本發(fā)明涉及高性能銅合金的加工制備方法，特別涉及一種超聲波強(qiáng)化高性能銅合金的制備方法。
背景技術(shù)：
：近幾年國(guó)內(nèi)高強(qiáng)彈性銅合金材料用量持續(xù)上升。國(guó)外彈性材料已形成很多系列70多個(gè)品種，而國(guó)內(nèi)只有鈹銅、錫磷青銅和鋅白銅系列，每年產(chǎn)量大約8萬噸。與上述幾種銅合金相比，Cu-Ni-Si合金具有更高性能且更低的成本，該材料在國(guó)外的高性能彈性銅合金材料領(lǐng)域己被廣泛使用，但在國(guó)內(nèi)該領(lǐng)域仍然依靠大量進(jìn)口C7025，因此，開發(fā)先進(jìn)的Cu-Ni-Si合金材料及其熱處理加工技術(shù)具有重要意義。生產(chǎn)Cu-Ni-Si銅合金板帶材的關(guān)鍵技術(shù)是熔煉鑄造和固溶處理。例如，鑄坯晶粒的細(xì)化可有效提高其抗拉強(qiáng)度；合金板帶表面質(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)量要好，就需要鑄造一個(gè)沒疏松、氣孔等缺陷的鑄錠。為此，北京有色金屬研究總院的肖翔鵬等為了獲得高質(zhì)量的Cu-Ni-Si鑄坯，采用機(jī)械振動(dòng)結(jié)晶器獲得了細(xì)化晶粒的鑄錠，提高了合金的抗拉強(qiáng)度，但機(jī)械振動(dòng)結(jié)晶器振動(dòng)頻率低，鑄錠晶粒細(xì)化效果有限。在金屬或合金凝固過程中施加振動(dòng)是改善其組織結(jié)構(gòu)、提高機(jī)械性能的最有效方法之一。1869年，俄國(guó)Chernov就成功地用搖晃鑄模的方法細(xì)化了鋼錠的晶粒。1941年后，振動(dòng)效應(yīng)對(duì)凝固的影響被廣泛的研究，例如機(jī)械振動(dòng)、電磁激振、氣振振動(dòng)和超聲振動(dòng)等。其中，超聲振動(dòng)的高能量及其它的特殊效應(yīng)，極大地提高了振動(dòng)對(duì)凝固的作用效果，公認(rèn)的效果有：細(xì)化晶粒、組織均勻化、組織凈化等。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明通過對(duì)銅合金合成工藝進(jìn)行多次研究，發(fā)現(xiàn)在Cu-Ni-Si時(shí)效強(qiáng)化合金加工過程中，合金鑄坯質(zhì)量和固溶效果對(duì)成品帶材的強(qiáng)度和導(dǎo)電性有著重要的影響，晶粒均勻細(xì)化的鑄坯有助于提升合金的強(qiáng)度和導(dǎo)電性。本發(fā)明的目的在于提供一種超聲波強(qiáng)化高性能銅合金的制備方法，通過采用超聲波強(qiáng)化振動(dòng)的方式進(jìn)一步提升Cu-Ni-Si合金的熔鑄和固溶效果，以獲得高強(qiáng)度、高導(dǎo)電性、耐熱性好、滿足現(xiàn)代電子元件要求的高質(zhì)量Cu-Ni-Si合金。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一種超聲波強(qiáng)化高性能銅合金的制備方法在Cu-Ni-Si合金制備過程中的澆鑄環(huán)節(jié)施加超聲場(chǎng)，使熔鑄后的合金鑄坯晶粒均勻、細(xì)化、方向性好，并在Cu-Ni-Si合金中添加Co、Cr元素，以進(jìn)一步提升Cu-Ni-Si合金的性能；操作步驟如下：（1）按照質(zhì)量百分比為Ni0.5%~3.5%、Si0.3%~1%、Co0.3%~1.2%、Cr0.01%~0.3%、其余為銅進(jìn)行配料，再進(jìn)行投料和熔煉；（2）熔煉完后出爐，超聲場(chǎng)澆鑄；（3）銑面；（4）熱軋；（5）退火；（6）冷軋；（7）一次時(shí)效處理；（8）冷軋；（9）二次時(shí)效處理；（10）酸洗；（11）成品退火，獲得高質(zhì)量的Cu-Ni-Si合金產(chǎn)品。所述步驟（1）中的投料順序?yàn)椋合燃尤隒u和Ni，采用質(zhì)量比為硼砂：玻璃粉=2:1的混合物進(jìn)行覆蓋，熔化后再加入Co和Cr，熔煉完成后加入Si，熔煉溫度為1050℃~1400℃。所述步驟（2）中，澆鑄溫度為1000℃~1200℃，超聲場(chǎng)頻率為20~100KHz。所述步驟（4）中熱軋溫度為750℃~980℃。所述步驟（5）中退火溫度為900℃~1000℃，時(shí)間為0.5~8h。所述步驟（7）中一次時(shí)效處理溫度為350℃~600℃，時(shí)間為1~15h。所述步驟（9）中二次時(shí)效處理溫度為300℃~500℃，時(shí)間為1~15h。上述超聲波強(qiáng)化高性能銅合金的制備方法能鑄造出高性能的銅合金鑄坯，再經(jīng)過熱軋、固溶、冷軋和時(shí)效處理等操作工序，即可獲得高質(zhì)量的Cu-Ni-Si合金。此外，該方法通過在傳統(tǒng)的Cu-Ni-Si合金中添加少量的Cr與Co元素，使得合金性能得到進(jìn)一步提升。該合金具有高強(qiáng)度，高導(dǎo)電性，耐熱性好，適應(yīng)現(xiàn)代電子元件對(duì)材料的要求。本發(fā)明一種超聲波強(qiáng)化高性能銅合金的制備方法，能細(xì)化銅合金晶粒，提高合金強(qiáng)度，提高合金導(dǎo)電性，具有以下有益效果：（1）本發(fā)明采用超聲場(chǎng)強(qiáng)化熔鑄過程，使熔鑄后的合金鑄坯晶粒均勻、細(xì)化、方向性好。（2）本發(fā)明在Cu-Ni-Si合金中添加了少量Co、Cr元素，進(jìn)一步提升了Cu-Ni-Si合金的性能。（3）本發(fā)明的新型高強(qiáng)度高導(dǎo)電銅合金抗拉強(qiáng)度σb可達(dá)到660~950Mpa，塑性延伸率δ為5%~11%，電導(dǎo)率為36~54%ICAS。（4）本發(fā)明銅合金具有高彈性、高強(qiáng)度、高疲勞性、耐熱性好，并兼?zhèn)淞烁唠娦缘膬?yōu)點(diǎn)。具體實(shí)施方式以下結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明一種超聲波強(qiáng)化高性能銅合金的制備方法作進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明一種超聲波強(qiáng)化高性能銅合金的制備方法，操作步驟是先按照質(zhì)量百分比配比稱取原料，再將原料按照一定的次序投料熔煉，隨后依次進(jìn)行超聲場(chǎng)澆鑄、銑面、熱軋、退火、冷軋、一次時(shí)效處理、冷軋、二次時(shí)效處理、酸洗、成品退火工序。各操作步驟的工藝參數(shù)如下：原料的成分：按照質(zhì)量百分比為Ni0.5%~3.5%、Si0.3%~1%、Co0.1%~1%、Cr0.01%~0.4%、其余為銅；投料與熔煉：先加入Cu和Ni，采用硼砂與玻璃粉的混合物進(jìn)行覆蓋，硼砂與玻璃粉的質(zhì)量比例為2:1，熔化后再加入Co、Cr，熔煉完成后加入Si，熔煉溫度為1050℃~1400℃；超聲場(chǎng)澆鑄：澆鑄溫度為1000℃~1200℃，超聲場(chǎng)頻率為10~100KHz；熱軋：溫度為750℃~980℃；退火：溫度為900℃~1000℃，時(shí)間為0.5~8h；一次時(shí)效處理：溫度為350℃~600℃，時(shí)間為1~15h；二次時(shí)效處理：溫度為300℃~500℃，時(shí)間為1~15h；實(shí)施例1（1）按照質(zhì)量百分比為Ni1.9%、Si0.45%、Co0.4%、Cr0.02%、其余為銅進(jìn)行配料；（2）首先，往坩堝中加入電解銅和電解鎳，采用硼砂與玻璃粉的混合物進(jìn)行覆蓋，硼砂與玻璃粉的質(zhì)量比例為2:1，熔化后再加入Co、Cr，熔煉完成后加入Si，熔煉溫度為1050℃~1400℃；（3）出爐、拔渣、鐵模澆鑄、啟動(dòng)超聲場(chǎng)，超聲場(chǎng)強(qiáng)度30KHz，澆鑄溫度控制在1100℃，得到合金鑄坯；（4）將獲得的合金鑄坯進(jìn)行銑面，上下表面各銑0.9mm；隨后進(jìn)行熱軋，熱軋溫度890℃，熱軋時(shí)間6h，熱軋形變量ε=70%；（5）將上述的熱軋坯放入退火爐中進(jìn)行退火固溶，退火溫度950℃，退火時(shí)間3h，之后取出水冷；（6）先將水冷鑄坯進(jìn)行一次冷軋，冷軋形變量ε=70%；隨后進(jìn)行一次時(shí)效處理，時(shí)效溫度605℃，時(shí)效時(shí)間5h；再進(jìn)行二次冷軋，冷軋形變量ε=50%；其后進(jìn)行二次時(shí)效，時(shí)效溫度350℃，時(shí)效時(shí)間5h；（7）將二次時(shí)效處理后的帶材進(jìn)行酸洗和成品退火，獲得產(chǎn)品。實(shí)施例2（1）按照質(zhì)量百分比為Ni2.4%、Si0.5%、Co0.6%、Cr0.02%、其余為銅進(jìn)行配料；（2）首先，往坩堝中加入電解銅和電解鎳，采用硼砂與玻璃粉的混合物進(jìn)行覆蓋，硼砂與玻璃粉的質(zhì)量比例為2:1，熔化后再加入Co、Cr，熔煉完成后加入Si，熔煉溫度為1050℃~1400℃；（3）出爐、拔渣、鐵模澆鑄、啟動(dòng)超聲場(chǎng)，超聲場(chǎng)強(qiáng)度35KHz，澆鑄溫度控制在1100℃，得到合金鑄坯；（4）將獲得的合金鑄坯進(jìn)行銑面，上下表面各銑0.9mm；隨后進(jìn)行熱軋，熱軋溫度890℃，熱軋時(shí)間6h，熱軋形變量ε=70%；（5）將上述的熱軋坯放入退火爐中進(jìn)行退火固溶，退火溫度950℃，退火時(shí)間3h，之后取出水冷；（6）先將水冷鑄坯進(jìn)行一次冷軋，冷軋形變量ε=70%；隨后進(jìn)行一次時(shí)效處理，時(shí)效溫度605℃，時(shí)效時(shí)間5h；再進(jìn)行二次冷軋，冷軋形變量ε=50%；其后進(jìn)行二次時(shí)效，時(shí)效溫度350℃，時(shí)效時(shí)間5h；（7）將二次時(shí)效處理后的帶材進(jìn)行酸洗和成品退火，獲得產(chǎn)品。實(shí)施例3（1）按照質(zhì)量百分比為Ni1.8%、Si0.45%、Co0.5%、Cr0.05%、其余為銅進(jìn)行配料；（2）首先，往坩堝中加入電解銅和電解鎳，采用硼砂與玻璃粉的混合物進(jìn)行覆蓋，硼砂與玻璃粉的質(zhì)量比例為2:1，熔化后再加入Co、Cr，熔煉完成后加入Si，熔煉溫度為1050℃~1400℃；（3）出爐、拔渣、鐵模澆鑄、啟動(dòng)超聲場(chǎng)，超聲場(chǎng)強(qiáng)度25KHz，澆鑄溫度控制在1100℃，得到合金鑄坯；（4）將獲得的合金鑄坯進(jìn)行銑面，上下表面各銑0.9mm；隨后進(jìn)行熱軋，熱軋溫度890℃，熱軋時(shí)間6h，熱軋形變量ε=70%；（5）將上述的熱軋坯放入退火爐中進(jìn)行退火固溶，退火溫度950℃，退火時(shí)間3h，之后取出水冷；（6）先將水冷鑄坯進(jìn)行一次冷軋，冷軋形變量ε=70%；隨后進(jìn)行一次時(shí)效處理，時(shí)效溫度605℃，時(shí)效時(shí)間5h；再進(jìn)行二次冷軋，冷軋形變量ε=50%；其后進(jìn)行二次時(shí)效，時(shí)效溫度350℃，時(shí)效時(shí)間5h；（7）將二次時(shí)效處理后的帶材進(jìn)行酸洗和成品退火，獲得產(chǎn)品。以上三個(gè)實(shí)施例的處理效果對(duì)比見表1，從表1可見3組實(shí)例所獲得的合金帶材中的抗拉強(qiáng)度與電導(dǎo)率較C7025合金材料均有顯著提升，且具有較好的延伸率，符合引線框架材料的發(fā)展需求。表1各實(shí)施例效果對(duì)比表性能延伸率抗拉強(qiáng)度電導(dǎo)率實(shí)例19%825Mpa46%實(shí)例28%790Mpa49%實(shí)例38%785Mpa47%C702510%705Mpa40%表1看出，實(shí)施例1獲得的銅合金帶材的綜合性能最好，是最佳實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)說明的是，本發(fā)明的應(yīng)用不限于上述的舉例，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或修飾，所有這些改進(jìn)或修飾都應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3