CN116607047B - 一种高强度高硬度钛铜系合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高强度高硬度钛铜系合金及其制备方法，属于铜合金制造技术领域。本发明提供的高强度高硬度钛铜系合金，按质量百分比计，包括以下化学成分：Ti：2.5～3.5％，Fe：0.15～0.25％，Co：0.05～0.1％，Si：0.012～0.024％，微合金元素：0.1～0.5％和余量的Cu。实施例的结果显示，本发明提供的高强度高硬度钛铜系合金的抗拉强度达到1080MPa，屈服强度达到990MPa，硬度≥330HV，断后伸长率A11.3≥12％，抗软化性能：450℃/h硬度不低于原始硬度的98％，抗应力松弛性能：在150℃初始弯曲40mm的情况下保持500h后剩余应力99.75％。
Description
技术领域
本发明涉及铜合金制造技术领域，尤其涉及一种高强度高硬度钛铜系合金及其制备方法。
背景技术
铍铜由于其优异的弹性和导电性能，被广泛应用在各类电子接触弹簧片及弹性元件中。但是铍铜在生产和使用过程中，会释放对人体及环境有害的氧化铍，长期接触有致癌风险，也不利于生态环境保护。钛青铜作为一种典型的时效强化型高强高弹合金，在环境友好的研究要求背景下，被认为是最有希望取代传统铍铜的一种合金。但是随着工业的发展，电子电气、精密仪器和高铁器件等领域对于铜合金的性能要求越来越高，钛青铜的抗拉强度、硬度及延伸率等已经难以满足工业的需求。
因此，提供一种抗拉强度、硬度及延伸率性能优异的钛铜合金，成为本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强度高硬度钛铜系合金及其制备方法，本发明提供的高强度高硬度钛铜系合金的抗拉强度达到1000MPa以上，高于现有的钛铜合金，同时具有很高的屈服强度和硬度，且具有很好的抗软化性能、电磁屏蔽性能和抗应力松弛性能，能够满足现有技术的要求。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种高强度高硬度钛铜系合金，按质量百分比计，包括以下化学成分：Ti：2.5～3.5％，Fe：0.15～0.25％，Co：0.05～0.1％，Si：0.012～0.024％，微合金元素：0.1～0.5％和余量的Cu。
优选地，所述微合金元素包括Sn、In和P中的一种或多种。
优选地，所述高强度高硬度钛铜系合金还包括稀土元素：0～0.2％。
本发明提供了上述技术方案所述高强度高硬度钛铜系合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)将合金原料依次进行熔炼和浇铸，得到铸坯；
(2)将所述步骤(1)得到的铸坯依次进行锻造、热轧、淬火处理和冷轧，得到轧制铜合金；
(3)将所述步骤(2)得到的轧制铜合金进行第一次钟罩退火，得到第一次退火板带材；所述第一次钟罩退火的温度680～730℃，第一次钟罩退火的保温时间为6～10h；
(4)将所述步骤(3)得到的第一次退火板带材进行第一次冷轧，得到第一次冷轧板带材；所述第一次冷轧总变形量为50～60％；
(5)将所述步骤(4)得到的第一次冷轧板带材进行第一次连续化退火，得到第二次退火板带材；所述第一次连续化退火的温度为800～850℃，所述第一次连续化退火的速度为10～15m/min；
(6)将所述步骤(5)得到的第二次退火板带材进行第二次冷轧，得到第二次冷轧板带材；所述第二次冷轧的总变形量为60～70％；
(7)将所述步骤(6)得到的第二次冷轧板带材进行第二次连续化退火，得到第三次退火板带材；所述第二次连续化退火的温度为800～850℃，第二次连续化退火的速度为20～25m/min；
(8)将所述步骤(7)得到的第三次退火板带材进行第三次冷轧，得到第三次冷轧板带材；所述第三次冷轧的总变形量为70～80％；
(9)将所述步骤(8)得到的第三次冷轧板带材进行第三次连续化退火，得到第四次退火板带材；所述第三次连续化退火的温度为800～850℃，第三次连续化退火的速度为50～55m/min；
(10)将所述步骤(9)得到的第四次退火板带材进行第四次冷轧，得到第四次冷轧板带材；所述第四次冷轧的总变形量为20～35％；
(11)将所述步骤(10)得到的第四次冷轧板带材进行第二次钟罩退火，得到高强度高硬度钛铜系合金；所述第二次钟罩退火的温度为350～450℃，第二次钟罩退火的保温时间为5～10h。
优选地，所述步骤(1)中熔炼的温度为1250～1400℃，熔炼的真空度为1×10-2～5×10-2Pa。
优选地，所述步骤(2)中热轧的初轧温度为780～800℃，热轧的终轧温度≥530℃，热轧的总变形量为85～90％。
优选地，所述步骤(3)中钟罩式退火的温度为680～730℃，钟罩式退火的时间为6～10h，钟罩式退火的气氛为纯氮气气氛。
优选地，所述步骤(3)中第一次连续化退火的温度为800～850℃，第一次连续化退火的速度为10～15m/min。
优选地，所述步骤(3)中第二次连续化退火的温度为800～850℃，第二次连续化退火的速度为20～25m/min。
优选地，所述步骤(3)中第三次连续化退火的温度为800～850℃，第三次连续化退火的速度为50～55m/min。
本发明提供了一种高强度高硬度钛铜系合金，按质量百分比计，包括以下化学成分：Ti：2.5～3.5％，Fe：0.15～0.25％，Co：0.05～0.1％，Si：0.012～0.024％，微合金元素：0.1～0.5％和余量的Cu。本发明的高强度高硬度钛铜系合金中Ti元素能细化晶粒，并且能和铜结合形成稳定的弥散析出物，从而起到提高合金强度的作用，通过控制Ti元素的含量，既可以保证Ti元素能够提高合金的强度，同时可以防止Ti元素含量过高对合金的延伸率和导电率造成影响；Fe元素与钛元素能够形成Fe2Ti相，抑制不连续析出，进一步提高合金强度，并且Fe元素能够增强该合金材料的电磁屏蔽性能；将Fe元素的含量控制在上述范围内，既可以使铁元素含量充足，形成足够的第二相，并且抑制不连续析出效果明显，提高合金的强度，同时能够避免由于Fe元素过剩，形成脆性相，影响合金的加工性能；Co元素不仅能够提高铜合金的抗压强度和抗疲劳强度，同时还有很好的耐高温作用，并且Co元素能够与Si元素形成钴二硅的形式(即两个钴和一个硅相结合的形式)，钴二硅在铜合金中以支点的形式存在，能够起到很好的固溶强化功能，从而提高铜合金的强度和弹性；微合金元素既能增加固溶效果，又能减小晶粒尺寸，同时抑制不连续析出，在不损害合金导电性的情况下使合金的强度得到提升；将微合金元素的用量控制在上述范围内，能够进一步提高合金的强度。实施例的结果显示，本发明提供的高强度高硬度钛铜系合金的抗拉强度达到1080MPa，屈服强度达到990MPa，硬度≥330HV，断后伸长率A11.3≥12％，抗软化性能：450℃/h硬度不低于原始硬度的98％，抗应力松弛性能：在150℃初始弯曲40mm的情况下保持500h后剩余应力99.75％。
具体实施方式
本发明提供了一种高强度高硬度钛铜系合金，按质量百分比计，包括以下化学成分：Ti：2.5～3.5％，Fe：0.15～0.25％，Co：0.05～0.1％，Si：0.012～0.024％，微合金元素：0.1～0.5％和余量的Cu。
按质量百分比计，本发明提供的高强度高硬度钛铜系合金中包括Ti：2.5～3.5％，优选为2.8～3.3％，更优选为3.0～3.1％。在本发明中，Ti元素能细化晶粒，并且能和铜结合形成稳定的弥散析出物，从而起到提高合金强度的作用，通过将Ti元素的含量控制在上述范围内，既可以保证Ti元素能够提高合金的强度，同时可以防止Ti元素含量过高对合金的延伸率和导电率造成影响。
按质量百分比计，本发明提供的高强度高硬度钛铜系合金中包括Fe：0.15～0.25％，优选为0.18～0.23％，更优选为0.20～0.22％。在本发明中，Fe元素与钛元素能够形成Fe2Ti相，抑制不连续析出，进一步提高合金强度，并且Fe元素能够增强该合金材料的电磁屏蔽性能；将Fe元素的含量控制在上述范围内，既可以使铁元素含量充足，形成足够的第二相，并且抑制不连续析出效果明显，提高合金的强度，同时避免由于Fe元素过剩，形成脆性相，影响合金的加工性能。
按质量百分比计，本发明提供的高强度高硬度钛铜系合金中包括Co：0.05～0.1％，优选为0.08～0.1％。在本发明中，Co元素不仅能够提高铜合金的抗压强度和抗疲劳强度，同时还有很好的耐高温作用，并且Co元素能够与Si元素形成钴二硅的形式(即两个钴和一个硅相结合的形式)，钴二硅在铜合金中以支点的形式存在，能够起到很好的固溶强化功能，从而提高铜合金的强度和弹性。
按质量百分比计，本发明提供的高强度高硬度钛铜系合金中包括Si：0.025～0.05％，优选为0.04～0.05％。在本发明中，所述Si与Co的原子比优选为1：2。在本发明中，所述Si元素与Co元素形成钴二硅的形式(起到很好的固溶强化功能，从而提高铜合金的强度和弹性。
按质量百分比计，本发明提供的高强度高硬度钛铜系合金中包括微合金元素：0.1～0.5％，优选为0.15～0.4％。在本发明中，所述微合金元素优选包括Sn、In和P中的一种或多种，更优选为Sn、In和P中的任意一种、任意两种或三种的组合。本发明通过加入微合金元素既能增加固溶效果，又能减小晶粒尺寸，同时抑制不连续析出，在不损害合金导电性的情况下使合金的强度得到提升；将微合金元素的用量控制在上述范围内，能够进一步提高合金的强度。
按质量百分比计，本发明提供的高强度高硬度钛铜系合金中包括余量的Cu。在本发明中，所述Cu元素为合金的基体元素。
按质量百分比计，本发明提供的高强度高硬度钛铜系合金中优选还包括稀土元素：0～0.2％，更优选为0.01～0.15％，更优选为0.02～0.12％。在本发明中，所述稀土元素优选包括Y和/或La，更优选为Y和La。在本发明中，当稀土元素为Y和La时，按质量百分比计，所述Y的用量优选为0～0.1％，更优选为0.01～0.06％，进一步优选为0.02～0.05％，最优选为0.03～0.04％；所述La的用量优选为0～0.1％，更优选为0.01～0.06％，进一步优选为0.02～0.05％，最优选为0.03～0.04％。本发明通过加入稀土元素能够解决Cu-Ti合金熔炼时极易氧化造渣的问题，同时能够净化熔体，除渣除气，并在凝固时作为异质形核剂，细化晶粒；将稀土元素的用量控制在上述范围内，既可以进一步提高合金的晶粒细化效果，又可以降低生产成本。
本发明提供的高强度高硬度钛铜系合金中Ti元素能细化晶粒，并且能和铜结合形成稳定的弥散析出物，从而起到提高合金强度的作用，通过控制Ti元素的含量，既可以保证Ti元素能够提高合金的强度，同时可以防止Ti元素含量过高对合金的延伸率和导电率造成影响；Fe元素与钛元素能够形成Fe2Ti相，抑制不连续析出，进一步提高合金强度，并且Fe元素能够增强该合金材料的电磁屏蔽性能；将Fe元素的含量控制在上述范围内，既可以使铁元素含量充足，形成足够的第二相，并且抑制不连续析出效果明显，提高合金的强度，同时避免由于Fe元素过剩，形成脆性相，影响合金的加工性能；Co元素不仅能够提高铜合金的抗压强度和抗疲劳强度，同时还有很好的耐高温作用，并且Co元素能够与Si元素形成钴二硅的形式(即两个钴和一个硅相结合的形式)，钴二硅在铜合金中以支点的形式存在，能够起到很好的固溶强化功能，从而提高铜合金的强度和弹性；微合金元素既能增加固溶效果，又能减小晶粒尺寸，同时抑制不连续析出，在不损害合金导电性的情况下使合金的强度得到提升；将微合金元素的用量控制在上述范围内，能够进一步提高合金的强度。
本发明还提供了上述技术方案所述高强度高硬度钛铜系合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)将合金原料依次进行熔炼和浇铸，得到铸坯；
(2)将所述步骤(1)得到的铸坯依次进行锻造、热轧、淬火处理和冷轧，得到轧制铜合金；
(3)将所述步骤(2)得到的轧制铜合金进行第一次钟罩退火，得到第一次退火板带材；所述第一次钟罩退火的温度680～730℃，第一次钟罩退火的保温时间为6～10h；
(4)将所述步骤(3)得到的第一次退火板带材进行第一次冷轧，得到第一次冷轧板带材；所述第一次冷轧总变形量为50～60％；
(5)将所述步骤(4)得到的第一次冷轧板带材进行第一次连续化退火，得到第二次退火板带材；所述第一次连续化退火的温度为800～850℃，所述第一次连续化退火的速度为10～15m/min；
(6)将所述步骤(5)得到的第二次退火板带材进行第二次冷轧，得到第二次冷轧板带材；所述第二次冷轧的总变形量为60～70％；
(7)将所述步骤(6)得到的第二次冷轧板带材进行第二次连续化退火，得到第三次退火板带材；所述第二次连续化退火的温度为800～850℃，第二次连续化退火的速度为20～25m/min；
(8)将所述步骤(7)得到的第三次退火板带材进行第三次冷轧，得到第三次冷轧板带材；所述第三次冷轧的总变形量为70～80％；
(9)将所述步骤(8)得到的第三次冷轧板带材进行第三次连续化退火，得到第四次退火板带材；所述第三次连续化退火的温度为800～850℃，第三次连续化退火的速度为50～55m/min；
(10)将所述步骤(9)得到的第四次退火板带材进行第四次冷轧，得到第四次冷轧板带材；所述第四次冷轧的总变形量为20～35％；
(11)将所述步骤(10)得到的第四次冷轧板带材进行第二次钟罩退火，得到高强度高硬度钛铜系合金；所述第二次钟罩退火的温度为350～450℃，保温时间为5～10h。
本发明将合金原料依次进行熔炼和浇铸，得到铸坯。
在本发明中，所述合金原料优选包括电解铜、Cu-50％Ti中间合金、Cu-50％Co中间合金、Cu-50％Si中间合金、工业纯铁、纯Sn和纯In中的一种或多种。
在本发明中，当所述高强度高硬度钛铜系合金中还包括稀土元素时，所述合金原料优选还包括铜-稀土中间合金。
本发明对所述合金原料的具体来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品或者自行制备均可。
在本发明中，所述熔炼的温度优选为1250～1400℃，更优选为1300～1350℃；所述熔炼的真空度优选为1×10-2～5×10-2Pa。本发明对所述熔炼的时间没有特殊的限定，能够使原料完全熔化并混合均匀即可。
在本发明中，所述浇铸的方式优选为侧边引流式浇铸。本发明对所述浇铸的冷却方式没有特殊的限定，根据本领域技术人员的技术常识确定即可。
得到铸坯后，本发明将所述铸坯依次进行锻造、热轧、淬火处理和冷轧，得到轧制铜合金。
在本发明中，所述锻造的温度优选为800～900℃，更优选为800～850℃；所述锻造的方式优选为：单面锻造2～3次后翻转180°继续锻造2～3次。本发明通过锻造工艺可以消除合金在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷，优化微观组织结构。
锻造结束后，本发明优选将锻造的产物进行保温处理。在本发明中，所述保温处理的保温温度优选为780～800℃，更优选为800℃；所述保温处理的保温时间优选为2～3h。本发明通过保温处理，可以使合金铸锭的温度达到热轧温度，使合金的塑性提高，变形抗力降低，从而便于后续的热轧。
在本发明中，所述热轧的初轧温度优选为780～800℃，更优选为800℃；所述热轧的终轧温度优选≥530℃；所述热轧的总变形量优选为85～90％，更优选为86～88％。本发明通过热轧处理，能够改善合金的加工工艺性能，将铸造状态的粗大晶粒破碎，显著裂纹愈合，减少或消除铸造缺陷，将铸态组织转变为变形组织，提高合金的加工性能。
在本发明中，所述淬火处理的温度优选为850℃；所述淬火处理的方式优选为水淬。本发明通过淬火处理，可以大幅提高铜合金的硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性。
淬火处理结束后，本发明优选将淬火处理的产物依次进行焊接和铣面处理。在本发明中，所述铣面处理的上下铣面量独立地优选为0.5～1mm，更优选为0.5mm。本发明对所述焊接的操作没有特殊的限定，使单卷铜合金的质量达到10t即可。本发明通过通过焊接处理可以提高铜合金的成品率；铣面处理可以将铜合金表面的氧化层去除，减少O元素带来的影响。
在本发明中，所述冷轧的总变形量优选为78～85％，更优选为80％。本发明通过冷轧处理，可以提高铜合金的机械性能，同时提高其电磁性能。
得到轧制铜合金后，本发明将轧制铜合金进行第一次钟罩退火，得到第一次退火板带材。
在本发明中，所述第一次钟罩式退火的温度为680～730℃，优选为700℃；所述第一次钟罩式退火的时间为6～10h，优选为8h；所述第一次钟罩式退火的气氛优选为纯氮气气氛。本发明通过第一次钟罩式退火，一方面能够去除冷轧过程中产生的应力，另一发面能够使材料的加工组织往再结晶组织发生转变，同时使铜合金软化，提高材料的塑性，以便于后续的轧制。
第一次钟罩式退火结束后，本发明优选对第一次钟罩式退火的产物进行去氧化处理。本发明通过去氧化处理，能够去除合金坯体表面和两侧的氧化层。
得到第一次退火板带材后，本发明将第一次退火板带材进行第一次冷轧，得到第一次冷轧板带材。
在本发明中，所述第一次冷轧的总变形量为50～60％，优选为50～55％；所述第一次冷轧的道次优选为4～6道次，更优选为5道次；所述第一次冷轧的单道次加工率优选为15～20％。本发明通过第一次冷轧能够将铜合金内部的粗大晶粒破碎，同时进一步控制铜合金的厚度。
得到第一次冷轧板带材后，本发明将所述第一次冷轧板带材进行第一次连续化退火，得到第二次退火板带材。
在本发明中，所述第一次连续化退火的温度为800～850℃，优选为830℃；所述第一次连续化退火的速度为10～15m/min，优选为12m/min。本发明通过连续化退火既能够软化铜合金，便于后续轧制，又能够使晶粒粒径更加均匀。
得到第二次退火板带材后，本发明将所述第二次退火板带材进行第二次冷轧，得到第二次冷轧板带材。
在本发明中，所述第二次冷轧的总变形量为60～70％，优选为60～65％；所述第二次冷轧的道次优选为4～5道次；所述第二次冷轧的单道次加工率优选为20～30％。本发明通过第二次冷轧，能够进一步控制铜合金的厚度。
得到第二次冷轧板带材后，本发明将所述第二次冷轧板带材进行第二次连续化退火，得到第三次退火板带材。
在本发明中，所述第二次连续化退火的温度为800～850℃，优选为830℃；所述第二次连续化退火的速度为20～25m/min，优选为22m/min。本发明通过第二次连续化退火既能够软化铜合金，便于后续轧制，又能够使晶粒粒径更加均匀，同时去除残余内应力。
得到的第三次退火板后，本发明将所述第三次退火板带材进行第三次冷轧，得到第三次冷轧板带材。
在本发明中，所述第三次冷轧的总变形量为70～80％，优选为70～75％；所述第三次冷轧的道次优选为6～7道次；所述第三次冷轧的单道次加工率优选为15～20％。本发明通过第三次冷轧，能够进一步控制铜合金的厚度。
得到第三次冷轧板带材后，本发明将所述第三次冷轧板带材进行第三次连续化退火，得到第四次退火板带材。
在本发明中，所述第三次连续化退火的温度为800～850℃，优选为830℃；所述第三次连续化退火的速度为50～55m/min，优选为53m/min。本发明通过第三次连续化退火既能够软化铜合金，便于后续轧制，又能够使晶粒粒径更加均匀，同时去除残余内应力。
得到第四次退火板带材后，本发明将所述第四次退火板带材进行第四次冷轧，得到第四次冷轧板带材。
在本发明中，所述第四次冷轧的总变形量为20～35％，优选为22～30％，更优选为25～28％。本发明通过第四次冷轧，能够使铜合金的厚度符合技术要求。
在本发明中，所述第四次冷轧的产物的厚度优选为0.078mm。
得到第四次冷轧板带材后，本发明将所述第四次冷轧板带材进行第二次钟罩退火，得到高强度高硬度钛铜系合金。
在本发明中，所述第二次钟罩退火的温度为350～450℃，优选为400℃；所述第二次钟罩退火的保温时间为5～10h，优选为6～8h。本发明通过第二次钟罩退火能够使铜合金的强度和硬度增加。
第二次钟罩退火结束后，本发明优选对所述第二次钟罩退火的产物依次进行去氧化清理、平整和拉弯矫直处理。在本发明中，所述平整优选通过平整机进行平整。本发明对所述氧化清理、平整和拉弯矫直处理的具体操作没有特殊的限定，根据本领域技术人员的技术常识进行操作即可。本发明通过去氧化清理可以去除表面及两侧的氧化层，通过平整和拉弯矫直处理可以使铜合金板材更加平整。
本发明通过多次轧制工艺以及钟罩式退火和连续化退火，不仅能够使铜合金的尺寸变薄，更加符合技术要求，同时能够大幅度提高铜合金的强度和硬度。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种高强度高硬度钛铜系合金，按质量百分比计，由以下化学成分组成：Ti：3.2％，Fe：0.15％，Co：0.08％，Si：0.015％，Sn：0.2％和余量的Cu；
所述高强度高硬度钛铜系合金的制备方法，由以下步骤组成：
(1)将电解铜、Cu-50％Ti中间合金、Cu-50％Co中间合金、Cu-50％Si中间合金、工业纯铁和纯Sn混合后依次进行熔炼和浇铸，得到铸坯；所述熔炼的温度为1300℃，熔炼的真空度为5×10-2Pa；所述浇铸的方式为侧边引流式浇铸；
(2)将所述步骤(1)得到的铸坯在900℃下进行锻造，单面锻造2次后翻转180°继续锻造2次，然后在800℃保温2h后进行热轧，热轧的总变形量为86％，热轧的终轧温度≥530℃，最后依次淬火处理、铣面处理和冷轧，得到轧制铜合金；所述淬火处理的温度为850℃，淬火处理的方式为水淬；所述铣面处理的上下铣面量独立地为0.5mm；所述冷轧的总变形量为80％；
(3)将所述步骤(2)得到的轧制铜合金进行第一次钟罩退火，然后进行去氧化处理得到第一次退火板带材；所述第一次钟罩退火的温度为700℃，第一次钟罩退火的保温时间为8h，第一次钟罩式退火的气氛为纯氮气气氛；
(4)将所述步骤(3)得到的第一次退火板带材进行第一次冷轧，得到第一次冷轧板带材；所述第一次冷轧总变形量为50％，第一次冷轧的道次为5道次，第一次冷轧的单道次加工率为15％；
(5)将所述步骤(4)得到的第一次冷轧板带材进行第一次连续化退火，得到第二次退火板带材；所述第一次连续化退火的温度为830℃，第一次连续化退火的速度为12m/min；
(6)将所述步骤(5)得到的第二次退火板带材进行第二次冷轧，得到第二次冷轧板带材；所述第二次冷轧的总变形量为60％，第二次冷轧的道次为4道次，第二次冷轧的单道次加工率为20％；
(7)将所述步骤(6)得到的第二次冷轧板带材进行第二次连续化退火，得到第三次退火板带材；所述第二次连续化退火的温度为830℃，第二次连续化退火的速度为22m/min；
(8)将所述步骤(7)得到的第三次退火板带材进行第三次冷轧，得到第三次冷轧板带材；所述第三次冷轧的总变形量为70％；
(9)将所述步骤(8)得到的第三次冷轧板带材进行第三次连续化退火，得到第四次退火板带材；所述第三次连续化退火的温度为830℃，第三次连续化退火的速度为53m/min；
(10)将所述步骤(9)得到的第四次退火板带材进行第四次冷轧，得到第四次冷轧板带材；所述第四次冷轧的总变形量为22％；所述第四次冷轧的产物的厚度为0.078mm；
(11)将所述步骤(10)得到的第四次冷轧板带材进行第二次钟罩退火，然后依次进行去氧化清理、平整和拉弯矫直处理，得到高强度高硬度钛铜系合金；所述第二次钟罩退火的温度为400℃，保温时间为8h。
实施例2
一种高强度高硬度钛铜系合金，按质量百分比计，由以下化学成分组成：Ti：3.2％，Fe：0.2％，Co：0.08％，Si：0.015％，Sn：0.4％和余量的Cu；
制备方法和实施例1相同。
实施例3
一种高强度高硬度钛铜系合金，按质量百分比计，由以下化学成分组成：Ti：3.2％，Fe：0.15％，Co：0.05％，Si：0.015％，Sn：0.2％和余量的Cu；
制备方法和实施例1相同。
实施例4
一种高强度高硬度钛铜系合金，按质量百分比计，由以下化学成分组成：Ti：3.5％，Fe：0.15％，Co：0.05％，Si：0.02％，Sn：0.5％和余量的Cu；
制备方法和实施例1相同。
实施例5
一种高强度高硬度钛铜系合金，按质量百分比计，由以下化学成分组成：Ti：3.2％，Co：0.08％，Si：0.015％，Sn：0.2％和余量的Cu。
对实施例1～5制备得到的高强度高硬度钛铜系合金的性能进行测试，其结果如表1所示：
表1实施例1～5制备得到的高强度高硬度钛铜系合金的性能
其中，抗拉强度的测试方法为：GB/T 34505-2017室温拉伸试验方法；
屈服强度的测试方法为：GB/T 34505-2017室温拉伸试验方法；
延伸率的测试方法为：GB/T 34505-2017室温拉伸试验方法；
硬度的测试方法具体为：GB/T 4340.1-2009金属材料维氏硬度方法；
抗软化性能的测试方法具体为：取一块硬度试样打原始硬度，再放进鼓风式马弗炉中450℃保温1h，再打硬度，与原始值对比；
抗应力松弛性能的测试方法具体为：ASTM E328-02(2008)材料和结构应力松弛试验方法。
由表1可以看出，本发明提供的高强度高硬度钛铜系合金的抗拉强度达到1080MPa，屈服强度达到990MPa，硬度≥330HV，断后伸长率A11.3≥12％，抗软化性能：450℃/h硬度不低于原始硬度的98％，抗应力松弛性能：在150℃初始弯曲40mm的情况下保持500h后剩余应力99.75％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种高强度高硬度钛铜系合金，按质量百分比计，包括以下化学成分：Ti：2.5~3.5%，Fe：0.15~0.25%，Co：0.05~0.1%，Si：0.012~0.024%，微合金元素：0.1~0.5%和余量的Cu；所述微合金元素包括Sn、In和P中的一种或多种；
所述高强度高硬度钛铜系合金的制备方法，包括以下步骤：
（1）将合金原料依次进行熔炼和浇铸，得到铸坯；
（2）将所述步骤（1）得到的铸坯依次进行锻造、热轧、淬火处理和冷轧，得到轧制铜合金；
（3）将所述步骤（2）得到的轧制铜合金进行第一次钟罩退火，得到第一次退火板带材；所述第一次钟罩退火的温度680~730℃，第一次钟罩退火的保温时间为6~10h；
（4）将所述步骤（3）得到的第一次退火板带材进行第一次冷轧，得到第一次冷轧板带材；所述第一次冷轧总变形量为50~60%；
（5）将所述步骤（4）得到的第一次冷轧板带材进行第一次连续化退火，得到第二次退火板带材；所述第一次连续化退火的温度为800~850℃，所述第一次连续化退火的速度为10~15m/min；
（6）将所述步骤（5）得到的第二次退火板带材进行第二次冷轧，得到第二次冷轧板带材；所述第二次冷轧的总变形量为60~70%；
（7）将所述步骤（6）得到的第二次冷轧板带材进行第二次连续化退火，得到第三次退火板带材；所述第二次连续化退火的温度为800~850℃，第二次连续化退火的速度为20~25m/min；
（8）将所述步骤（7）得到的第三次退火板带材进行第三次冷轧，得到第三次冷轧板带材；所述第三次冷轧的总变形量为70~80%；
（9）将所述步骤（8）得到的第三次冷轧板带材进行第三次连续化退火，得到第四次退火板带材；所述第三次连续化退火的温度为800~850℃，第三次连续化退火的速度为50~55m/min；
（10）将所述步骤（9）得到的第四次退火板带材进行第四次冷轧，得到第四次冷轧板带材；所述第四次冷轧的总变形量为20~35%；
（11）将所述步骤（10）得到的第四次冷轧板带材进行第二次钟罩退火，得到高强度高硬度钛铜系合金；所述第二次钟罩退火的温度为350~450℃，第二次钟罩退火的保温时间为5~10h。
2.根据权利要求1所述的高强度高硬度钛铜系合金，其特征在于，所述高强度高硬度钛铜系合金还包括稀土元素：0~0.2%。
3.权利要求1~2任意一项所述高强度高硬度钛铜系合金的制备方法，包括以下步骤：
（1）将合金原料依次进行熔炼和浇铸，得到铸坯；
（2）将所述步骤（1）得到的铸坯依次进行锻造、热轧、淬火处理和冷轧，得到轧制铜合金；
（3）将所述步骤（2）得到的轧制铜合金进行第一次钟罩退火，得到第一次退火板带材；所述第一次钟罩退火的温度680~730℃，第一次钟罩退火的保温时间为6~10h；
（4）将所述步骤（3）得到的第一次退火板带材进行第一次冷轧，得到第一次冷轧板带材；所述第一次冷轧总变形量为50~60%；
（5）将所述步骤（4）得到的第一次冷轧板带材进行第一次连续化退火，得到第二次退火板带材；所述第一次连续化退火的温度为800~850℃，所述第一次连续化退火的速度为10~15m/min；
（6）将所述步骤（5）得到的第二次退火板带材进行第二次冷轧，得到第二次冷轧板带材；所述第二次冷轧的总变形量为60~70%；
（7）将所述步骤（6）得到的第二次冷轧板带材进行第二次连续化退火，得到第三次退火板带材；所述第二次连续化退火的温度为800~850℃，第二次连续化退火的速度为20~25m/min；
（8）将所述步骤（7）得到的第三次退火板带材进行第三次冷轧，得到第三次冷轧板带材；所述第三次冷轧的总变形量为70~80%；
（9）将所述步骤（8）得到的第三次冷轧板带材进行第三次连续化退火，得到第四次退火板带材；所述第三次连续化退火的温度为800~850℃，第三次连续化退火的速度为50~55m/min；
（10）将所述步骤（9）得到的第四次退火板带材进行第四次冷轧，得到第四次冷轧板带材；所述第四次冷轧的总变形量为20~35%；
（11）将所述步骤（10）得到的第四次冷轧板带材进行第二次钟罩退火，得到高强度高硬度钛铜系合金；所述第二次钟罩退火的温度为350~450℃，第二次钟罩退火的保温时间为5~10h。
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）中熔炼的温度为1250~1400℃，熔炼的真空度为1×10-2~5×10-2Pa。
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）中热轧的初轧温度为780~800℃，热轧的终轧温度≥530℃，热轧的总变形量为85~90%。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中第一次钟罩式退火和步骤（11）中第二次钟罩退火的气氛为纯氮气气氛。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中第一次冷轧的道次为4~6道次，第一次冷轧的单道次加工率为15~20%。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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