[发明专利]一种铜铬锆系合金及其制备和加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铜铬锆系合金及其制备和加工方法，属于金属材料领域。

背景技术

CuCrZr系合金是当前在高强度高导电材料领域被广泛应用的一种高性能功能材料。广泛应用于电力、电子、机械等工业领域，可用作电气工程开关触桥、连铸机结晶器内衬、集成电路引线框架、大功率异步牵引电动机转子、电气化铁路接触导线、热核实验反应堆(ITER)偏滤器垂直靶散热片、高脉冲磁场导体材料等。

高强度高导电材料CuCrZr系合金的强化可以采用固溶强化、沉淀强化、形变强化、细晶强化、加工硬化和过剩相强化等手段。高强度高导电材料Cu-Cr-Zr系合金的固溶原子形态强化铜合金的元素主要有Sn、Ag、Zn、Ni、Al和Cd等，其中Sn和Ag在晶界和位错上的偏析，不仅抑制了时效过程中Cr的析出，使Cr相更细小，还能够钉扎位错、阻碍位错攀移运动，推迟了回复再结晶，且冷加工残留的加工硬化和Cr相析出硬化相互叠加，使合金获得较高的强度。

现有CuCrZr系合金通过强化一般都能达到较高的强度，但电导率较少高于85％IACS，同时由于Cr、Zr元素与氧亲和力较大，高温下烧损严重，使CuCrZr系合金的熔炼成为首要问题，因此研制一种既保持合金的高导电性又保证一定的强度值的铜铬锆系合金及其制备和加工方法就成为该技术领域急需解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种铜铬锆系合金。本发明提供的合金采用第四元素(Ag，Sn)，同时在加工工艺上采用真空熔炼和中间合金的方法以及特定的加工工艺来保证该合金在满足高导电性(85％)以上并具有较高的强度。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种铜铬锆系合金，其特征在于：所述铜铬锆系合金的组成和配比(质量％)如下：铬0.1～0.5％、锆0.046～0.2％、银或锡0.05～0.2％，余量为铜。

本发明的另一个目的在于提供一种铜铬锆系合金的制备方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种铜铬锆系合金的制备方法，包括如下步骤：

(1)按质量百分比铜88～90.24％、铬9.76～12％真空熔炼制得铜铬中间合金，按质量百分比铜88～92％、锆8～12％真空熔炼制得铜锆中间合金；

(2)按照铜铬锆系合金的组成和配比(质量％)备料：铬当量为0.1～0.5％的铜铬中间合金、锆当量为0.046～0.2％铜锆中间合金、银或锡0.05～0.2％，余量为纯铜原料；

(3)在真空熔炼炉中将称好的原料铜加热熔化，并升温至1100℃～1200℃，至铜完全熔化，再加入铜铬中间合金和铜锆中间合金，升温至1200℃～1400℃使熔化均匀；

(4)快速加入银或锡后，用石磨棒搅拌均匀；

(5)通入氩气至80MPa，水冷铜模直接浇铸成铸锭。

一种优选的技术方案，其特征在于：所述步骤(3)中，在铜完全熔化后，先调整真空度至0.1Pa以下，再加入铜铬中间合金和铜锆中间合金。

本发明的第三个目的在于提供一种铜铬锆系合金的加工方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种铜铬锆系合金的加工方法，包括以下步骤：

a、将合金铸锭在850℃保温4小时，进行均匀化处理；

b、将铸锭表面加工至无表面缺陷，并经挤压、旋锻、拉拔等方法加工至一定尺寸；

c、在850～950℃条件进行下1～2小时的固溶处理；

d、再经过加工变形量70％～98％的冷加工；

e、进行320℃～580℃时效2～6小时。

本发明先在真空熔炼炉中将铜、铬、锆三种原料熔炼为铜铬和铜锆两种中间合金，再将中间合金与铜和银或锡真空熔炼成铜铬锆系合金；在真空熔炼炉中熔炼时，可不控制真空度，即在常压下进行；也可以参照一般真空熔炼的操作范围控制真空度，进行真空熔炼能准确控制合金成分，减少氧化等缺陷。

上述方法制得的合金铸锭均匀化处理后，经挤压、旋锻、拉拔等方法加工成一定尺寸的棒材；将这些棒材在850～950℃条件进行下1～2小时的固溶处理，并冷加工至加工变形量为70％～98％，再经320℃～580℃时效2～6小时。

本发明的优点在于：

本发明铜铬锆银合金和铜铬锆锡合金的制备和加工方法，可以准确控制合金的化学成分并使合金具有优异的力学性能与导电性能。

本发明制得的两种合金经测试抗拉强度为450MPa～550MPa，延伸率为12％以上，电导率为85％～95％IACS，具有较高的强度和导电性。