一種高強(qiáng)高導(dǎo)Cu-Cr-Ti合金導(dǎo)線及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)高導(dǎo)Cu-Cr-Ti合金導(dǎo)線及其制備方法，合金的化學(xué)成分為：8.0-15％Cr、0.0-3.0％Ti，雜質(zhì)總量不大于0.1%，余量為銅，采用連續(xù)定向凝固系統(tǒng)鑄造出直徑8-12mm合金桿材，再經(jīng)過冷拉變形—熱處理—軋制變形等工藝，制備出直徑1-2mm的Cu-Cr-Ti合金線材。應(yīng)用本發(fā)明制備的高強(qiáng)高導(dǎo)Cu-Cr-Ti合金導(dǎo)線具有連續(xù)柱狀晶組織或單晶組織，克服了高強(qiáng)度高導(dǎo)電相互矛盾的缺陷，具有廣泛的應(yīng)用前景和良好的經(jīng)濟(jì)效益。
【專利說明】—種高強(qiáng)高導(dǎo)Cu-Cr-Ti合金導(dǎo)線及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于有色金屬金屬新材料制備【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金導(dǎo)線及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金是一類具有優(yōu)良綜合物理性能和力學(xué)性能的結(jié)構(gòu)功能材料，它具有高的強(qiáng)度和良好的塑性，又具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能。德、日、法在高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金的研究和應(yīng)用方面取得重大的進(jìn)展，已研制開發(fā)的高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金有Cu-Cr、Cu-Zr> Cu-Cr-Zr>Cu-Sn> Cu-Cd> Cu-N1-S1、Cu-Fe、Cu-Ag> Cu-Nb等系列以及銅基復(fù)合材料。在開發(fā)高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金時，遇到的首要矛盾是材料的導(dǎo)電性與強(qiáng)度難以兼顧，即強(qiáng)度的提高以損失導(dǎo)電率為代價。多數(shù)研究采用固溶強(qiáng)化、時效強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化或冷作硬化來提高強(qiáng)度，但強(qiáng)化效果較為有限，同時使導(dǎo)電率降低。日本采用大變形強(qiáng)化技術(shù)，進(jìn)行Cr、Nb系銅基復(fù)合材料強(qiáng)化的研究工作，質(zhì)點(diǎn)的纖維狀排列不但增加了銅線材的強(qiáng)度，而且與電流方向一致的纖維對銅的導(dǎo)電特性影響較小，使銅材的抗拉強(qiáng)度提高的同時，電導(dǎo)率仍保持在80% IACS以上。但由于很大的塑性變形造成了大量的晶格缺陷，同時高強(qiáng)度第二相也進(jìn)一步加劇了變形缺陷，材料中的殘余應(yīng)力很高，脆性加大，綜合性能不佳，嚴(yán)重制約了其進(jìn)一步的應(yīng)用。
[0003]采用定向凝固技術(shù)制備高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金接觸線，可消除了傳統(tǒng)復(fù)合材料中基體與第二相之間的人為界面，具有工藝簡單、熱穩(wěn)定性高、相界面結(jié)合牢固、材料性能各向異性強(qiáng)等特點(diǎn)，制備出的材料具有單晶組織或沿長度方向連續(xù)的柱狀晶組織，表面質(zhì)量光潔，塑形加工性能好，同時具有極高的抗拉強(qiáng)度和良好的導(dǎo)電性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對【背景技術(shù)】的不足，提供一種連續(xù)定向凝固Cu-Cr-Ti合金導(dǎo)線及其制備方法，解決了常規(guī)制備銅合金導(dǎo)線強(qiáng)度和電導(dǎo)率不能兼顧的問題，開發(fā)出一種新型高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金線材及其定向凝固制備方法，該方法工藝簡單，制備的線材具有連續(xù)柱狀晶組織或單晶組織，熱穩(wěn)定性高、相界面結(jié)合牢固、強(qiáng)度高、導(dǎo)電性好等優(yōu)點(diǎn)，完全滿足對強(qiáng)度和導(dǎo)電性能的要求。
[0005]一種高強(qiáng)高導(dǎo)Cu-Cr-Ti合金導(dǎo)線，其特征在于，所述合金導(dǎo)線以銅為基體，向其中加入總重量的百分比為8.0~15%的Cr和0.0~3.0%的Ti，雜質(zhì)總量不大于0.1%，所述導(dǎo)線的直徑為I~2mm_，該合金導(dǎo)線具有連續(xù)柱狀晶組織或單晶組織。
[0006]所述導(dǎo)線的抗拉強(qiáng)度≥730MPa,電導(dǎo)率≥75%IACS，伸長率≥7%，軟化溫度≥ 520。。。
[0007]—種制備高強(qiáng)高導(dǎo)Cu-Cr-Ti合金導(dǎo)線的制備方法，該方法包括以下步驟:
[0008](1)按照權(quán)利要求1所述的配方稱取好的銅、鉻、鈦在1350~1450°C熔煉，待完全溶化后保溫IOmin。
[0009](2)將熔化完全的熔體溫度降至1250°C，開始定向凝固鑄造，定向凝固鑄造的真空度為0.1-IPa，拉伸速度為10-35mm/min，拉升過程中進(jìn)行冷卻，冷卻水量為100-1000L/h，冷卻水溫為20-25°C，可制得直徑8-12mm的Cu-Cr-Ti合金桿材。
[0010](3)連續(xù)定向凝固合金桿材經(jīng)過冷加工,制備出直徑,3-4mm的線材,對加工后的線材進(jìn)行退火，退火溫度為450-550°C，保溫時間為20-30分鐘。
[0011](4)將水淬后的線材進(jìn)行軋制變形，制備出直徑I-2mm的線材。
[0012]所述步驟(I)中，Cr以Cu-25wt%Cr中間合金的形式加入，Ti以Cu_25wt%Ti中間合金的形式加入，銅以純度為99.99%的陰極銅加入。
[0013]中間合金是材料制備中的一些易氧化、易燒損的合金元素，先與基體合金在真空中熔煉成合金，再以合金的形式加入到熔爐中。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0015]采用連續(xù)定向凝固技術(shù)制備的Cu-Cr-Ti合金導(dǎo)線，具有單晶組織或沿長度方向連續(xù)的柱狀晶組織，因而具有比相同外徑 的普通多晶材料具有更優(yōu)的塑形變形能力、力學(xué)性能和物理性能。同時，采用連續(xù)定向凝固技術(shù)可實(shí)現(xiàn)該類合金大長度線材的生產(chǎn)。應(yīng)用本發(fā)明制備的高強(qiáng)高導(dǎo)Cu-Cr-Ti合金導(dǎo)線，克服了高強(qiáng)度高導(dǎo)電相互矛盾的缺陷，具有廣泛的應(yīng)用前景和良好的經(jīng)濟(jì)效益。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0016]圖1是本發(fā)明實(shí)施例2中Cu-1OCr-0.5Τ?合金縱向顯微組織圖【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0018]實(shí)例1:
[0019]采用99.99%的陰極銅和99.99%的鉻和鈦為原料，其中鉻占總重量的百分比為8%，鈦占總重量的百分比為0.3%，鉻以Cu-25wt%Cr中間合金的形式加入，鈦以Cu-25wt%Ti中間合金的形式加入，置于定向凝固爐中，在1350°C熔煉。將熔體溫度降至1250°C時進(jìn)行定向凝固鑄造，將定向凝固系統(tǒng)真空度設(shè)置為0.15Pa，拉坯速度為15mm/min，冷卻水量為100L/h，冷卻水溫為22 °C，制備出直徑8_的Cu-Cr-Ti合金桿材。該合金桿經(jīng)過冷加工或拉拔后，制備出直徑3mm的線材，對加工后的線材進(jìn)行退火，退火溫度為450°C，保溫時間為20分鐘。將退火后的線材進(jìn)行軋制變形，制備出直徑Imm的導(dǎo)線。該導(dǎo)線的內(nèi)部組織為連續(xù)的柱狀晶組織，其抗拉強(qiáng)度可達(dá)753MPa，電導(dǎo)率可達(dá)84.8%IACS，伸長率可達(dá)8.5%，軟化溫度523。。。
[0020]實(shí)例2:
[0021]采用99.99%的陰極銅和99.99%的鉻和鈦為原料，其中鉻占總重量的百分比為10%，鈦占總重量的百分比為0.5%，鉻以Cu-25wt%Cr中間合金的形式加入，鈦以Cu_25wt%Ti中間合金的形式加入，置于定向凝固爐中，在1380°C熔煉。將熔體溫度降至1250°C時進(jìn)行定向凝固鑄造，將定向凝固系統(tǒng)真空度設(shè)置為0.15Pa，拉坯速度為20mm/min，冷卻水量為120L/h，冷卻水溫為20°C，制備出直徑8mm的Cu-Cr-Ti合金桿材。該合金桿經(jīng)過冷加工或拉拔后，制備出直徑3mm的線材，對加工后的線材進(jìn)行退火，退火理溫度為480°C，保溫時間為30分鐘。將退火后的線材進(jìn)行軋制變形，制備出直徑Imm的導(dǎo)線。該導(dǎo)線的內(nèi)部組織為連續(xù)的柱狀晶組織，其抗拉強(qiáng)度可達(dá)803MPa，電導(dǎo)率可達(dá)82.6%IACS，伸長率可達(dá)8.2%，軟化溫度530°C
[0022]實(shí)例3:
[0023]采用99.99%的陰極銅和99.99%的鉻和鈦為原料，其中鉻占總重量的百分比為10%，鈦占總重量的百分比為0.8%，鉻以Cu-25wt%Cr中間合金的形式加入，鈦以Cu_25wt%Ti中間合金的形式加入，置于定向凝固爐中，在1380°C熔煉。將熔體溫度降至1250°C時進(jìn)行定向凝固鑄造，將定向凝固系統(tǒng)真空度設(shè)置為0.15Pa，拉坯速度為20mm/min，冷卻水量為150L/h，冷卻水溫為25°C，制備出直徑8mm的Cu-Cr-Ti合金桿材。該合金桿經(jīng)過冷加工或拉拔后，制備出直徑3mm的線材，對加工后的線材進(jìn)行退火，退火溫度為500°C，保溫時間為30分鐘。將退火后的線材進(jìn)行軋制變形，制備出直徑Imm的導(dǎo)線。該導(dǎo)線的內(nèi)部組織為連續(xù)的柱狀晶組織，其抗拉強(qiáng)度可達(dá)835MPa，電導(dǎo)率可達(dá)80.6%IACS，伸長率可達(dá)7.8%，軟化溫度536 °C
[0024]實(shí)例4:
[0025]采用99.99%的陰極銅和99.99%的鉻和鈦為原料，其中鉻占總重量的百分比為12%，鈦占總重量的百分比為0.5%，鉻以Cu-25wt%Cr中間合金的形式加入，鈦以Cu_25wt%Ti中間合金的形式加入，置于定向凝固爐中，在1400°C熔煉。將熔體溫度降至1250°C時進(jìn)行定向凝固鑄造，將定向凝固系統(tǒng)真空度設(shè)置為0.15Pa，拉坯速度為25mm/min，冷卻水量為150L/h，冷卻水溫為25°C，制備出直徑8mm的Cu-Cr-Ti合金桿材。該合金桿經(jīng)過冷加工或拉拔后，制備出直徑3mm的線材，對加工后的線材進(jìn)行退火，退火溫度為520°C，保溫時間為30分鐘。將退火后的線材進(jìn)行軋制變形，制備出直徑Imm的導(dǎo)線。該導(dǎo)線線的內(nèi)部組織為連續(xù)的柱狀晶組織，其抗拉強(qiáng)度可達(dá)850MPa，電導(dǎo)率可達(dá)78.8%IACS，伸長率可達(dá)7.5%，軟化溫度543 °C
[0026]實(shí)例5:
[0027]采用99.99%的陰極銅和99.99%的鉻和鈦為原料，其中鉻占總重量的百分比為12%，鈦占總重量的百分比為1.00%,鉻以Cu-25wt%Cr中間合金的形式加入，鈦以Cu-25wt%Ti中間合金的形式加入，置于定向凝固爐中，在1400°C熔煉。將熔體溫度降至1250°C時進(jìn)行定向凝固鑄造，將定向凝固系統(tǒng)真空度設(shè)置為0.15Pa，拉坯速度為20mm/min,冷卻水量為120L/h，冷卻水溫為25°C，制備出直徑8mm的Cu-Cr-Ti合金桿材。該合金桿經(jīng)過冷加工或拉拔后，制備出直徑3_的線材，對加工后的線材進(jìn)行退火，退火溫度為550°C，保溫時間為30分鐘。將退火后的線材進(jìn)行冷拉變形，制備出直徑Imm的導(dǎo)線。該導(dǎo)線的內(nèi)部組織為連續(xù)的柱狀晶組織，其抗拉強(qiáng)度可達(dá)885MPa，電導(dǎo)率可達(dá)76.4%IACS，伸長率可達(dá)7.1%，軟化溫度550°C
[0028]表I本發(fā)明的合金化學(xué)成分及性能指標(biāo)
[0029]
【權(quán)利要求】
1.一種高強(qiáng)高導(dǎo)CU-Cr-Ti合金導(dǎo)線，其特征在于，所述合金導(dǎo)線以銅為基體，向其中加入總重量的百分比為8.0-15%的Cr和0.0-3.0%的Ti，雜質(zhì)總量不大于0.1%，所述導(dǎo)線的直徑為I-2_，該合金導(dǎo)線具有連續(xù)柱狀晶組織或單晶組織。
2.如權(quán)利要求1所述的一種高強(qiáng)高導(dǎo)Cu-Cr-Ti合金導(dǎo)線，其特征在于，所述導(dǎo)線的抗拉強(qiáng)度≥730MPa,電導(dǎo)率≥75%IACS，伸長率≥7%，軟化溫度≥520°C。
3.一種制備如權(quán)利要求1和2所述的高強(qiáng)高導(dǎo)Cu-Cr-Ti合金導(dǎo)線的制備方法，其特征在于:該方法包括以下步驟: (1)按照權(quán)利要求1所述的配方稱取好的銅、鉻、鈦在1350-1450°C熔煉，待完全溶化后保溫lOmin， (2)將熔化完全的熔體溫度降至1250°C，開始定向凝固鑄造，定向凝固鑄造的真空度為0.1-IPa，拉伸速度為10-35mm/min，拉升過程中進(jìn)行冷卻，冷卻水量為100-1000L/h，冷卻水溫為20-25°C，可制得直徑8-12mm的Cu-Cr-Ti合金桿材， (3)連續(xù)定向凝固合金桿材經(jīng)過冷加工,制備出直徑3-4_的線材,對加工后的線材進(jìn)行退火，退火溫度為450-550°C，保溫時間為20-30min， (4)將水淬后的線材進(jìn)行軋制變形，制備出直徑I-2mm的線材。
4.如權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于在所述步驟(I)中，Cr以Cu-25wt%Cr中間合金的形式加入，Ti以Cu-25wt%Ti中間合金的形式加入，銅以純度為99.99%的陰極銅加入。
【文檔編號】C30B29/52GK103456385SQ201310396520
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月4日
【發(fā)明者】李勇, 張建波, 柳瑞清, 鄭碰菊, 許方, 武淑珍 申請人:江西理工大學(xué)