本發(fā)明涉及有色金屬合金材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低電阻率、高塑性的硅錳鎳合金線材及其制備方法和應(yīng)用(QSi2-0.5-0.5合金)，該合金線材應(yīng)用于新型電光源保險(xiǎn)絲、電子元器件、新型加熱絲等工業(yè)產(chǎn)品。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中硅青銅合金主要用作焊接材料，但因其產(chǎn)品自身的缺陷，還不能作為新型電光源的保險(xiǎn)絲。而傳統(tǒng)的保險(xiǎn)絲材料大多采用錫鉛合金或康銅等，存在著電阻率高，過電流能力差，電阻溫度系數(shù)較高和抗浪涌性能差等缺點(diǎn)。另外，本發(fā)明制得的產(chǎn)品還可用于加熱行業(yè)，傳統(tǒng)銅鎳加熱絲存在耐折度差，不易于拉伸、電阻率不均勻等缺陷。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種低電阻率、高塑性的硅錳鎳合金線材及其制備方法和應(yīng)用，該合金成份穩(wěn)定、均勻，性能優(yōu)異，適用較廣。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：
一種低電阻率、高塑性的硅錳鎳合金線材，按重量百分含量計(jì)，該合金線材化學(xué)成分為：Si 1.9～2.5％，Mn 0.2～0.7％，Ni 0.2～0.7％，Zn≤0.4％，Sn≤0.2％，Cu為余量；該硅錳鎳合金線材優(yōu)選的化學(xué)成分為：Si 2.0～2.3％，Mn 0.2～0.7％,Ni 0.25～0.5％，Zn 0.15～0.4％，Sn 0.1～0.2％，Cu為余量。
該合金線材的化學(xué)成分中，Si與Mn的重量比例為(3.6-5.8)：1，Ni與Mn的重量比例為(0.45-1.25)：1。
該硅錳鎳合金線材的電阻率為0.15-0.17μΩ·m，規(guī)格為Ф0.18-0.21，線徑公差≤0.002mm。
該硅錳鎳合金線材的力學(xué)性能為：抗拉強(qiáng)度≥260N/mm2，延伸率≥25％。
所述低電阻率、高塑性的硅錳鎳合金線材的制備方法，包括如下步驟：
(1)原材料準(zhǔn)備及配料：
以純金屬Zn、Sn、Si、電解錳、電解鎳和陰極銅為原材料，將各原材料按所需合金成分進(jìn)行稱重；對原材料稱重前，陰極銅與電解鎳表面依次經(jīng)酸洗、水洗和烘干處理，確保原材料清潔；所述酸洗過程中：陰極銅采用濃度30vol.％的硫酸清洗，電解鎳采用濃度40vol.％的硝酸清洗；
(2)真空熔煉：
真空熔煉過程：熔煉溫度控制在1100-1200℃，熔煉時(shí)間30～40分鐘，真空度≤2Pa；熔煉過程具體如下：
將陰極銅、純金屬Si、電解錳和電解鎳裝入坩鍋內(nèi)，爐內(nèi)抽真空后送電熔化，1100-1200℃熔煉30～40分鐘，然后充惰性氣體Ar，加入Zn和Sn，惰性氣氛下熔煉20-30min后帶電澆鑄，獲得合金鑄錠；
(3)鑄錠鍛造：
將合金鑄錠在車床上表面車光，然后在750Kg空氣錘上自由鍛造，鑄造過程為：電爐加熱至780-840℃，保溫時(shí)間90-120分鐘后，進(jìn)行兩鐓兩拔后鍛至Ф42～50mm棒材；然后車光至Ф40～45mm棒材。
(4)熱軋：
電爐加熱溫度為760-820℃，保溫70-90分鐘后，將步驟(3)所得Ф40～45mm棒材在Ф250×350孔型軋機(jī)上軋制至Ф12-14mm棒材。
(5)冷加工及中間過程真空退火：
將步驟(4)所得的Ф12-14mm棒材依次進(jìn)行盤圓、退火和冷拉拔處理，重復(fù)該過程3～5次，獲得Ф1.7-2.0mm合金絲；其中的退火工藝參數(shù)為：退火溫度T為500-550℃，退火時(shí)間t為90-120分鐘；
(6)拉伸處理：
將步驟(5)得到的Ф1.7-2.0mm合金絲在拉伸機(jī)上進(jìn)行兩次拉拔處理后，獲得規(guī)格為Ф0.18-0.21mm的硅錳鎳合金線材成品。其中：第一次拉拔處理過程為：將步驟(5)得到的Ф1.7-2.0mm合金絲在拉伸機(jī)上拉至Ф0.75-0.85mm規(guī)格，然后采用連續(xù)氫氣退火爐進(jìn)行退火處理，退火處理過程中：爐溫為600-650℃，收線機(jī)引取速度15-18米/分鐘，退火處理后合金絲延伸率≥25％；第二次拉拔處理過程為：將Ф0.75-0.85mm線材拉拔至Ф0.18-0.21線材，拉拔后采用連續(xù)氫氣退火爐進(jìn)行退火處理，退火處理過程中：爐溫為550-650℃，收線機(jī)引取速度15-20米/分鐘，退火處理后得到延伸率≥25％的線材成品。
步驟(6)中，不同規(guī)格成品采取相應(yīng)的拉拔和退火處理，拉伸過程中每道次加工率為13％-15％。
本發(fā)明制備的上述硅錳鎳合金線材可應(yīng)用于電光源保險(xiǎn)絲、電子元器件或加熱絲。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：
1、本發(fā)明在傳統(tǒng)硅青銅合金中，通過添加適量鎳元素，有效提高產(chǎn)品的強(qiáng)度，提高產(chǎn)品的機(jī)械性能，產(chǎn)品耐折度高，產(chǎn)品抗拉強(qiáng)度、延伸率控制均勻，而且可以改進(jìn)原有硅青銅合金易在空氣中容易氧化的作用；
2、本發(fā)明通過熔煉工藝改進(jìn)(控制熔煉真空度、熔煉時(shí)間及嚴(yán)格控制熔煉溫度和澆鑄速度等)、拉伸工(控制總加工率和道次加工率、尤其是成品加工率及新的潤滑劑和模具精度等)和退火工藝(嚴(yán)格控制退火溫度、速度)的優(yōu)化，所制備合金線材產(chǎn)品線徑公差為0.002mm，精度高。
3、本發(fā)明線材產(chǎn)品用于新型電光源保險(xiǎn)絲等，其電阻率低與康銅相比有明顯的改善。
4、本發(fā)明產(chǎn)品的電阻率0.16±0.01μΩ·m，可替代現(xiàn)有銅鎳加熱合金絲，且具有電阻率均勻穩(wěn)定，易拉伸、耐折度高等優(yōu)點(diǎn)，該產(chǎn)品價(jià)格低，具有廣闊的市場前景。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合實(shí)施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明。
本發(fā)明提供一種硅錳鎳合金線材，其制備過程依次為：(1)原料準(zhǔn)備及配料；(2)真空熔煉；(3)鑄錠鍛造；(4)熱軋；(5)冷加工及中間過程真空退火；(6)拉伸處理并退火；(7)成品檢驗(yàn)；(8)包裝入庫，出廠。
實(shí)施例1：
本實(shí)施例中硅錳鎳合金線材的化學(xué)成分為(wt.％)：Si＝2.1％，Mn＝0.5％,Ni＝0.41％，Zn＝0.15％,Sn＝0.12％，Cu余量。
本實(shí)施例中硅錳鎳合金線材的制備過程如下：
(1)原材料準(zhǔn)備及配料：
以純金屬Zn、Sn、Si(純度≥99.95％)、電解錳(純度≥99.7)、電解鎳和陰極銅(Cu-CATH-2)為原材料，稱重前要保證各原材料清潔，其中，陰極銅(Cu-CATH-2)先采用濃度30vol.％的硫酸清洗，電解鎳表面用濃度40vol.％的硝酸清洗，清洗后的陰極銅和電解鎳再進(jìn)行水洗和烘干處理，確保原材料清潔；將清潔處理后的各原材料所需合金成分進(jìn)行配比稱重；
(2)真空熔煉：
真空熔煉過程：熔煉溫度控制在1100-1200℃，熔煉時(shí)間30～40分鐘，真空度≤2Pa(即1.5×10-2mmHg)；真空熔煉所用設(shè)備：ZG-0.025真空感應(yīng)電爐，熔煉過程具體如下：
將陰極銅、純金屬Si、電解錳和電解鎳裝入坩鍋內(nèi)，爐內(nèi)抽真空后送電熔化，1100-1200℃熔煉30～40分鐘，然后充惰性氣體Ar，加入Zn和Sn，惰性氣氛下熔煉20-30min后帶電澆鑄，獲得合金鑄錠；該熔燒工藝通過原料分批加入及熔燒參數(shù)等進(jìn)行優(yōu)化，改善了鑄錠內(nèi)部質(zhì)量、內(nèi)部夾雜、氣孔等問題，滿足了產(chǎn)品質(zhì)量的要求。
(3)鑄錠鍛造：
將合金鑄錠在CA6140車床上表面車光，然后在750Kg空氣錘上自由鍛造，鑄造過程為：電爐加熱至780-840℃，保溫時(shí)間90-120分鐘后，進(jìn)行兩鐓兩拔后鍛至Ф42～50mm棒材；然后車光至Ф40～45mm棒材。
(4)熱軋：
電爐加熱溫度為760-820℃，保溫70-90分鐘后，將步驟(3)所得Ф40～45mm棒材在Ф250×350孔型軋機(jī)上軋制至Ф13mm棒材。
(5)冷加工及中間過程真空退火：
將步驟(4)所得的Ф13mm棒材依次進(jìn)行盤圓、退火和冷拉拔處理，重復(fù)該過程3～5次，獲得Ф1.8mm合金絲；該步驟中所用設(shè)備為LS-20噸拉鏈?zhǔn)嚼螜C(jī)、1/560、1/350、1/250立式拉伸機(jī)；Ф800井式真空退火爐等，其中的退火工藝參數(shù)為：退火溫度T為500-550℃，退火時(shí)間t為90-120分鐘；
(6)拉伸處理：
將步驟(5)得到的Ф1.8mm合金絲在拉伸機(jī)上進(jìn)行兩次拉拔處理后，獲得規(guī)格為Ф0.20mm的硅錳鎳合金線材成品。
第一次拉拔處理過程為：將步驟(5)得到的Ф1.8mm合金絲在拉伸機(jī)上拉至Ф0.8mm規(guī)格，然后采用連續(xù)氫氣退火爐進(jìn)行退火處理，退火處理過程中：爐溫為600-650℃，收線機(jī)引取速度15-18米/分鐘，退火處理后合金絲延伸率≥25％；第二次拉拔處理過程為：將Ф0.8mm線材拉拔至Ф0.20mm線材，拉拔后采用連續(xù)氫氣退火爐進(jìn)行退火處理，退火處理過程中：爐溫為550-650℃，收線機(jī)引取速度15-20米/分鐘，退火處理后得到延伸率≥25％的線材成品。拉伸過程中每道次加工率為13％-15％。
(7)成品性能測試檢查及包裝入庫、出廠。
本實(shí)施例制備的Ф0.20mm合金線材，經(jīng)測試，抗拉強(qiáng)度為275～278N/mm2，延伸率為32～35％，線徑公差≤0.002mm,且該合金具有良好的焊接性能和耐折性，電阻率為0.162～0.1635μΩ·m。
實(shí)施例2：
與實(shí)施例1不同之處在于：
本實(shí)施例硅錳鎳合金線材的化學(xué)成分為(wt.％)：Si＝2.21％，Mn＝0.0.45％,Ni＝0.42％，Zn＝0.2％,Sn＝0.15％，Cu余量。最終制備的Ф0.20mm合金線材，經(jīng)測試，抗拉強(qiáng)度為276～285N/mm2，延伸率為31.3～34.2％，線徑公差≤0.002mm,且該合金具有良好的焊接性能和耐折性，電阻率為0.161～0.163μΩ·m。
實(shí)施例3：
與實(shí)施例1不同之處在于：
本實(shí)施例硅錳鎳合金線材的化學(xué)成分為(wt.％)：Si＝2.15％，Mn＝0.4％,Ni＝0.35％，Zn＝0.25％,Sn＝0.15％，Cu余量。最終制備的Ф0.20mm合金線材，經(jīng)測試，抗拉強(qiáng)度為278～289N/mm2，延伸率為31.8～33.8％，線徑公差≤0.002mm,且該合金具有良好的焊接性能和耐折性，電阻率為0.161～0.162μΩ·m。
實(shí)施例4：
與實(shí)施例1不同之處在于：
本實(shí)施例硅錳鎳合金線材的化學(xué)成分為(wt.％)：Si＝2.26％，Mn＝0.52％,Ni＝0.32％，Zn＝0.32％,Sn＝0.1％，Cu余量。最終制備的Ф0.20mm合金線材，經(jīng)測試，抗拉強(qiáng)度為280～285N/mm2，延伸率為30.2～33.2％，線徑公差≤0.002mm，且該合金具有良好的焊接性能和耐折性，電阻率為0.160～0.162μΩ·m。
實(shí)施例5：
與實(shí)施例1不同之處在于：
本實(shí)施例硅錳鎳合金線材的化學(xué)成分為(wt.％)：Si＝2.25％，Mn＝0.5％,Ni＝0.28％，Zn＝0.35％,Sn＝0.14％，Cu余量。最終制備的Ф0.20mm合金線材，經(jīng)測試，抗拉強(qiáng)度為285～295N/mm2，延伸率為28.5～32.3％，線徑公差≤0.002mm，且該合金具有良好的焊接性能和耐折性，電阻率為0.1602～0.1615μΩ·m。
實(shí)施例6：
與實(shí)施例1不同之處在于：
本實(shí)施例硅錳鎳合金線材的化學(xué)成分為(wt.％)：Si＝2.3％，Mn＝0.5％,Ni＝0.25％，Zn＝0.32％,Sn＝0.17％，Cu余量。最終制備的Ф0.20mm合金線材，經(jīng)測試，抗拉強(qiáng)度為285～298N/mm2，延伸率為27.8～32％，線徑公差≤0.002mm，且該合金具有良好的焊接性能和耐折性，電阻率為0.1597～0.161μΩ·m。
實(shí)施例7：
與實(shí)施例1不同之處在于：
本實(shí)施例硅錳鎳合金線材的化學(xué)成分為(wt.％)：Si＝2.20％，Mn＝0.5％,Ni＝0.5％，Zn＝0.4％,Sn＝0.2％，Cu余量。線徑公差≤0.002mm，最終制備的Ф0.20mm合金線材，經(jīng)測試，抗拉強(qiáng)度為280～305N/mm2，延伸率為26～30.1％，且該合金具有良好的焊接性能和耐折性，電阻率為0.1596～0.160μΩ·m。
本發(fā)明上述實(shí)施例的目的是為更好的理解本發(fā)明的內(nèi)容所體現(xiàn)的實(shí)質(zhì)性特性，但所舉之例不應(yīng)視為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。