本發(fā)明屬于有色金屬加工領(lǐng)域，具體涉及銅基彈性合金，尤其涉及一種高強(qiáng)高彈性銅合金及其制備方法。
背景技術(shù)：
高強(qiáng)高彈銅合金是彈性元件和電子元器件的關(guān)鍵材料之一，廣泛應(yīng)用在電子、通信汽車等領(lǐng)域。
目前國內(nèi)市場上銅基彈性合金以鈹青銅和錫磷青銅等材料為主，鈹青銅是一種優(yōu)質(zhì)彈性材料，但是也有其固有缺點(diǎn)，鈹?shù)难趸锘蚍蹓m有毒，合金性能對熱處理敏感，高溫抗應(yīng)力松弛能力差，不宜長時(shí)間在較高溫度下工作。錫磷青銅屬于應(yīng)用最廣泛的銅基彈性合金，但其彈性性能較低，耐疲勞性能差，僅應(yīng)用于中低端彈性元件。普通家用墻壁插座或插排，要求插拔次數(shù)≥5000次，插拔力：1.5n(min)，一般錫磷青銅即可滿足要求。對于人流量較大的戶外或者公共場合，對插座使用頻率極高，要求插拔次數(shù)≥40000次，插拔力：1.5n(min)，錫磷青銅在插拔30000次時(shí)會(huì)出現(xiàn)裂紋，因此不能滿足戶外或公共場合需求。
專利201611036913.4《一種高強(qiáng)高彈cunisn合金材料及其制備方法》，該合金含有ni8.5～10.5wt％、sn1.8～2.8wt％、co0.5～1.0wt％、b0.005～0.01wt％、v0.01～0.05wt％、p0.1～0.5wt％、余量為cu，得到的銅合金不能兼顧強(qiáng)度和韌性，當(dāng)強(qiáng)度變高時(shí)，材料的韌性則明顯下降，不能兼顧強(qiáng)度和韌性。
專利201611046219.0《一種高強(qiáng)、中導(dǎo)新型銅合金cu-zn-cr-re導(dǎo)條及制備方法》公開了銅合金中化學(xué)組成及其重量百分比為：cr0.25～0.35wt％、zn6～10wt％、re0.05～0.15wt％、fe0～0.05wt％、pb0～0.03wt％、其余為銅，但是該合金應(yīng)用于異步牽引電機(jī)轉(zhuǎn)子，因此是以電學(xué)性能為最主要指標(biāo)，得到的材料電學(xué)性能優(yōu)異，并且常溫下斷后伸長率高達(dá)20％左右，但是室溫屈服強(qiáng)度卻不超過500mpa。
專利201611116079.x《一種多元微合金化高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金及其制備工藝》公開了含有鉻0.2～0.3wt％，鋯0.08～0.1wt％，鎂0.02～0.03wt％，鑭0.04～0.08wt％，余量為銅的銅合金，合金的導(dǎo)電率良好，但是整體力學(xué)性能提升并不突出，抗拉強(qiáng)度最高僅超過700，在低抗拉強(qiáng)度450mpa以上，延伸率≥6％，高抗拉強(qiáng)度下即≥650mpa，材料延伸率極低。
專利201580025319.2《高強(qiáng)度黃銅合金及合金產(chǎn)品》，該黃銅合金涉及包括58～66重量％cu；1.6～7重量％mn；0.2～6重量％ni；0.2～5.1重量％al；0.1～3重量％si；≤1.5重量fe；≤0.5重量％sn；≤0.5重量％pb；以及剩余的zn連同無法避免的雜質(zhì)的高強(qiáng)度黃銅合金，但是其力學(xué)性能范圍過大，合金拉伸強(qiáng)度為400～920mpa，斷裂伸長率為3～19％，且當(dāng)拉伸強(qiáng)度在780～920mpa時(shí)，斷裂伸長率僅為1.5～3％。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有銅合金強(qiáng)度與韌性不能兼顧的缺陷，提供一種強(qiáng)度與韌性優(yōu)良，且電性能良好，耐疲勞的高強(qiáng)高彈性銅合金。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，發(fā)明人通過大量試驗(yàn)研究并不懈努力，最終獲得了如下技術(shù)方案：一種高強(qiáng)高彈性銅合金，該合金由以下成分及含量熔煉而成：ni4.8～7.6wt％，co0.05～0.10wt％，v2..3～5.7wt％，cr1.7～2.2wt％，mo3.5～5.7wt％，zn1.5～2.3wt％，mn1.2～2.3wt％，ti0.7～2.5wt％，余量為cu。
優(yōu)選地，如上所述的高強(qiáng)高彈性銅合金，其由以下成分及含量熔煉而成：ni5.0～6.2wt％，co0.07～0.09wt％，v3.2～5.4wt％，cr1.8～2.0wt％，mo4.0～5.1wt％，zn1.7～2.0wt％，mn1.6～2.0wt％，ti1.2～1.9wt％，余量為cu。
另外，本發(fā)明還提供了上述高強(qiáng)高彈性銅合金的制備方法，該方法包括如下步驟：(1)準(zhǔn)備配料，(2)真空感應(yīng)熔煉，(3)均勻化熱處理，(4)銑面、粗軋，(5)熱軋，(6)固溶退火處理，(7)合金冷變形，(8)時(shí)效熱處理，其中步驟(2)真空感應(yīng)熔煉具體為：將原料加熔煉爐內(nèi)，進(jìn)行抽真空，至真空度≤10-2pa，充入氬氣進(jìn)行保護(hù)，熔煉溫度1550～1800℃，所有物料完全熔化后，磁攪拌均勻并保溫3～5分鐘，導(dǎo)入澆注模具進(jìn)行澆鑄，得到合金鑄錠。
進(jìn)一步優(yōu)選地，如上所述高強(qiáng)高彈性銅合金的制備方法，其中步驟(3)均勻化熱處理具體為：將合金鑄錠放入熱處理爐中，在900～950℃下保溫時(shí)間3～4h。
進(jìn)一步優(yōu)選地，如上所述高強(qiáng)高彈性銅合金的制備方法，其中所述步驟(4)銑面為將合金上下表面各銑1mm，主要除去表面氧化皮等不良缺陷，粗軋為對合金進(jìn)行冷軋開坯，粗軋總變形量為60～70％。
進(jìn)一步優(yōu)選地，如上所述高強(qiáng)高彈性銅合金的制備方法，其中步驟(5)熱軋的溫度為650～700℃，熱軋總變形量為65～80％。
進(jìn)一步優(yōu)選地，如上所述高強(qiáng)高彈性銅合金的制備方法，其中步驟(6)固溶退火處理的溫度為900～930℃，退火速度50～80m/min，冷卻速度60～65℃/s。
進(jìn)一步優(yōu)選地，如上所述高強(qiáng)高彈性銅合金的制備方法，其中步驟(7)合金冷變形的總變形量為10～20％。
進(jìn)一步優(yōu)選地，如上所述高強(qiáng)高彈性銅合金的制備方法，其中步驟(8)時(shí)效處理的溫度為550～600℃，保溫時(shí)間為4～5h。
在時(shí)效處理后對材料進(jìn)行酸洗，拉彎矯直，分剪，得到的銅合金可以應(yīng)用于彈性電子元器件。本發(fā)明中涉及到酸洗等過程都為現(xiàn)有公開技術(shù)，其的目的是去除之前熱處理等造成合金表面出現(xiàn)的氧化皮缺陷。
本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下有益的技術(shù)效果和進(jìn)步性：
本發(fā)明制備得到的銅合金具有很高的抗拉強(qiáng)度，達(dá)到1300mpa～1600mpa，良好的塑性，斷后延伸率在11.5％～16.0％，同時(shí)具有很高的疲勞強(qiáng)度，疲勞強(qiáng)度不低于460mpa；而且本申請得到的銅合金抗拉強(qiáng)度、斷后延伸率波動(dòng)范圍都小，可滿足插拔力1.5n時(shí)，插拔次數(shù)≥40000次的要求，可以用作電子彈性元器件。
具體實(shí)施方式
下面對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步說明。
實(shí)施例1
按照表1所示合金成分進(jìn)行選料
表1銅合金試驗(yàn)合金設(shè)計(jì)成分表(wt％)
銅合金制備過程如下：
熔煉:將上述原料加熔煉爐內(nèi)，進(jìn)行抽真空，至真空度10-2pa，充入氬氣進(jìn)行保護(hù)，熔煉溫度1550℃，所有物料完全熔化后，磁攪拌均勻并保溫3分鐘，導(dǎo)入澆注模具進(jìn)行澆鑄，得到合金鑄錠。
固溶退火：將鑄坯放置在退火爐中進(jìn)行退火，退火溫度為900℃，保溫時(shí)間3h然后快速冷卻。
銑面、粗軋：對合金鑄錠進(jìn)行銑面(上下表面各銑0.8mm)，然后冷軋開坯，軋制道次8次，總變形量為60％。
熱軋：將粗軋后的帶材進(jìn)行熱軋?zhí)幚?，熱軋溫度?50℃下，熱軋道次6次，熱軋總變形量為65％。
固溶退火處理：固溶退火處理溫度為900℃，退火速度50m/min，冷卻速度60℃/s。
冷變形：對合金帶材進(jìn)行冷軋，軋制道次2次，使得總變形量為10％。
時(shí)效處理：冷軋后的帶材放入罩式熱處理爐中進(jìn)行時(shí)效處理，溫度為550℃，保溫時(shí)間為4h。
在時(shí)效處理后對材料進(jìn)行酸洗，拉彎矯直，分剪，得到的銅合金。
對上述不同組別得到的銅合金進(jìn)行力學(xué)及電學(xué)性能檢測，結(jié)果如表2所示：
電導(dǎo)率測量：將合金板材樣品稍微打磨，去除氧化膜后進(jìn)行電導(dǎo)率測量，測量儀器為smp10型渦流導(dǎo)電儀。
室溫力學(xué)性能測試：采用日本島津ag-50kne萬能材料試驗(yàn)機(jī)測試樣品相關(guān)力學(xué)性能，根據(jù)gb/t228-2002《金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法》，材料經(jīng)機(jī)械加工成圓形試樣，在日本島津ag-50kne萬能材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行室溫拉伸試驗(yàn)；疲勞強(qiáng)度按照gb/t4337-2008《金屬材料疲勞試驗(yàn)旋轉(zhuǎn)彎曲方法》進(jìn)行測試，在疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，為了準(zhǔn)確測得上述數(shù)據(jù)，上述實(shí)驗(yàn)均是選擇三個(gè)樣品測得各數(shù)據(jù)后取其平均值。
從該實(shí)施例可以看出，所有組別的導(dǎo)電率基本相當(dāng)，而組3、4、5、6的抗拉強(qiáng)度、斷后伸長率、疲勞強(qiáng)度和插拔次數(shù)均顯著高于其它組，抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到1320mpa～1610mpa，斷后伸長率達(dá)到12.3％～15.8％，疲勞強(qiáng)度≥460mpa，且插拔次數(shù)達(dá)到46100次以上。
實(shí)施例2
合金成分見表3
熔煉:將原料加熔煉爐內(nèi)，進(jìn)行抽真空，至真空度10-2pa，充入氬氣進(jìn)行保護(hù)，熔煉溫度1550℃，所有物料完全熔化后，磁攪拌均勻并保溫3分鐘，導(dǎo)入澆注模具進(jìn)行澆鑄，得到合金鑄錠。
固溶退火：將鑄坯放置在退火爐中進(jìn)行退火，退火溫度為900℃，保溫時(shí)間3h然后快速冷卻。
銑面、粗軋：對合金鑄錠進(jìn)行銑面(上下表面各銑0.8mm)，然后冷軋開坯，軋制道次8次，總變形量為60％。
熱軋：將粗軋后的帶材進(jìn)行熱軋?zhí)幚?，熱軋溫度?50℃下，熱軋道次6次，熱軋總變形量為65％。
固溶退火處理：固溶退火處理溫度為900℃，退火速度50m/min，冷卻速度60℃/s。
冷變形：對合金帶材進(jìn)行冷軋，軋制道次2次，使得總變形量為10％。
時(shí)效處理：冷軋后的帶材放入罩式熱處理爐中進(jìn)行時(shí)效處理，溫度為550℃，保溫時(shí)間為4h。
在時(shí)效處理后對材料進(jìn)行酸洗，拉彎矯直，分剪，得到的銅合金。
實(shí)施例3
合金成分見表3
熔煉:將原料加熔煉爐內(nèi)，進(jìn)行抽真空，至真空度10-2pa，充入氬氣進(jìn)行保護(hù)，熔煉溫度1800℃，所有物料完全熔化后，磁攪拌均勻并保溫5分鐘，導(dǎo)入澆注模具進(jìn)行澆鑄，得到合金鑄錠。
固溶退火：將鑄坯放置在退火爐中進(jìn)行退火，退火溫度為950℃，保溫時(shí)間4h然后快速冷卻。
銑面、粗軋：對合金鑄錠進(jìn)行銑面(上下表面各銑0.8mm)，進(jìn)行冷軋開坯，軋制道次10次，總變形量為70％。
熱軋：將粗軋后的帶材進(jìn)行熱軋?zhí)幚?，熱軋溫度?00℃下，軋制道次9次，熱軋總變形量為80％。
固溶退火處理：固溶退火處理溫度為930℃，退火速度80m/min，冷卻速度65℃/s。
冷變形：對合金帶材進(jìn)行冷軋，軋制道次5次，軋制總變形量為20％。
時(shí)效處理：冷軋后的帶材放入罩式熱處理爐中進(jìn)行時(shí)效處理，溫度為600℃，保溫時(shí)間為5h。
在時(shí)效處理后對材料進(jìn)行酸洗，拉彎矯直，分剪，得到的銅合金。
實(shí)施例4
合金成分見表3
熔煉:將原料加熔煉爐內(nèi)，進(jìn)行抽真空，至真空度0.5×10-2pa，充入氬氣進(jìn)行保護(hù)，熔煉溫度1600℃，所有物料完全熔化后，磁攪拌均勻并保溫3分鐘，導(dǎo)入澆注模具進(jìn)行澆鑄，得到合金鑄錠。
固溶退火：將鑄坯放置在退火爐中進(jìn)行退火，退火溫度為900℃，保溫時(shí)間3h然后快速冷卻。
銑面、粗軋：對合金進(jìn)行銑面(上下表面各銑0.8mm)，進(jìn)行冷軋開坯，軋制9次，總變形量為65％。
熱軋：將粗軋后的帶材進(jìn)行熱軋?zhí)幚恚瑹彳垳囟葹?50℃下，軋制道次8次，熱軋總變形量為70％。
固溶退火處理：固溶退火處理溫度為900℃，退火速度60m/min，冷卻速度60℃/s。
冷變形：對合金帶材進(jìn)行冷軋，軋制道次4次，使得總變形量為15％。
時(shí)效處理：冷軋后的帶材放入罩式熱處理爐中進(jìn)行時(shí)效處理，溫度為550℃，保溫時(shí)間為4h。
在時(shí)效處理后對材料進(jìn)行酸洗，拉彎矯直，分剪，得到的銅合金。
實(shí)施例5
合金成分見表3
熔煉:將原料加熔煉爐內(nèi)，進(jìn)行抽真空，至真空度0.5×10-2pa，充入氬氣進(jìn)行保護(hù)，熔煉溫度1700℃，所有物料完全熔化后，磁攪拌均勻并保溫5分鐘，導(dǎo)入澆注模具進(jìn)行澆鑄，得到合金鑄錠。
固溶退火：將鑄坯放置在退火爐中進(jìn)行退火，退火溫度為950℃，保溫時(shí)間4h然后快速冷卻。
銑面、粗軋：對合金進(jìn)行銑面(上下表面各銑0.8mm)，進(jìn)行冷軋開坯，軋制10次，總變形量為70％。
熱軋：將粗軋后的帶材進(jìn)行熱軋?zhí)幚?，熱軋溫度?00℃下，軋制道次9次，熱軋總變形量為75％。
固溶退火處理：固溶退火處理溫度為930℃，退火速度70m/min，冷卻速度65℃/s。
冷變形：對合金帶材進(jìn)行冷軋，軋制道次4次，使得總變形量為20％。
時(shí)效處理：冷軋后的帶材放入罩式熱處理爐中進(jìn)行時(shí)效處理，溫度為600℃，保溫時(shí)間為5h。
在時(shí)效處理后對材料進(jìn)行酸洗，拉彎矯直，分剪，得到的銅合金。
實(shí)施例6
合金成分見表3
熔煉:將原料加熔煉爐內(nèi)，進(jìn)行抽真空，至真空度0.5×10-2pa，充入氬氣進(jìn)行保護(hù)，熔煉溫度1650℃，所有物料完全熔化后，磁攪拌均勻并保溫5分鐘，導(dǎo)入澆注模具進(jìn)行澆鑄，得到合金鑄錠。
固溶退火：將鑄坯放置在退火爐中進(jìn)行退火，退火溫度為910℃，保溫時(shí)間3h然后快速冷卻。
銑面、粗軋：對合金進(jìn)行銑面(上下表面各銑0.8mm)，進(jìn)行冷軋開坯，軋制8次，總變形量為70％。
熱軋：將粗軋后的帶材進(jìn)行熱軋?zhí)幚?，熱軋溫度?80℃下，軋制道次8次，熱軋總變形量為75％。
固溶退火處理：固溶退火處理溫度為930℃，退火速度55m/min，冷卻速度60℃/s。
冷變形：對合金帶材進(jìn)行冷軋，軋制道次5次，使得總變形量為20％。
時(shí)效處理：冷軋后的帶材放入罩式熱處理爐中進(jìn)行時(shí)效處理，溫度為550℃，保溫時(shí)間為5h。
在時(shí)效處理后對材料進(jìn)行酸洗，拉彎矯直，分剪，得到的銅合金。
對比例1
合金成分：ni10.25wt％、sn2.8wt％、co0.56wt％、b0.07wt％、v0.028wt％、p0.25wt％、余量cu。
該銅合金按照如下步驟制備:
1.熔煉：采用工頻感應(yīng)爐在非真空環(huán)境下進(jìn)行熔煉，合金加入順序?yàn)椋合燃尤脬~，融化后，在加入鎳、鈷、釩、銅硼合金，再低溫下計(jì)入錫，待全部融化后加入銅磷合金，成分化驗(yàn)合格并對爐渣清理后，使用烘烤后的木炭覆蓋；熔煉溫度為1270℃，鑄造溫度控制在1200℃。
2.固溶退火：將鑄坯放置鐘罩退火爐中進(jìn)行固溶退火，退火溫度為820℃，保溫時(shí)間4h。
3.銑面：對合金進(jìn)行銑面(上下各銑0.8mm)。
4.粗軋：將經(jīng)過銑面后的合金帶材進(jìn)行冷軋開坯，粗軋總加工率為70％。
5.中間退火：將冷軋后的帶材裝入罩式熱處理爐中進(jìn)行退火，退火溫度580℃，保溫7h。
6.中軋：將經(jīng)過銑面后的帶材進(jìn)行中軋，中軋總加工率為80％。
7.固溶處理+表面清洗：將中軋后的板帶材進(jìn)行在線固溶處理，固溶溫度為880℃，保溫7h。
8.精軋：將固溶處理+表面清洗后的帶材進(jìn)行精軋，精軋總加工率為30％。
9.時(shí)效處理：將精軋的帶材裝入罩式熱處理爐中進(jìn)行時(shí)效處理，溫度520℃，保溫8h，得到銅合金。
實(shí)施例7
對實(shí)施例2～6及對比例1的銅合金進(jìn)行測試，測試方法如實(shí)施例1所示，結(jié)果如表4所示。
表3實(shí)施例2～6的銅合金成分組成(wt％)
表4銅合金力學(xué)及電學(xué)性能測試結(jié)果
從表3和表4可知按照本發(fā)明的合金各成分配比，控制制備過程中的溫度、時(shí)間等參數(shù)，得到的銅合金抗拉強(qiáng)度在1350～1680mpa范圍內(nèi)時(shí)，斷后伸長率未低于11.5％，達(dá)到11.5％～16.0％，而現(xiàn)有抗拉強(qiáng)度優(yōu)異的cunisn合金，其抗拉強(qiáng)度為1235mpa，且在該抗拉強(qiáng)度下，材料斷后伸長率僅有6.1％，疲勞強(qiáng)度也僅有420mpa。