[发明专利]高强高导弹性铜合金及制造方法

说明书

本发明是一种用作仪器仪表、电气、电子、电讯等工业部门制造导电弹性元件的铜合金。

铍青铜一直被认为是较理想的弹性铜合金。由于铍青铜的价格贵、铍的毒害大，在生产应用过程中产品性能不易控制等问题的存在，国内外研制了各种其他弹性铜合金。这些合金中有Cu-Ni-Sn系合金，它具有高的强度和弹性，但其导电率及耐疲劳性能差。还有Cu-Ti系合金，其导电性也低于铍青铜。近年来研制了Cu-Ni-Si系，如CN86102885A、（U.S.Patent    4594221）所述合金有高的强度和导电率，但它未涉及弹性，而且其成分在本发明合金范围之外。

日本特开昭59-145749专利也提供了一种用于半导体仪器引线的铜合金，其Si和Ni含量也都低于本发明的合金，强度只有490-780MPa，并且未涉及到弹性好坏。日本公开照62-180025提供一种电子仪器用铜合金。Ni，Si的范围与前面几篇都差不多，没有一篇象本发明合金的Ni、Si含量这么高，而且该合金的抗拉强度只有490-590MPa，远不能满足要求。U.S.Patent 4，338，130介绍了Cu-Ni-Si-Cr-Al合金，属沉淀硬化型合金，其σ_0.2是在590-980MPa，范围内，导电率在14-20%IACS，未涉及弹性性能。

本发明的目的是提供一种高强度σ_b≥930MPa高屈服强度σ_0.2≥880MPa、高强性E≥122500MPa及较高导电性能≥20%IACS的铜基合金，并且不含有毒元素。

本发明合金基本组成为5-12%Ni，1.2-2.5%Si，0.2-1.0%Sn，0.05-1.0%，Cr，0-0.7%Zr，0-0.6%Ti其余为Cu和杂质。还可以加入≤1.0%Fe，≤0.15P或Sb。其中Ni∶Si＝4.0-5.5∶1。这种合金最佳的成份为：7-10%Ni，1.2-2.2%Si，0.3-0.7%Sn，0.08-0.3%Cr，0-0.30%Zr，0-0.15Ti，余量为铜和杂质。其中Ni∶Si＝4.2-5.0∶1。

制作本发明的合金，一般铜、镍、锡、锆、硅、铁、钛、锑等以纯金属形式作原料，铬、磷以中间合金加入合金。熔铸最好在真空中进行。先将铜和镍熔化并加热到1200-1300℃，使熔体在这温度下保持20分钟左右，然后按合金的成份范围将其它元素加入熔体。合金化的熔体浇入铸铁模。

铸锭经热加工，退火和冷加工制成所需规格和形状，为保证合金获得所需的综合性能，在成品加工前需进行淬火处理。淬火加热温度为900-960℃，保温时间40-90分钟，淬火介质为工业用冷水。经淬火处理的坯料经过40-60%的冷变形后，接着在400-450℃时效处理90-120分钟。

本发明合金具有高的强度，屈服强度，和弹性，同时还有较高的导电性能。本发明合金具有好的热加工性能及冷加工性，生产工艺简单，同时不含有毒元素，避免了有毒元素对环境的污染及操作人员的危害。

实例1，在真空炉中用Cu、Ni、Si、Sn、Zr、Ti、Cu-Cr中间合金进行合金化，配制含10%Ni，2.0%Si，0.4%Sn，0.35%Zr，0.56%Ti，1%Cr的高强高导弹性铜合金。把Cu和Ni熔化加热到1250℃，使熔体在这个温度精炼20分钟，按着把上述元素加入熔体。合金化的熔体浇入铸铁模内。铸锭经机加工后进行热轧、中间退火和冷轧;成品加工前在950℃加热60分钟，淬入冷水中，接着冷轧成1.0毫米的板材，最后在450℃进行2小时时效处理，测得的性能结果是：σ_b＝1107-1136MPa，σ_0.2＝1087-1107MPa，δ＝2.5%，E＝13500-14200Kg/mm²，导电率＝20.3%IACS。

实例2，按实例1叙述的方法配制含8%Ni，1.8%Si，0.6%Sn，0.6%Cr，0.1%Zr，0.1%Ti的高强高弹性铜合金。把熔制的合金加工成0.1毫米的带材进行应用。该半成品的性能是：σ_b＝1049-1078MPa，σ_0.2＝1019-1058MPa，δ＝3-4%，导电率＝24%IACS。