一种高强度高导热Cu-Cr-B合金材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高强度高导热Cu-Cr-B合金材料及其制备方法。该Cu-Cr-B合金材料的成分组成为：Cu 97.5wt％-99.5wt％，Cr 0.45wt％-1.5wt％，B 0.1wt％-1.0wt％。其制备方法包括以下步骤：(1)以纯度大于99.99％的Cr、B、Cu为原料，按照成分配比配料，在真空感应熔炼炉中进行熔炼，在金属模中浇铸成合金坯料；(2)将合金坯料进行总变形量为60-80％的变形；变形后的合金坯料再进行固溶处理，水冷淬火至室温；(3)固溶处理后的合金坯料经过表面清理；(4)将清理后的合金坯料在300℃-550℃下时效处理1h-4h，空冷至室温。本发明专利技术实现了铸态组织的细化，进而增加了富铬析出相在时效析出过程中的形核点，实现了对铬化物的细化控制，提高了合金的力学性能。

High strength and high thermal conductivity Cu-Cr-B alloy material and preparation method thereof

The invention discloses a high strength and high thermal conductivity Cu-Cr-B alloy material and a preparation method thereof. The Cu-Cr-B alloy composition is: Cu 97.5wt%-99.5wt% Cr, 0.45wt%-1.5wt% B, 0.1wt%-1.0wt%. The preparation method comprises the following steps: (1) with a purity of more than 99.99% Cr, B and Cu as raw materials, in accordance with the composition ratio of ingredients, melting in vacuum induction melting furnace, casting into billets in metal mold; (2) the total deformation of alloy billets for deformation of 60-80% alloy; the deformation after solution treatment, quenching to room temperature; (3) solid solution alloys treated by surface cleaning; (4) the alloy billet cleaned at 300 DEG -550 DEG 1h-4h aging treatment, cooling to room temperature. The invention realizes the refinement of as cast microstructure, thereby increasing the chromium precipitates in the aging process of the nucleation, the refinement of the chromium compound control, improve the mechanical properties of the alloy.

【技术实现步骤摘要】
一种高强度高导热Cu-Cr-B合金材料及其制备方法
本专利技术涉及一种高强度高导热Cu-Cr-B合金材料及其制备方法，属于铜合金材料

技术介绍
铬青铜(铜-铬系合金)是一种重要的高强高导铜合金材料，以其较高的强度、硬度、耐磨性和耐蚀性以及良好的导电导热性能，在电工、电子、电机行业中备受关注。该合金具有很好的冷加工性、良好的热加工性、耐热性和较高的电导率，适用于对电导率有一定要求，同时机械性能比较高且抗蠕变性能较好的场合。另外，由于铬青铜还具有大的开断电流能力、高耐电压强度等优异的性能，主要应用于高压开关触头、连铸机结晶器、电阻焊电极、集电环、滚轮、夹持器以及集成电路引线框架等方面。但是，这种合金材料对于富铬析出物的尺寸、杂质含量等控制水平的要求较高，国内目前还难以实现批量生产，主要从德国等欧洲国家进口。铬青铜产品制备过程中存在的主要问题是富铬析出物或铜铬共晶组织的细化和尺寸控制。由于铬在铜中的溶解度随着温度的降低而急剧下降，因此通常通过变形时效工艺使铬青铜具有高强度和导电、导热性能。由于较低温度下铬在铜中的溶解度极低，因此铬容易在热处理和热变形过程中富集长大，进而影响合金的力学性能和耐磨性能。另外，铸态组织粗大也会促进铬的富集和长大。
技术实现思路
基于现有技术中所存在的技术问题，本专利技术的目的在于提供一种高强度高导热Cu-Cr-B合金材料，以实现合金的净化以及铸态组织的细化。本专利技术的另一目的在于提供一种所述高强度高导热Cu-Cr-B合金材料的制备方法，该方法能够实现富铬析出相的细化和尺寸控制，提高合金的力学性能。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种高强度高导热Cu-Cr-B合金材料，其成分组成为：Cu97.5wt％-99.5wt％，Cr0.45wt％-1.5wt％，B0.1wt％-1.0wt％。本专利技术在Cu-Cr合金体系中添加B元素，起到净化合金并且细化铸态组织的作用。优选地，在该合金材料中，Cr元素与B元素的总含量控制在1.0wt％-2.5wt％。本专利技术提供一种所述Cu-Cr-B合金材料的制备方法，采用指合金熔炼、热成形/时效组合工艺，具体包括以下步骤：(1)坯料熔铸：以纯度大于99.99％的Cr、B、Cu为原料，按照成分配比配料，在真空感应熔炼炉中进行熔炼，在金属模中浇铸成合金坯料；(2)变形工艺：将合金坯料进行总变形量为60-80％的变形；变形后的合金坯料再进行固溶处理，水冷淬火至室温；(3)固溶处理后的合金坯料经过表面清理；(4)时效热处理：将清理后的合金坯料在300℃-550℃下时效处理1h-4h，空冷至室温。其中，在所述步骤(1)中，原料在1250℃-1400℃下进行熔炼，合金完全熔化后保温20-30min，以确保其中的溶质原子充分溶解并且扩散均匀。所述步骤(2)中的变形方式为热轧、热挤压或热锻造。首先将合金坯料加热到900℃-1000℃下保温3-4h，使各溶质元素充分扩散均匀，随后在该温度下进行总变形量为60％-80％的热变形。所述步骤(2)中的固溶处理为将变形后的合金坯料再加热到900-1050℃，保温0.5h-2h，水冷淬火至室温。本专利技术的优点在于：(1)本专利技术通过在Cu-Cr合金体系中添加B元素，一方面起到提高基体合金纯净度的作用，另一方面细化铸态组织，进而增加富铬析出相在时效析出过程中的形核点，最终实现了细化析出相和控制其尺寸、分布的目标。(2)本专利技术能够显著提高合金材料的力学性能，并且保持良好的导电、导热性：屈服强度500MPa-600MPa，抗拉强度600MPa-750MPa，延伸率15％-30％，电导率70％IACS-90％IACS。(3)本专利技术提出的合金系列，并未增加合金的冶炼难度，成本较低，具有良好的推广价值。具体实施方式以下通过具体实施例对本专利技术做进一步详细描述，但专利技术的实施方式不仅限于此。实施例1一种高强度高导热Cu-Cr-B合金材料的制备方法，包括如下步骤：(1)坯料熔铸：以纯度大于99.99％的纯Cr、纯B、纯Cu为原料，按照成分配比配料：Cu元素为98.7wt％，Cr元素为0.8wt％，B元素为0.5wt％，在真空感应熔炼炉中1300℃下进行熔炼，保温25min，在金属模中浇铸成合金坯料；(2)变形工艺：将合金坯料加热至1000℃，保温3h，进行总变形量为80％的热锻造成形；成形后的合金坯料在950℃进行固溶处理2h，水冷淬火至室温；(3)固溶处理后的合金坯料经过表面清理；(4)时效热处理：将清理后的合金坯料在400℃下时效处理1h-4h，空冷至室温。所得合金材料的性能见下表1。表1实施例1中所得Cu-Cr-B合金材料的性能实施例2一种高强度高导热Cu-Cr-B合金材料的制备方法，包括如下步骤：(1)坯料熔铸：以纯度大于99.99％的纯Cr、纯B、纯Cu为原料，按照成分配比配料：Cu元素为99.45wt％，Cr元素为0.45wt％，B元素为0.1wt％，在真空感应熔炼炉中1250℃下进行熔炼，保温30min，在金属模中浇铸成合金坯料；(2)变形工艺：将合金坯料加热至900℃，保温4h，进行总变形量为80％的热轧；成形后的合金坯料在900℃进行固溶处理2h，水冷淬火至室温；(3)固溶处理后的合金坯料经过表面清理；(4)时效热处理：将清理后的合金坯料在420℃下时效处理1h-4h，空冷至室温。所得合金材料的性能见下表2。表2实施例2中所得Cu-Cr-B合金材料的性能实施例3一种高强度高导热Cu-Cr-B合金材料的制备方法，包括如下步骤：(1)坯料熔铸：以纯度大于99.99％的纯Cr、纯B、纯Cu为原料，按照成分配比配料：Cu元素为98.0wt％，Cr元素为1.5wt％，B元素为0.5wt％，在真空感应熔炼炉中1350℃下进行熔炼，保温30min，在金属模中浇铸成合金坯料；(2)变形工艺：将合金坯料加热至1000℃，保温4h，进行总变形量为80％的热轧；成形后的合金坯料在1050℃进行固溶处理2h，水冷淬火至室温；(3)固溶处理后的合金坯料经过表面清理；(4)时效热处理：将清理后的合金坯料在450℃下时效处理1h-4h，空冷至室温。所得合金材料的性能见下表3。表3实施例3中所得Cu-Cr-B合金材料的性能实施例4一种高强度高导热Cu-Cr-B合金材料的制备方法，包括如下步骤：(1)坯料熔铸：以纯度大于99.99％的纯Cr、纯B、纯Cu为原料，按照成分配比配料：Cu元素为98.0wt％，Cr元素为1.0wt％，B元素为1.0wt％，在真空感应熔炼炉中1450℃下进行熔炼，保温20min，在金属模中浇铸成合金坯料；(2)变形工艺：将合金坯料加热至1000℃，保温3h，进行总变形量为80％的热锻造成形；成形后的合金坯料在1050℃进行固溶处理2h，水冷淬火至室温；(3)固溶处理后的合金坯料经过表面清理；(4)时效热处理：将清理后的合金坯料在550℃下时效处理1h-4h，空冷至室温。所得合金材料的性能见下表4。表4实施例4中所得Cu-Cr-B合金材料的性能实施例5一种高强度高导热Cu-Cr-B合金材料的制备方法，包括如下步骤：(1)坯料熔铸：以纯度大于99.99％的纯Cr、纯B、纯Cu为原料，按照成分配比配料：Cu元素为98.4wt％本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强度高导热Cu‑Cr‑B合金材料，其特征在于，其成分组成为：Cu 97.5wt％‑99.5wt％，Cr 0.45wt％‑1.5wt％，B 0.1wt％‑1.0wt％。

【技术特征摘要】
1.一种高强度高导热Cu-Cr-B合金材料，其特征在于，其成分组成为：Cu97.5wt％-99.5wt％，Cr0.45wt％-1.5wt％，B0.1wt％-1.0wt％。2.根据权利要求1所述的Cu-Cr-B合金材料，其特征在于，Cr元素与B元素的总含量为1.0wt％-2.5wt％。3.一种权利要求1或2所述的Cu-Cr-B合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)坯料熔铸：以纯度大于99.99％的Cr、B、Cu为原料，按照成分配比配料，在真空感应熔炼炉中进行熔炼，在金属模中浇铸成合金坯料；(2)变形工艺：将合金坯料进行总变形量为60-80％的变形；变形后的合金坯料再进行固溶处理，水冷淬火至室温；(3)固溶处理后的合金坯料经...

【专利技术属性】
技术研发人员：解国良，王强松，刘冬梅，谢伟滨，高学成，
申请(专利权)人：北京有色金属研究总院，
类型：发明
国别省市：北京,11