[发明专利]一种高弹性铜铬锆合金及其加工工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种高弹性铜铬锆合金，尤其涉及一种高弹性、高导电铜铬锆合金及其加工工艺，属于有色金属加工技术领域。

背景技术

铜铬锆合金具有高强高导性能，其抗拉强度可达560MPa，导电率大于80%IACS，为典型的时效强化型合金。其合金化原理为高温下Cr、Zr合金化元素在铜中的固溶度高，而低温下固溶度急剧下降，Cr、Zr与Cu元素之间形成析出强化相，合金强度与导电率均获得提高。但铜铬锆合金的弹性性能较低，高温下（温度大于560℃）强度下降较快，需要添加微量元素进行合金化改善。

为了获得最佳的强度与导电率的匹配，国内外众多机构对铜铬锆合金中添加Si、Mg、Ni、Ti、Fe及稀土对合金强度与导电率影响进行了大量系统研究，但均未对采用Si+Ti或Si+Ti+Fe的组合形式对铜铬锆合金强度与导电率影响进行研究，尤其未开展Si+Ti或Si+Ti+Fe的组合形式对合金弹性性能影响的研究。

发明内容

本发明提供一种高弹性铜铬锆合金及其加工工艺。本发明在于解决高强高导电铜铬锆合金丝材弹性的不足，获得一种高弹性高导电铜铬锆合金，以满足于制备一些弹性部件需求，如螺旋弹簧触指。

本发明所述的一种高弹性高导电铜铬锆合金，其质量百分比为：Cr0.5~1.2%，Zr0.05~0.5%，0.2<X(X为Si、Ti两种元素或Si、Ti、Fe三种元素)<1.5%，余量为Cu。该合金经过连铸、固溶、轧制、时效、拉拔、成品退火，最后制备成合金丝材成品。

进一步的，本发明所述的一种高弹性高导电铜铬锆合金，其优选的质量百分比为：Cr0.5~0.8%，Zr0.15~0.25%，0.3<X(Si+Ti)<1.0%，或0.3<X(Si+Ti+Fe)<1.0%，余量为Cu。

进一步，该合金的加工技术方案为：常规的，批量化生产经过连铸、固溶、轧制、时效、拉拔、成品退火，最后制备成合金丝材成品。特殊的，该合金也可经过熔铸铸锭、锻造成棒、固溶、轧制、时效、拉拔、成品退火。两者所不同在于：前者为大卷批量化生产，效率较高，后者为小锭方式生产，设备投资少，生产效率低，但易于实施。

本发明通过以下技术方案来实现：

（1）本发明合金化原理：

铜铬锆合金具有高强高导性能，为典型的时效强化型合金，其抗拉强度可达560MPa，导电率大于80%IACS。但铜铬锆合金的弹性性能较低，高温下（温度大于560℃）强度下降较快，需要添加微量元素进行合金化改善。本发明通过向铜铬锆合金中添加Si、Ti两种元素或Si、Ti、Fe三种元素来提高铜铬锆合金的弹性和高温强度，且不大幅降低合金导电率。

所添加合金化元素作用：

Si：添加Si能提高铜合金软化温度及高温强度与热稳定性。Si元素的含量应严格控制在0.15%以下，因Si降低铜合金的导电率，超过0.15％Si元素，导电率下降到50％IACS以下。

Ti：Ti能提高合金的弹性性能，Ti和其他合金元素能形成金属间化合物，进一步提高强度。Ti元素含量控制在0.05~0.5%，含量过高会急剧降低导电率。

Fe：能够细化晶粒，延迟铜的再结晶过程，Fe和其他合金元素也能形成金属间化合物，提高合金强度和硬度。因室温下Fe元素在铜中固溶度低（0.14），Fe元素含量为0.05~0.5%时对合金导电率影响小。

因Si、Ti和Fe均为高熔点金属元素，本发明以Si、Ti和Fe元素的组合形式能有效利用Cu、Cr、Zr、Si、Ti及Fe元素之间形成的强化相，充分提高合金强度，弹性性能及高温强度。

（2）为实现上述目的，本发明铜铬锆合金的制备采取以下技术方案：

本发明合金经过以下工艺流程：a连铸、b固溶、c轧制、d时效、e拉拔、成品退火，最后制备成合金丝材成品。

步骤a中，所述投料的具体顺序为：先加入Cu，熔化后，再加入Cr、Zr、Si、Ti和Fe元素的中间合金。合金元素成分达标后进行连铸铸造。

步骤a中，所述熔炼的温度为1200～1300℃，所述的连铸温度控制在1200～1250℃。

步骤a中的连铸杆直径为F20~50mm。

步骤b中，所述的固溶处理的温度为950～1000℃，时间为1～5h。

步骤c中，所述的轧制变形量为70~95%。

步骤d中，所述时效的温度为400~600℃，时间为1～16h，冷却方式为空冷或随炉冷却。