[发明专利]注塑模具用Cu－Ti合金的生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种注塑模具用Cu-Ti合金的加工生产方法，属于有色金属加工技术领域。

背景技术

塑胶成型模具材料一般采用碳钢、工具钢等，但是由于钢材的热导率低，导致注塑成型时的压射周期较长，生产效率不高。塑胶模具制造中已开始越来越多的采用铜合金模具材料，比如铍铜，且出现上升的趋势。由于铍铜的价格昂贵，而且铍在冶炼及热加工过程中具有毒副作用，铍铜材料在一些国家已被限制使用。

含钛量2～5wt.％的铜合金，具有与铍铜相当的性能，且抗应力松弛性能优于铍铜合金。因此，开发一种高强高导、且具有良好铸造性和加工性能的铜钛合金材料，应用在注塑模具中，将是一项具有重大经济意义的研究课题。

发明内容

本发明的目的是提供一种高强高导且具有良好铸造性和加工性能的铜钛合金材料，可以广泛应用在注塑模具中。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

注塑模具用Cu-Ti合金的生产方法，其特征在于：在惰性气体保护条件下利用潜流式工频有芯组合电炉进行熔铸，采用潜流式补铜工艺，流槽和熔炉完全密封，熔炼温度控制在1200℃～1350℃；生产时，首先配好铜、钛及其它微量合金元素，关闭流槽后将原料装入工频有芯熔炉里，等铜基本熔化后再加入0.01～0.5wt％的第3元素群，熔炼过程中炉子内充满惰性气体；熔化后打开流槽，铜液通过流槽不断流入工频有芯保温炉，根据铸造速度不断补充铜液；最后溶液通过保温炉炉壁的开口经过结晶器凝固成铸锭，由铸造机引出铸锭；再将铸锭在350℃～450℃时效处理5～20小时，使垂直于轧制方向截面上Cu-Ti金属间化合物相的直径控制在0.02～0.2μm。

进一步地，上述的注塑模具用Cu-Ti合金的生产方法，其特征在于：所述的第3元素群为Cr、Co、V、Zr、B、Ni和P中的一种以上。

更进一步地，上述的注塑模具用Cu-Ti合金的生产方法，其特征在于：在时效冷却过程中，从时效温度至200℃的冷却速度不高于50℃/h。

本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：

本发明用惰性气体保护进行熔铸，避免合金元素与空气中的氧、氮的作用，实现Cu-Ti合金的连续生产。通过加入适量Cr、Zr等微量元素，达到延缓过时效的目的，提高合金的软化温度，在不降低合金强度的情况下，提高合金的电导率。通过合适的时效工艺，使在垂直于轧制方向的截面上，Cu-Ti金属间化合物相的直径控制在0.02～0.2μm。采用本发明技术方案可获得高强高导且具有良好铸造性和加工性能的注塑模具用铜钛合金材料，因其优异的强度、导热和耐热综合性能而被广泛应用于注塑模具中。

具体实施方式

本发明用惰性气体保护方法代替真空熔铸的方法，来制备Cu-Ti合金，避免合金元素与空气中的氧、氮的作用；实现Cu-Ti合金的低成本、连续生产。还加入适量微量元素Cr、Zr、Mg、B等，达到延缓过时效的发生，提高合金的软化温度，在不降低合金强度的情况下，提高合金的导热率。另外，通过加入适量的稀土元素，提高合金的切削性能。并通过合适的时效工艺，使在垂直于轧制方向的截面上，Cu-Ti金属间化合物相的直径控制在0.02～0.2μm之间。

合金产品的生产工艺过程主要包括：铸造-固溶-锻造-时效等工艺。

1)非真空熔炼

由于Cu-Ti合金中含有3.0～4.0wt％的Ti，在650℃以上，氧将向钛中扩散，形成一层坚硬的氧化层；另外在700℃以上，氮和钛将发生剧烈作用，形成TiN。若在大气中熔炼，将会产生吸气、吸氧、非金属夹杂等问题；在敞开式浇注过程中也易产生类似的问题，影响材料的性能。铜钛合金的传统熔铸方法是在真空炉里进行，而发明采用潜流式Cu-Ti合金水平连续铸造技术，该技术在传统的水平连续铸造技术的基础上，采用潜流式补铜工艺，使流槽和熔炉完全密封，并采用气体保护，保证熔体与空气隔绝，避免在熔炼流槽和浇注过程中熔体产生吸气、夹渣等缺陷。在生产过程中可以通过加料孔随时进行加料，调整合金成分。

2)第3元素群的加入