合金粉末在400MPa的压力下压制成粉末压坯,然后在氢气气氛下烧结,烧结温度为1300℃,烧结时间为4h,得到烧结坯;
(3)将步骤(2)后的烧结坯进行热挤压和冷拉拔丝处理,热挤压温度为880℃,挤压比为12:1;冷拉拔丝处理在室温下进行,总应变量为4,得到丝材;
(4)将步骤(3)后的丝材进行时效处理,时效处理的温度为500℃,时间为8小时,得到高导电高强CuFeNb系弹性铜合金。
实施例5:
一种本发明的高导电高强CuFeNb系弹性铜合金,以重量百分比计,该高导电高强CuFeNb系弹性铜合金中包含以下含量的成分:Fe 0.5%、Nb 0.5%、Co 0.1%、Ag 0.2%、Mg0.1%、Cr 0.1%、B 0.1%、P 0.1%;其余为Cu以及不可避免的杂质。
本实施例的高导电高强CuFeNb系弹性铜合金的制备方法,包括以下步骤:
(a)按照元素组成的重量百分比备料,先将铜源、铁源、铌源、钴源、铬源放入加热炉中熔化,熔化温度为1300℃,待其完全熔化后,降温至1250℃,然后再加入银源、镁源、硼源和磷源,熔匀后形成合金熔体;
(b)将步骤(a)后的合金熔体在连续铸造机上连铸成板坯,控制铸造温度为1250℃,铸造速度为2.0m/h,冷却水压力为0.10MPa,得到铸锭板坯;
(c)将步骤(b)后的铸锭板坯加热至850℃并保温1h,保温后进行热轧,轧制变形量为60%,得到热轧板材;
(d)将步骤(c)后的热轧板材酸洗,然后进行固溶处理,固溶处理的温度为850℃,时间为2h;
(e)将步骤(d)后的板材酸洗,然后进行冷轧,轧制变形量为80%;
(f)将步骤(e)后的板材酸洗,然后进行时效处理,时效处理的温度为400℃,时间为4h;
(g)将步骤(f)后的板材进行低温退火处理,退火处理的温度为250℃,时间0.5h,得到高导电高强CuFeNb系弹性铜合金。
实施例6:
一种本发明的高导电高强CuFeNb系弹性铜合金,以重量百分比计,该高导电高强CuFeNb系弹性铜合金中包含以下含量的成分:Fe 1.0%、Nb 1.0%、Co 0.2%、Ag 0.2%、Mg0.1%、Cr 0.1%、B 0.1%、P 0.1%;其余为Cu以及不可避免的杂质。
本实施例的高导电高强CuFeNb系弹性铜合金的制备方法,包括以下步骤:
(a)按照元素组成的重量百分比备料,先将铜源、铁源、铌源、钴源、铬源放入加热炉中熔化,熔化温度为1350℃,待其完全熔化后,降温至1200℃,然后再加入银源、镁源、硼源和磷源,熔匀后形成合金熔体;
(b)将步骤(a)后的合金熔体在连续铸造机上连铸成板坯,控制铸造温度为1150℃,铸造速度为2.5m/h,冷却水压力为0.15MPa,得到铸锭板坯;
(c)将步骤(b)后的铸锭板坯加热至880℃并保温2h,保温后进行热轧,轧制变形量为80%,得到热轧板材;
(d)将步骤(c)后的热轧板材酸洗,然后进行固溶处理,固溶处理的温度为900℃,时间为4h;
(e)将步骤(d)后的板材酸洗,然后进行冷轧,轧制变形量为50%;
(f)将步骤(e)后的板材酸洗,然后进行时效处理,时效处理的温度为350℃,时间为12h;
(g)将步骤(f)后的板材进行低温退火处理,退火处理的温度为200℃,时间4h,得到高导电高强CuFeNb系弹性铜合金。
实施例7:
一种本发明的高导电高强CuFeNb系弹性铜合金,以重量百分比计,该高导电高强CuFeNb系弹性铜合金中包含以下含量的成分:Fe 12.5%、Nb 1.5%、Co 1.2%、Ag 0.5%、Mg 0.15%、Cr 0.15%、B 0.1%、P 0.1%;其余为Cu以及不可避免的杂质。
本实施例的高导电高强CuFeNb系弹性铜合金的制备方法,包括以下步骤:
(a)按照元素组成的重量百分比备料,先将铜源、铁源、铌源、钴源、铬源放入加热炉中熔化,熔化温度为1400℃,待其完全熔化后,降温至1200℃,然后再加入银源、镁源、硼源和磷源,熔匀后形成合金熔体;
(b)将步骤(a)后的合金熔体在连续铸造机上连铸成板坯,控制铸造温度为1250℃,铸造速度为0.8m/h,冷却水压力为0.15MPa,得到铸锭板坯;
(c)将步骤(b)后的铸锭板坯加热至920℃并保温2h,保温后进行热轧,轧制变形量为80%,得到热轧板材;
(d)将步骤(c)后的热轧板材酸洗,然后进行固溶处理,固溶处理的温度为950℃,时间为4h;
(e)将步骤(d)后的板材酸洗,然后进行冷轧,轧制变形量为50%;
(f)将步骤(e)后的板材酸洗,然后进行时效处理,时效处理的温度为450℃,时间为10h;
(g)将步骤(f)后的板材进行低温退火处理,退火处理的温度为200℃,时间2h,得到高导电高强CuFeNb系弹性铜合金。
实施例8:
一种本发明的高导电高强CuFeNb系弹性铜合金,以重量百分比计,该高导电高强CuFeNb系弹性铜合金中包含以下含量的成分:Fe 10%、Nb 5.0%、Co 0.3%、Ag 0.2%、Mg0.15%、Cr 0.15%、B 0.1%、P 0.1%;其余为Cu以及不可避免的杂质。
本实施例的高导电高强CuFeNb系弹性铜合金的制备方法,包括以下步骤:
(a)按照元素组成的重量百分比备料,先将铜源、铁源、铌源、钴源、铬源放入加热炉中熔化,熔化温度为1500℃,待其完全熔化后,降温至1250℃,然后再加入银源、镁源、硼源和磷源,熔匀后形成合金熔体;
(b)将步骤(a)后的合金熔体在连续铸造机上连铸成板坯,控制铸造温度为1250℃,铸造速度为1.0m/h,冷却水压力为0.05MPa,得到铸锭板坯;
(c)将步骤(b)后的铸锭板坯加热至950℃并保温2h,保温后进行热轧,轧制变形量为90%,得到热轧板材;
(d)将步骤(c)后的热轧板材酸洗,然后进行固溶处理,固溶处理的温度为950℃,时间为10h;
(e)将步骤(d)后的板材酸洗,然后进行冷轧,轧制变形量为30%;冷轧后的板材的侧切面的金相照片如图2所示,由图可知,经过变形后,Fe纤维变得细长,有利于强化合金;
(f)将步骤(e)后的板材酸洗,然后进行时效处理,时效处理的温度为500℃,时间为0.5h;
(g)将步骤(f)后的板材进行低温退火处理,退火处理的温度为300℃,时间0.5h,得到高导电高强CuFeNb系弹性铜合金。该CuFeNb系弹性铜合金的金相照片如图3所示,由图可知,采用本发明的熔铸法制备的合金的微观组织结合致密,除少量大的Fe颗粒外,其组织均匀细小。
对比例1:
一种CuFeNb系弹性铜合金,以重量百分比计,该CuFeNb系弹性铜合金中包含以下含量的成分:Fe 10.0%、Nb 3%、Co 0.2%、Ag 0.1%、Mg 0.2%、Cr 0.14%、B 0.1%、P0.5%;其余为Cu以及不可避免的杂质。
本对比例的CuFeNb系弹性铜合金的制备方法,包括以下步骤:
(1)按照元素组成的重量百分比备料,将铜源、铁源、铌源、钴源、银源、镁源、铬源、硼源和磷源混合均匀,然后采用气雾化法将混合粉末熔匀形成合金熔体,再经干燥、筛分后得到合金粉末;气雾化法在氩气气氛下进行,气体流量为0.3m3/s,气体压力为0.1MPa,雾化熔体温度为1200℃;
(2)将步骤(1)后的合金粉末在250MPa的压力下压制成粉末压坯,然后在氢气下烧结,烧结温度为1100℃,烧结时间为2h,得到烧结坯;
(3)将步骤(2)后的烧结坯进行热挤压和拔丝处理,热挤压温度为800-900℃,挤压比为5:1;拔丝处理在室温下进行,总应变量为4,得到丝材;
(4)将步骤(3)后的丝材进行时效处理,时效处理的温度为450℃,时间为6小时,得到CuFeNb系弹性铜合金。
对比例2:
一种CuFeNb系弹性铜合金,以重量百分比计,该CuFeNb系弹性铜合金中包含以下含量的成分:Fe 30.0%、Nb 5.0%;其余为Cu以及不可避免的杂质。
本对比例的CuFeNb系弹性铜合金的制备方法,包括以下步骤:
(1)按照元素组成的重量百分比备料,将铜源、铁源和铌源混合均匀,然后采用气雾化法将混合粉末熔匀形成合金熔体,再经干燥、筛分后得到合金粉末;气雾化法在氮气或者氩气气氛下进行,气体流量为0.3m3/s,气体压力为5MPa,雾化熔体温度为1500℃;
(2)将步骤(1)后的合金粉末在400MPa的压力下压制成粉末压坯,然后在还原性气氛下烧结,烧结温度为1300℃,烧结时间为4h,得到烧结坯;
(3)将步骤(2)后的烧结坯进行热挤压和拔丝处理,热挤压温度为920℃,挤压比为8:1;拔丝处理在室温下进行,总应变量为4,得到丝材;
(4)将步骤(3)后的丝材进行时效处理,时效处理的温度为500℃,时间为8小时,得到CuFeNb系弹性铜合金。
对比例3:
一种CuFeNb系弹性铜合金,以重量百分比计,该CuFeNb系弹性铜合金中包含以下含量的成分:Fe 1.0%、Nb 1.0%、Co 0.2%、Ag 0.2%、Mg 0.1%、Cr 0.1%、B 0.1%、P0.1%;其余为Cu以及不可避免的杂质。
本对比例的CuFeNb系弹性铜合金的制备方法,包括以下步骤:
(a)按照元素组成的重量百分比备料,先将铜源、铁源、铌源、钴源、铬源、银源、镁源、硼源和磷源放入加热炉中熔化,熔化温度为1350℃,熔匀后形成合金熔体;
(b)将步骤(a)后的合金熔体在连续铸造机上连铸成板坯,控制铸造温度为1100℃,铸造速度为2.0m/h,冷却水压力为0.15MPa,得到铸锭板坯;
(c)将步骤(b)后的铸锭板坯加热至880℃并保温2h,保温后进行热轧,轧制变形量为40%,得到热轧板材;
(d)将步骤(c)后的热轧板材酸洗,然后进行固溶处理,固溶处理的温度为950℃,时间为4h;
(e)将步骤(d)后的板材酸洗,然后进行冷轧,轧制变形量为50%;
(f)将步骤(e)后的板材酸洗,然后进行时效处理,时效处理的温度为450℃,时间为10h;
(g)将步骤(f)后的板材进行低温退火处理,退火处理的温度为200℃,时间4h,得到CuFeNb系弹性铜合金。
对比例4:
一种CuFeNb系弹性铜合金,以重量百分比计,该CuFeNb系弹性铜合金中包含以下含量的成分:Fe 10%、Nb 5.0%;其余为Cu以及不可避免的杂质。
本对比例的CuFeNb系弹性铜合金的制备方法,包括以下步骤:
(a)按照元素组成的重量百分比备料,先将铜源、铁源、铌源、钴源、铬源放入加热炉中熔化,熔化温度为1500℃,待其完全熔化后,降温至1250℃,然后再加入银源、镁源、硼源和磷源,熔匀后形成合金熔体;
(b)将步骤(a)后的合金熔体在连续铸造机上连铸成板坯,控制铸造温度为1250℃,铸造速度为1.0m/h,冷却水压力为0.05MPa,得到铸锭板坯;
(c)将步骤(b)后的铸锭板坯加热至950℃并保温2h,保温后进行热轧,轧制变形量为90%,得到热轧板材;
(d)将步骤(c)后的热轧板材酸洗,然后进行固溶处理,固溶处理的温度为950℃,时间为10h;
(e)将步骤(d)后的板材酸洗,然后进行冷轧,轧制变形量为30%;
(f)将步骤(e)后的板材酸洗,然后进行时效处理,时效处理的温度为500℃,时间为0.5h;
(g)将步骤(f)后的板材进行低温退火处理,退火处理的温度为300℃,时间0.5h,得到CuFeNb系弹性铜合金。
在室温下,测试上述实施例1-8和对比例1-4制得的合金的性能,测试结果如表1所示。
表1本发明实施例1-8和对比例1-4制得的合金的性能
由表1可知,与对比例1-3相比,采用本发明的方法制备得到的CuFeNb系弹性铜合金组织结构均匀,具有较高的拉伸强度和电导率。
Claims (10)
1.一种高导电高强CuFeNb系弹性铜合金,其特征在于,以重量百分比计,所述高导电高强CuFeNb系弹性铜合金中包含以下含量的成分:Fe 0.5-30.0%、Nb 0.05-5%、Co 0.05-2.0%、Ag 0.05-2%、Mg 0.1-0.5%、Cr 0.1-0.5%、B 0.1-0.5%、P 0.1-0.5%;其余为Cu以及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的高导电高强CuFeNb系弹性铜合金,其特征在于,以重量百分比计,所述高导电高强CuFeNb系弹性铜合金中包含以下含量的成分:Fe 10-15.0%、Nb 1-2%、Co 1.0-1.5%、Ag 0.5-0.6%、Mg 0.1-0.2%、Cr 0.1-0.2%、B 0.1-0.2%、P 0.1-0.2%;其余为Cu以及不可避免的杂质。
3.一种如权利要求1或2所述的高导电高强CuFeNb系弹性铜合金的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)按照元素组成的重量百分比备料,将铜源、铁源、铌源、钴源、银源、镁源、铬源、硼源和磷源分别熔化后混合均匀,然后将合金熔体采用气雾化法制粉得到铜合金粉末,再经干燥、筛分后得到分级后的CuFeNb系合金粉末;
(2)将步骤(1)后的CuFeNb系合金粉末压制成粉末压坯,然后在还原性气氛下烧结,得到烧结坯;
(3)将步骤(2)后的烧结坯进行热挤压和冷拉拔丝处理,得到丝材;
(4)将步骤(3)后的丝材进行时效处理,得到所述高导电高强CuFeNb系弹性铜合金。
4.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中,气雾化法在惰性气氛下进行,控制气体流量为0.25-0.3m3/s,气体压力为0.6-5MPa,雾化熔体温度为1300-1500℃。
5.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)中,压制成粉末压坯的压力为50-400MPa,烧结温度为1050-1300℃,烧结时间为1-4h;
所述步骤(3)中,热挤压温度为850-900℃,挤压比≥10;冷拉拔丝处理在室温下进行,总应变量为4-10;
所述步骤(4)中,时效处理的温度为300℃-500℃,时间为0.5-8小时。
6.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)中,还原性气氛为氢气、分解氨、一氧化碳气氛中的至少一种。
7.一种如权利要求1或2所述的高导电高强CuFeNb系弹性铜合金的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(a)按照元素组成的重量百分比备料,先将铜源、铁源、铌源、钴源、铬源放入加热炉中熔化,然后再加入银源、镁源、硼源和磷源,熔匀后形成合金熔体;
(b)将步骤(a)后的合金熔体连铸成板坯,得到铸锭板坯;
(c)将步骤(b)后的铸锭板坯保温后进行热轧,得到热轧板材;
(d)将步骤(c)后的热轧板材酸洗,然后进行固溶处理;
(e)将步骤(d)后的板材酸洗,然后进行冷轧;
(f)将步骤(e)后的板材酸洗,然后进行时效处理;
(g)将步骤(f)后的板材进行低温退火处理,得到所述高导电高强CuFeNb系弹性铜合金。
8.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(a)中,先将铜源、铁源、铌源、钴源、铬源放入加热炉中熔化,控制熔化温度为1300-1500℃,待其完全熔化后,降温至1200-1250℃,再加入银源、镁源、硼源和磷源,熔匀后形成合金熔体。
9.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(d)中,固溶处理的温度为850-950℃,时间为2-10h;
所述步骤(f)中,时效处理的温度为300-500℃,时间为0.5-12h;
所述步骤(g)中,退火处理的温度为200-300℃,时间为0.5-4h。
10.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(b)中,连铸的温度为1050-1250℃,铸造速度为0.5-5.0m/h,冷却水压力为0.05-0.20MPa;所述步骤(c)中,保温温度为800-950℃,保温时间为1-2h,热轧的轧制变形量为60-90%;所述步骤(e)中,冷轧的轧制变形量为30-80%。
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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