[发明专利]一种1500MPa级无铍超级高强高韧铜合金及其制备方法

说明书

本发明涉及金属材料及加工技术领域，具体涉及一种无铍超级高强高韧铜合金及其制备方法，其成分质量百分比为：Al:9.5～11.5％，Fe:3.5～6.0％，Ni:3.5～6.0％，Mn:0.3～1.2％，Cr:0.2～1.0％，Hf:0.5～1.2％，Mo:0.1～0.4％，Sn:0.1～0.2％，Ni、Fe、Al含量的关系为(Ni+Fe):Al＝0.8～1.2：1，P、S、Bi、As的总含量控制在0.001％以下，其余为Cu和不可避免的杂质。制备包括真空感应熔炼、均匀化处理及开坯、高温轧制、中温强变形连续轧制、纳米退火孪晶调控热处理、小变形异步冷轧以及低温时效热处理，可以获得超细化显微组织、不同种类的纳米级析出相及高密度退火孪晶协同强化的超高强铜合金板材。与现有技术相比，本发明合金强度实现大幅突破，且制备工艺简单、合金成本低廉，易于大规模工业化生产。

技术领域

本发明属于铜合金材料加工技术领域，具体涉及一种无铍超级高强高韧铜合金及其制备方法。

背景技术

铜合金是新一代通讯技术、先进轨道交通装备、新能源汽车等关键新兴产业以及海洋工程和高端装备的关键基础材料之一。近年来，我国铜材产量已经连续十五年居世界首位，铜材进口量也不断攀升，2020年产量达到了668万吨，较上一年累计增长34.1％。

高性能铜合金主要分为高强高导铜合金、耐磨耐蚀铜合金、超高强弹性铜合金、高精度铜丝材和箔材等。对于几乎所有门类的高性能铜合金，强度都是最重要、最急需的性能提升指标。近年来，随着技术飞速进步和产业快速升级，对具有更加优异机械性能(高强度、高弹性、高韧性等)高强高导电铜材提出了更为迫切的需求。一方面，较高的强度、韧性和耐磨性有益于实现相关产品的集成化、功能化、微型化，并能提升产品可靠性，推动装备和设备的迭代升级。另一方面，当前社会对于材料开发的能源节约和环境友好日益重视，更高的材料强度意味着装备减重和节能减排。在“双碳”政策的大背景下，超高强铜合金材料开发与应用的社会和经济效益日益显著。

超高强铜合金主要指强度水平在1000MPa以上的铜合金。目前，相关合金体系主要包括Cu-Be、Cu-Ti、Cu-Ni-Sn、Cu-Ni-Si、Cu-Ni-Mn、Cu-Ni-Al等。就使用量最大的板材而言，Cu-Be合金可以在工业化生产中较稳定地达到1200MPa以上的水平，且具有高弹性模量、良好的导电性和优异的加工成形性能，已经广泛应用于各种高端弹性元件和精密仪器元件制造。但由于铍及其化合物均有剧毒，导致铍铜合金加工生产中产生的粉尘对人体健康和环境保护均有较大影响。同时，我国的铍资源储备不占优势，资源丰富国家铍矿出口政策也不断收紧。因此，国内外均在寻求可以代替铍青铜的新型合金。在上述诸多用于替代铍青铜的合金体系中，Cu-Ti、Cu-Ni-Sn合金板材在工业化制备中可以达到的接近1200MPa的强度水平，但在综合力学性能和热稳定性等方面仍无法实现完全替代铍青铜。Cu-Ni-Si和Cu-Ni-Al合金强度较低，较难达到1100MP以上。Cu-Ni-Mn合金的主要牌号为Cu-20Ni-20Mn。尽管可以实现很高的强度，但由于合金元素总量高，导致合金成本较高、熔炼难度也较大，目前该体系合金主要处于实验室研究阶段，尚没有推进量产。因此，无铍超高强铜合金体系及其制备工艺的研发工作刻不容缓。