專利名稱：一種用于眼鏡框架的銅合金彈性片材的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型加工工藝制備眼鏡框架材料銅合金CuNi9Sn6彈性片材。
背景技術(shù)：
眼鏡架材料一般分為三種，即金屬架、非金屬架和天然材料鏡架。而目前市面上金屬架一般有銅合金、鎳合金和貴金屬。銅合金鏡架主要有黃銅、青銅、鋅白銅，由于其耐腐蝕性較差，易生銅綠，易生銹，易變形，但成本較低，且易加工，常用于低檔鏡架，是價位最低的一種。鎳合金耐腐蝕性較好，且不易生銹，機械強度也好于銅合金，故金屬架采用鎳合金材料的占大多數(shù)，一般用于中、高檔鏡架。而高檔鏡架中以鈦金屬架為主，其彈性較純鈦好，但不如純鈦鏡架輕，純鈦和鈦合金也是為高檔鏡架材料。另金、鉬金及合金等均為高檔鏡架材料，價格也較高。為了尋求既有鎳、鈦等合金的高強度和高彈性，又具有銅合金易加工和成本低廉的新型合金，國內(nèi)外對高強度新型銅合金進行了大量的研究。美國光學(xué)公司1978年推出專門為金屬眼鏡架設(shè)計的高強度CuNi9Sn6合金。該材料不但易于加工，成本低，且與普通白銅相比，強度和彈性均有大幅度提高。用該合金制作的眼鏡架與鋅白銅(CuNil5Znl3)眼鏡架同時進行永久變形試驗，CuNi9Sn6合金的永久變形量僅為鋅白銅的二分之一。日本三菱金屬不久也推出一種新型CuNi9Sn6合金。據(jù)報道，該合金表面具有玫瑰金的美麗色調(diào)，其彈性相當(dāng)于鈦合金，并具有優(yōu)良的冷鍛、冷沖、冷成型等冷加工性能和抗焊接軟化性能，易打磨拋光，是一種高塑性、高彈性特輕材料，且成本相對鎳合金和貴金屬較低，適于制作金屬眼鏡架。目前國內(nèi)尚無能夠達(dá)到國外眼鏡框架材料CuNi9Sn6銅合金彈片水平的產(chǎn)品。且據(jù)文獻(xiàn)報道可知，其它各國分別采用不同的加工工藝，以制得滿足眼鏡框架材料的使用要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于眼鏡框架的銅合金彈性片材的制備方法，利用其制作的眼鏡框架彈片可以達(dá)到國外進口產(chǎn)品水平的CuNi9Sn6合金板材彈片性能。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下設(shè)計方案:
一種用于眼鏡框架的銅合金彈性片材的制備方法，用成分合格的合金鑄錠繼續(xù)加工，其中，該銅合金的成分組成及質(zhì)量百分比為:N1:9±0.5 ;Sn:6±0.5 ;Cu余量；其方法如下:
6)升溫至350±5°C，將鑄錠在惰性氣氛下進行保溫30±10min,而后熱軋變形20±5%，最后在800±5°C溫度下覆碳或惰性氣體下進行均勻化退火；
7)將均勻化后的鑄錠立即進行熱軋開坯，總加工率55 70%； 8)熱軋開坯后，在真空退火爐中進行中間去應(yīng)力退火650±5°C/2h，以去除加工硬化；
9)退火后進行冷軋，總加工率70 80%，道次加工率10% 15%，至板厚1.3 ±0.1mm ;
10)最后將1.3mm板材進行惰性氣氛下的固溶及水淬,冷軋制至成品厚1.2mm ;其中,在800 ±5°C 下固溶處理 20 ± 10min。11)將成品厚板材進行矯直處理及對表面進行30 37%的濃鹽酸或60 70%的濃硫酸酸洗處理。優(yōu)選的，所述步驟11)中濃鹽酸的濃度為37%，濃硫酸的濃度為70%。所述步驟6)中，最后在800±5°C溫度下覆碳或惰性氣體下均勻化退火的時間為
4 5.5h。由于熱軋開坯后的成品表面比較粗糙，在所述步驟7)中，熱軋開坯后還可以進一步的精銑表面。所述用于眼鏡框架的銅合金彈性片材的具體制備方法如下:
O按銅合金中各成分的配比范圍計算、稱重準(zhǔn)備無氧銅、普鎳、高純錫材料；
2)將無氧銅、普鎳和高純錫的全部備料放入氧化鋁坩堝，而后放入真空中頻感應(yīng)爐
內(nèi)；
3)抽真空4 6Pa;升溫，依次調(diào)節(jié)功率25KW — 35KW — 40KW,并控制真空中頻感應(yīng)爐內(nèi)溫度，以使合金熔化；
4)精煉10 12分鐘，隨后降低功率至25KW，向爐內(nèi)通氬氣，澆鑄合金；
5)冷卻30 35分鐘后出爐，檢測后得到成分合格的合金鑄錠。

本發(fā)明根據(jù)CuNi9Sn6合金化學(xué)成分配比，在真空中頻爐中進行熔煉。真空熔鑄可去除合金中的氣體和低熔點易揮發(fā)元素，高溫下Ni易吸H，造成材料脆化，影響其力學(xué)性能。且Sn的氧化物導(dǎo)致合金表面較硬,造成材料難加工。真空熔鑄還可減少CuNi9Sn6合金中的雜質(zhì)含量。為縮短均勻化時間，以提高生產(chǎn)效率、節(jié)約能耗，在均勻化退火前給予一定的形變。由于合金加工性能較差，采取熱軋開坯，而后續(xù)軋制則采用冷軋，中間去應(yīng)力退火選擇真空退火爐，避免表面發(fā)生氧化。最后對成品尺寸板材進行矯直處理及表面酸洗處理，以達(dá)到進口產(chǎn)品的平整及表面光亮狀態(tài)。本發(fā)明為眼鏡框架材料CuNi9Sn6銅合金彈片的生產(chǎn)做了積極的探索工作，包括合金熱處理工藝和加工工藝以及表面處理研究，并取得了較理想的效果。本發(fā)明制作的用于眼鏡框架的銅合金彈性片材的斷裂強度ob> 600MPa，易于冷加工成型，且沿軋向與垂直軋向呈90°彎曲時不出現(xiàn)裂縫。同時產(chǎn)品外觀達(dá)到國外產(chǎn)品水平。本發(fā)明的優(yōu)點是:
1、本發(fā)明CuNi9Sn6銅合金鑄錠為真空熔鑄，表面光亮，氧化程度極小，為合金的后續(xù)表面處理奠定良好基礎(chǔ)；
2、在CuNi9Sn6銅合金鑄錠均勻化退火前給予一定的熱軋形變，縮短了均勻化時間、提高了生產(chǎn)效率、節(jié)約了能耗；
3、將CuNi9Sn6銅合金鑄錠進行保護氣氛下的均勻化退火，消除了枝晶偏析和溶解非平衡相，降低了鑄錠熱軋開裂的危險，改善了軋制板帶材的邊緣質(zhì)量，提高了材料塑性，同時，由于降低了材料的變形抗力，還可減少變形功消耗，提高了設(shè)備的生產(chǎn)效率。在保護氣氛下防止了 CuNi9Sn6合金表面的氧化、Ni吸H和較硬Sn02氧化膜的生成。均勻化退火完成后直接出爐進行大變形量的熱軋開坯，減少了軋制道次；
4、對接近成品尺寸的板材采用惰性氣氛下800±5°C/20min固溶，水淬，最后冷軋制至成品厚的熱處理工藝，成功獲得了滿足產(chǎn)品要求的力學(xué)性能:產(chǎn)品斷裂強度σ b > 600MPa，易于冷加工成型，且沿軋向與垂直軋向呈90°彎曲時不出現(xiàn)裂縫；5、對成品尺寸板材進行矯直處理及表面酸洗處理，使產(chǎn)品達(dá)到了進口產(chǎn)品的平整及表面光亮狀態(tài)。CuNi9Sn6合金中含有Sn，易發(fā)生氧化而形成難以去除的Sn02，該氧化物難溶于水、醇、稀酸和堿液，但能溶于濃硫酸或濃鹽酸，故采用濃硫酸或濃鹽酸刷洗合金板材表面。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進一步的說明。實施例1:
采用下述制備方法，投料3kg，無氧銅、普鎳和高純錫按Ni:Sn:Cu=9:6:85的成分進行配比，分別為Ni，270g ；Sn, 180g ；Cu, 2550g,并熔煉合金。具體制備工藝如下:
1)按配比備各原料；
2)將備好的無氧銅、普鎳和高純錫原材料放入氧化鋁坩堝，而后放入真空中頻感應(yīng)爐·內(nèi)；
3)抽真空5Pa，升溫，將功率依次調(diào)節(jié)至25KW— 35KW — 40KW,間隔5分鐘，以促使合金全面熔化；
4)待爐料全部熔化后，精煉10分鐘；降低功率至25KW，沖入氬氣，開始澆鑄；
5)冷卻30分鐘后出爐，并水冷卻至室溫，鑄錠尺寸為厚20mm，寬130mm；
6)將錠坯在惰性氣氛下進行350V /30min保溫，而后開始軋制，板厚由20mm — 18.6mm — 17.0mm,而后在800 805°C溫度下進行覆碳均勻化退火，時間為4h ；
7)隨即進行熱軋開坯至板厚8.6mm，開坯完畢，銑面至厚度為7mm，以去除表面氧化膜；
8)熱軋開坯后，在真空退火爐中進行中間去應(yīng)力退火650°C/2h，以去除加工硬化；
9)銑面完畢，在真空退火爐中進行去應(yīng)力退火650°C/2h，而后冷軋，板厚由7mm—6.0mm — 5.3mm — 4.6mm — 4.2mm — 3.8mm — 3.5mm,再進行中間去應(yīng)力退火 650°C /2h, 3.5mm — 3.0mm — 2.5mm — 2.0mm — 1.5mm — 1.3mm ；
10)然后將1.3mm板材進行惰性氣氛下的800°C /20min固溶，水淬，冷乳制至成品厚1.2 mm ；
11)將成品采用矯直機進行板型矯直，合金表面平整度達(dá)到進口產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。最后將矯直后的板材浸入濃度為37%的濃鹽酸，并使用銅刷對其表面進行刷洗，而后用水沖洗，以去除表面的氧化層及污潰，表面質(zhì)量達(dá)到進口產(chǎn)品表面標(biāo)準(zhǔn)。實施例2:
方法同實施例1，不同點在于:投料3kg，無氧銅、普鎳和高純錫按Ni:Sn:Cu=9.5:6.5:85的成分進行配比，分別為Ni，285g ；Sn,180g ;Cu，2535g。實施例3:
方法同實施例1，不同點在于:投料3kg，無氧銅、普鎳和高純錫按Ni:Sn:Cu=9:6.5:84.5的成分進行配比，分別為Ni，270g ;Sn，195g ;Cu，2535g。實施例4:
方法同實施例1，不同點在于:投料3kg，無氧銅、普鎳和高純錫按Ni:Sn:Cu=9.5:5.5:85的成分進行配比，分別為Ni，285g ;Sn，165g ;Cu，2550g。
實施例5:
方法同實施例1，不同點在于以下步驟:
6)將錠坯在惰性氣氛下進行350V /30min保溫，然后開始軋制，板厚由20mm — 18.2mm — 16.8mm — 15.8，而后進行惰性氣體下均勻化退火；
7)隨即進行熱軋開坯至7mm，開坯完畢，銑面至厚度為5.0mm,以去除表面氧化膜；
8)熱軋開坯后，在真空退火爐中進行中間去應(yīng)力退火650°C/2h，以去除加工硬化；
9)銑面完畢，在真空退火爐中進行去應(yīng)力退火650°C/2h，而后根據(jù)道次變形量進行冷車L，板厚由5.0mm — 4.6mm — 4.2mm — 3.8mm — 3.5mm,再進行中間去應(yīng)力退火650 °C /2h,隨后繼續(xù)冷軋 3.5mm — 3.0mm — 2.5mm — 2.0mm — 1.5mm — 1.3mm。實施例6:
方法同實施例1，不同點在于:步驟6)中，將錠坯在惰性氣氛下進行345°C溫度下保溫40 min。實施例7:
方法同實施例1，不同點在于:步驟11)中，將矯直后的板材浸入濃度為30%的濃鹽酸。實施例8:
方法同實施例1，不同點在于:步驟11)中，將矯直后的板材浸入濃度為70%的濃硫酸。實施例9:
方法同實施例1，不同點在于:步驟11)中，將矯直后的板材浸入濃度為60%的濃硫酸。

上述各實施例可在不脫離本發(fā)明的范圍下加以若干變化，故以上的說明所包含應(yīng)視為例示性，而非用以限制本發(fā)明申請專利的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于眼鏡框架的銅合金彈性片材的制備方法，對成分合格的合金鑄錠進行加工，其中，該銅合金的成分組成及質(zhì)量百分比為:N1:9±0.5 ;Sn:6±0.5 ;Cu余量；其特征在于方法如下: 6)升溫至350±5°C，在惰性氣氛下將鑄錠進行保溫30±10min,而后熱軋變形20±5%，最后在800±5°C溫度下覆碳或惰性氣體下進行均勻化退火； 7)將均勻化后的鑄錠立即進行熱軋開坯，或總加工率55 70%； 8)熱軋開坯后，在真空退火爐中進行中間去應(yīng)力退火650±5°C/2h，以去除加工硬化； 9)退火后進行冷軋，總加工率70 80%，道次加工率10% 15%，至板厚1.3 ±0.1mm; 10)最后將1.3mm板材進行惰性氣氛下的固溶及水淬,冷軋制至成品厚1.2mm ;其中,在800 ±5°C 下固溶處理 20 ± IOmin ； 11)將成品厚板材進行矯直處理及對表面進行30 37%的濃鹽酸或60 70%的濃硫酸酸洗處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于眼鏡框架的銅合金彈性片材的制備方法，其特征在于:所述步驟11)中濃鹽酸的濃度為37%，濃硫酸的濃度為70%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于眼鏡框架的銅合金彈性片材的制備方法，其特征在于所述合金鑄錠的制備方法如下: 1)按銅合金中各成分的配比范圍計算、稱重準(zhǔn)備無氧銅、普鎳、高純錫材料； 2)將無氧銅、普鎳和高純錫的全部備料放入氧化鋁坩堝，而后放入真空中頻感應(yīng)爐 內(nèi)； 3)抽真空4 6Pa;升溫，依次調(diào)節(jié)功率25KW — 35KW — 40KW,并控制真空中頻感應(yīng)爐內(nèi)溫度，以使合金熔化； 4)精煉10 12分鐘，隨后降低功率至25KW，向爐內(nèi)通氬氣，澆鑄合金； 5)冷卻30 35分鐘后出爐，檢測后得到成分合格的合金鑄錠。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于眼鏡框架的銅合金彈性片材的制備方法，其特征在于:所述步驟6)中，最后在800±5°C溫度下覆碳或惰性氣體下均勻化退火的時間為4 5.5h。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于眼鏡框架的銅合金彈性片材的制備方法，其特征在于:所述步驟7)中，熱軋開坯后或進行進一步的精銑面。
全文摘要
一種用于眼鏡框架的銅合金彈性片材的制備方法，是用成分合格的合金鑄錠繼續(xù)加工，其中，該銅合金的成分組成及質(zhì)量百分比為Ni9±0.5；Sn6±0.5；Cu余量；方法是升溫至350±5℃，將鑄錠在惰性氣氛下保溫30±10min，而后熱軋變形20±5%，最后在800±5℃溫度下覆碳或惰性氣體下均勻化退火；將該鑄錠熱軋開坯，總加工率55～70%；開坯后，在真空退火爐中進行中間去應(yīng)力退火650±5℃/2h；再進行冷軋，總加工率70～80%，道次加工率10%～15%，至板厚1.3±0.1mm；最后進行惰性氣氛下的固溶及水淬，冷軋制至成品厚。將成品厚板材進行矯直處理及對表面進行酸洗處理。利用其制作的眼鏡框架彈片可以達(dá)到國外進口產(chǎn)品水平的CuNi9Sn6合金板材彈片性能。
文檔編號B21B3/00GK103173647SQ20111042827
公開日2013年6月26日 申請日期2011年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月20日
發(fā)明者陳文敬, 王煒, 張震, 趙宏超, 陳利建 申請人:北京有色金屬與稀土應(yīng)用研究所