一种高性能CuNiSiTiBMg系弹性铜合金及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种高性能CuNiSiTiBMg系弹性铜合金及其制备方法。以重量百分比计，该高性能CuNiSiTiBMg系弹性铜合金中包含以下含量的成分：Ni 8.0～12.0％、Si 2.0～3.0％、Ti 0.5～2.0％、B 0.02～0.5％、Mg 0.2～0.3％，其余为Cu以及不可避免的杂质。该弹性铜合金成分合理，合金中的强化相分布均匀，具有强度高、塑性好、电导率高、抗应力松弛性能优异的特点。该弹性铜合金的制备方法主要包括：连铸连轧、热轧、固溶处理、冷轧、时效处理、多次叠轧、低温回火等步骤。该制备方法具有节能降耗、生产成本更低廉、工艺更简单的特点，更适合工业化生产。

A high performance CuNiSiTiBMg series elastic copper alloy and its preparation method

The invention provides a high-performance CuNiSiTiBMg series elastic copper alloy and a preparation method thereof. In terms of weight percentage, the high performance CuNiSiTiBMg elastic copper alloy contains the following components: Ni 8.0-12.0%, Si 2.0-3.0%, Ti 0.5-2.0%, B 0.02-0.5%, Mg 0.2-0.3%. The rest are copper and unavoidable impurities. The elastic copper alloy has reasonable composition, uniform distribution of strengthening phases, high strength, good plasticity, high conductivity and excellent stress relaxation resistance. The preparation methods of the elastic copper alloy include continuous casting and rolling, hot rolling, solution treatment, cold rolling, aging treatment, multiple overlapping rolling and low temperature tempering. The preparation method has the characteristics of saving energy, reducing consumption, lower production cost and simpler process, and is more suitable for industrial production.

【技术实现步骤摘要】
一种高性能CuNiSiTiBMg系弹性铜合金及其制备方法
本专利技术属于弹性合金及其制备
，尤其涉及一种高性能CuNiSiTiBMg系弹性铜合金及其制备方法。
技术介绍
弹性铜合金是导电弹性器件的关键材料，当其应用于舰船、航空航天、电工电子、机器仪表、汽车工业、轨道交通、海洋输运等领域时要求具有较高的使用性能，包括抗拉强度大于1100MPa、伸长率大于8％、电导率大于20％IACS等；而经过熔铸、热轧、固溶、冷轧等传统工艺步骤制备出的弹性铜合金虽然具有较高强度和良好导电性能，但是塑性不足，不能满足当前工业的需求。近年来，关于弹性铜合金在性能提升方面的研究取得了一定进展，但还存在一些不足，例如在合金机械性能或者可变形加工方面有限，且存在生产上成本压力大和经济效益低的问题，难以满足工业生产的应用要求：(1)公开的中国专利“超高强、高导电CuNiSiSnMg系弹性铜合金及其制备方法”(200810032004.2)提供了一种CuNiSiSnMgZr合金，其具有超高的强度、良好的导电性能和优异的抗应力松弛性能，但其制备过程中存在一些不足之处，如因为添加了Sn元素造成了锭坯的偏析严重，需要较长时间的均匀化处理；双级固溶处理过程中难以控制升温速率，实现难度大；且其所述的非真空二次重熔工艺难以大规模、工业化生产。(2)中国专利“导电性与弯曲性改善的Cu-Ni-Si-Mg系合金”(201080002157.8)公开了一种Cu-Ni-Si-Mg系合金，该铜合金含有1.0-4.5％Ni、0.16-0.13％的Si和0.05-0.3％的Mg，更优选的还含有0.01-2.0％质量的Cr、P、Mn、Ag、Co、Mo、As、Sb、Al、Hf、Zr、C、Fe、In、Ta、Sn、Zn中的至少一种，该合金中含有的Ni-Si化合物数量较少，而且析出相仅以Ni2Si一种为主，析出相的体积分数有限且析出相尺寸容易长大，部分析出相达到了0.05-3.0微米，而奥罗万强化对于析出相粒子在0.05微米以上则效果显著下降，因此该合金的强化能力有限，合金的拉伸强度仅在760-801MPa，仅仅属于一种中强度铜合金。(3)中国专利“一种CuNiSi系弹性铜合金及其制备方法”(201310025570.1)公开了一种Cu-Ni-Si系弹性铜合金，该合金中Ni和Si含量较低(Ni为3.8-5.0％，Si为0.6-1.3％)，形成的Ni-Si化合物数量较少，析出相体积分数低使得强化效果有限。且该合金的制备工艺具有连铸、冷轧、热轧、冷轧、固溶处理、精轧和时效处理等步骤，主要采用析出强化的方式，强化手段单一且强化能力有限，且析出强化的同时合金的塑性和韧性通常会急剧下降。(4)中国专利“一种超高强高韧高CuNiSiNbSn系弹性铜合金及其制备方法”(ZL201510063988.0)公开的制备方法为：①配料：合金成分范围(质量百分数)为：Ni：6.0～7.5wt％；Si：1.0～1.4％，Nb：0.8～1.2％；Sn:0.5～0.8％；Mg：0.1～0.15wt％；Cr：0.1～0.15wt％；余量是Cu。②熔炼和半连续铸造；③均匀化处理；④热轧；⑤固溶处理；⑥冷轧；⑦时效处理；⑧精轧与退火处理；共8个步骤，该制备方法制备获得的合金主要性能为：抗拉强度为1000～1300MPa，电导率为25.0～30.1％IACS，应力松弛率为7.8～11％，伸长率为4.5～5.5％；制得的弹性铜合金析出相含量不高，同时合金塑性有限。(5)中国专利申请“一种高强高导铜合金带材短流程生产方法”(201610663056.4)公开了一种新型短流程工艺：水平连铸—冷轧—固溶—冷轧—时效工艺。该工艺显著缩短了传统工艺流程，但是该工艺中的多道次冷轧主要是为了减小样品厚度，为后续带材的时效处理做好形状尺寸准备，对合金的强化有限；且该工艺仅适合生产析出相含量低和冷轧性能优良的中等强度导电Cu-Ni-Si合金(C70250)和Cu-Cr-Zr合金(C70350)，或者部分对强度要求较高，但是对塑性要求较低(一般低于6％)的铜合金产品。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，克服以上
技术介绍
中提到的不足和缺陷，提供一种高性能CuNiSiTiBMg系弹性铜合金及其制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种高性能CuNiSiTiBMg系弹性铜合金，以重量百分比计，所述高性能CuNiSiTiBMg系弹性铜合金中包含以下含量的成分：Ni8.0～12.0％、Si2.0～3.0％、Ti0.5～2.0％、B0.02～0.5％、Mg0.2～0.3％，其余为Cu以及不可避免的杂质。上述的高性能CuNiSiTiBMg系弹性铜合金，优选的，以重量百分比计，所述高性能CuNiSiTiBMg系弹性铜合金中包含以下含量的成分：Ni8.8％、Si2.1％、Ti1.0％、B0.1％、Mg0.25％，其余为Cu以及不可避免的杂质。作为一个总的专利技术构思，本专利技术还提供一种上述的高性能CuNiSiTiBMg系弹性铜合金的制备方法，包括以下步骤：(1)按照高性能CuNiSiTiBMg系弹性铜合金中组成元素的重量百分比进行备料，将铜源、镍源、硅源、钛源放入加热炉中熔化，熔化温度为1200～1300℃，待其完全熔化后，降温至1200～1250℃，再加入镁源以及硼源，熔匀后形成合金熔体；(2)将合金熔体在连续铸造机上连铸成板坯，控制铸造温度为1150～1230℃，铸造速度为1.5～2.0m/h，冷却水压力为0.05～0.1MPa，获得铸锭板坯；(3)将铸锭板坯加热至860～920℃并保温1～3h，保温后进行热轧，热轧变形量为50～80％；(4)将热轧板材进行酸洗，然后进行固溶处理，固溶处理的温度为950～990℃，时间为4～8h；(5)将固溶处理后的板材进行酸洗，然后进行时效处理，时效处理的温度为520～600℃，时间为60～600min；(6)将时效处理后的板材进行酸洗，去除表面氧化物，然后将两层板材一起叠轧，每次轧制变形量为30～80％，轧制后可将板材机械焊接在一起，再次通过轧机进行叠轧，共叠轧5～8次；(7)将叠轧后的板材进行低温退火处理，退火温度为200～300℃，退火时间10～120min；(8)剪切包装入库。上述的制备方法，优选的，所述步骤(6)中进行多次叠轧，共叠轧5～8次。上述的制备方法，优选的，为了防止样品在处理过程中被氧化，所述固溶处理、时效处理和低温退火处理在还原性气氛或者惰性气氛中进行。上述的制备方法，优选的，所述还原性气氛指氢气和/或一氧化碳气氛。上述的制备方法，优选的，所述惰性气氛指氩气、氮气和/或氦气气氛。上述的制备方法，优选的，所述铜源为电解铜或回收铜，镍源为电解镍或回收镍，硅源为电解硅，钛源为电解钛，镁源为纯镁和/或铜镁中间合金，硼源为铜硼中间合金。本专利技术的技术方案，通过合理设计合金成分及其含量，使合金中主要包括Ni、Si、Ti、B和Mg等主要合金元素，其中Ni和Si主要形成了Ni2Si析出相粒子，Ti和B可以形成TiB2和TiB粒子，同时Ni与Ti可以形成NiTi析出相粒子，从而在合金内部析出占据不同体积分数的多元协调强化的强化相。再通过合理设置工艺步骤以及优化工艺参数，使合金本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高性能CuNiSiTiBMg系弹性铜合金，其特征在于，以重量百分比计，所述高性能CuNiSiTiBMg系弹性铜合金中包含以下含量的成分：Ni 8.0～12.0％、Si 2.0～3.0％、Ti 0.5～2.0％、B 0.02～0.5％、Mg 0.2～0.3％，其余为Cu以及不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种高性能CuNiSiTiBMg系弹性铜合金，其特征在于，以重量百分比计，所述高性能CuNiSiTiBMg系弹性铜合金中包含以下含量的成分：Ni8.0～12.0％、Si2.0～3.0％、Ti0.5～2.0％、B0.02～0.5％、Mg0.2～0.3％，其余为Cu以及不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的高性能CuNiSiTiBMg系弹性铜合金，其特征在于，以重量百分比计，所述高性能CuNiSiTiBMg系弹性铜合金中包含以下含量的成分：Ni8.8％、Si2.1％、Ti1.0％、B0.1％、Mg0.25％，其余为Cu以及不可避免的杂质。3.一种如权利要求1或2所述的高性能CuNiSiTiBMg系弹性铜合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)按照高性能CuNiSiTiBMg系弹性铜合金中组成元素的重量百分比进行备料，将铜源、镍源、硅源、钛源放入加热炉中熔化，熔化温度为1200～1300℃，待其完全熔化后，降温至1200～1250℃，再加入镁源以及硼源，熔匀后形成合金熔体；(2)将合金熔体在连续铸造机上连铸成板坯，控制铸造温度为1150～1230℃，铸造速度为1.5～2.0m/h，冷却水压力为0.05～0.10MPa，获得铸锭板坯；(3)...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷前，蒋栋，李圣尧，李云平，李周，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43