低铍多元铜合金制造技术

本发明专利技术涉及一种用作接触焊电极的低铍多元铜合金，通过在铜中加入镍、钴、钛、铍、硅合金元素，再经冷热变形加工，固溶和时效处理后，主要物理－机械性能可达到：硬度ＨＶ↓［３０］１８０－２６０，导电率５０－６５％，软化温度５００－５６０℃，故本发明专利技术合金不仅可替代ＣｕＣｏ２Ｂｅ合金制作各种闪光对焊电极和焊接不锈钢、耐热钢等材料时的点焊、滚焊电极，以及水平连续铸造中的结晶器内模，并能用于电流密度和受力都较大的电阻对焊和凸焊电极。（*该技术在2010年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用作接触焊电极的多元铜合金。接触焊分对接焊和搭接焊两类，对接焊包括闪光对焊和电阻对焊，搭接焊包括点焊、滚焊、凸焊。无论哪种接触焊都需要必不可少的关键材料-电极。电极的作用是将电流传输到被焊件上，同时又承受焊接时的压紧力和顶锻力;另外，它距焊缝较近(如对接焊)或者就在焊点或焊缝上(如搭接焊)。所以对制作电极的合金材料有如下性能要求(1)导电率高，在高密度电流流过时自身发热量少;(2)导热性好，能很快将自身热量散失掉;(3)强度、硬度值大，使用中磨耗少;(4)软化温度值高，即在工作温度下受力时不致塌陷变形;(5)化学稳定性高，表面氧化少;(6)不易与焊件粘着或焊合。但从已有的铜基电极合金看传导性能高的，往往强、硬值较低，强、硬度值高的，则传导性能较低。传导性和强、硬度值均高的全优型合金目前还未找到;另外，不同种类的接触焊，或同一种接触焊，焊接不同材质时，由于焊接工艺参数(电流密度、夹紧力、顶锻力等)不相同，对电极用合金各项性能的具体数值要求也不尽相同。1979年国际电工委员会公布了IS05182标准，给出各种铜基电极合金的成分和主要性能数据的推荐值。在ISO5182标准中，只有CuCo2Be合金适合于制作电流密度中等，受力较大的闪光对焊电极和焊接不锈钢、耐热钢、钛合金、高温合金等高强度合金材料时的点焊、滚焊电极。标准中尚缺硬度值较高(与CuCo2Be相当HV30180～260)，导电率更高一些达50～70%(CuCo2Be一般只有40～50%)的能用于电流密度较大，受力也较大的电阻对焊和凸焊用的电极合金材料，而且CuCo2Be合金中因含0.4～0.7%价格昂贵的Be，所以成本较高。经检索，有如下三种日本专利，其目的是为了替代CuCo2Be合金。昭59-37340公布的CuNi2SiCr合金，当成分为Ni2.62%，Si0.64%，Cr0.32%，其余为Cu时，经两次时效处理后，性能可达到硬度HRB97(相当于HV30216左右);导电率47%。昭61-170532公布的CuNi2CoSiZn合金。当成分为Ni1.69%，Co0.3%，Si0.33%，Zn0.31%，其余为Cu时，经880℃固溶处理和475～500℃时效处理后，性能达到硬度HV30175～180(根据抗拉强度换算得到)，导电率45～46%。昭61-170533公布的CuNi2SiBeSn(或Al或Zn)合金，当成分为Ni2.8%，Si0.7%，Be0.16%，Sn0.5%，其余为Cu时，经900℃固溶处理和400℃×2h时效处理，性能达到硬度HV30210～250(根据抗拉强度换算得到)，导电率21%。以上三种铜合金的性能，都只是与CuCo2Be相接近，但仍未达到硬度与CuCo2Be相当，导电率比CuCo2Be合金有较大幅度提高的要求。本专利技术的目的在于提供一种改进的合金成分，在铜中加入镍、钴、钛、铍、硅合金元素，合金锭坯经冷热变形加工、固溶和时效处理后，获得一种高导、高强低铍多元铜合金，以替代成本较高的CuCo2Be合金，并拓宽较之更为广泛的应用领域。本专利技术是这样实现的一种多元铜合金，合金中含有镍、钴、钛、铍、硅元素，各种元素在合金中的重量百分比为Ni0.2～2.0%，Co0.2～2.0%，Ti0.1～0.5%，Be0.1～0.4%，Si0.01～0.15%，其余为Cu。这种铜合金的生产工艺步骤是真空中频感应炉熔炼-金属模铸锭-剥去铸造外皮-热锻造，锻造温度范围为900～600℃-冷变形-900～980℃固溶处理-400～480℃×3～7h时效处理。主要物理-机械性能可达到硬度HV30180-260，导电率(相当于纯铜的%)50-65%，导热率0.5～0.7%Cal/cm·sec·℃，软化温度500～560℃，它可以取代CuCo2Be合金制作各种闪光对焊电极和焊接不锈钢、耐热钢、钛合金、高温合金等高强度材料时的点焊、滚焊电极，以及水平连续铸造中的结晶器内模，并能用于电流密度和受力都较大的电阻对焊和凸焊电极。热锻造的目的是使凝固过程中析出的尺寸较大的初始化合物破碎和较均匀地分布。在固溶阶段，化合物大部分溶解到铜基体中去形成过饱和固溶体。这时，由于大部分化合物(硬质点)消失和合金元素溶入到基体中使基体晶格发生严重畸变，故合金强、硬度和传导性能都大为下降。然后在较低温度的时效处理，再使合金元素从过饱和固溶体中析出，并相互作用形成CoBe、NiBe、Ni3Ti、NiTi等化合物和复合化合物。这些数量众多、颗粒细小的化合物和复合化合物在基体上均匀分布，从而使合金强、硬度大大提高(即弥散强化)，化合物和复合化合物颗粒越细小，数量越多(即弥散度越高)，强、硬度就越大。由于合金元素自过饱和固溶体中析出，使畸变的晶格得到恢复，故传导性能同时也大大提高。合金元素析出越彻底，畸变晶格恢复就越彻底，传导性能也就越高。冷锻可使时效时析出化合物的结晶核心增多，从而提高合金中化合物的弥散度，并使基体中的合金元素析出得更彻底，因而有利于提高合金的综合物理-机械性能。本专利技术下面结合实施例作进一步详述实施例1当合金成分(wt%)为Ni0.59%，Co0.39%，Ti0.123%，Si0.1%，其余Cu时，按下列工艺在真空中频感应炉中熔炼-金属模铸锭-剥去铸造黑皮-热锻造，锻造温度范围为900～600℃-冷变形-970℃固溶处理-470℃×4h时效处理后，综合物理机械性能数据为硬度HV30198，导电率62%，软化温度562℃。实施例2当合金成分为Ni0.761%，Co0.531%，Ti0.21%，Be0.25%，Si0.1%，其余Cu时，按下列工艺在真空中频感应炉中熔炼-金属模铸锭-剥去铸造黑皮-热锻造，锻造温度范围900～600℃-冷变形-950℃固溶处理-450℃×4h时效处理后，综合物理-机械性能数据为硬度HV30240，导电率57.7%，软化温度540℃。实施例3当合金成分为Ni1.05%，Co0.821%，Ti0.108%，Be0.20%，Si0.1%，其余为Cu时，按下列工艺在真空中频感应炉中熔炼-金属模铸锭-剥去铸造黑皮-热锻造，锻造温度范围900～600℃-冷变形-940℃固溶处理-440℃×5h时效处理后，综合物理-机械性能数据为硬度HV30250，导电率50.86%，软化温度550℃。本专利技术与已有技术相比具有如下优点(1)由于本专利技术合金中价格昂贵的铍的含量比CuCo2Be低得多，故其成本比CuCo2Be降低20～30%;(2)本专利技术合金化合物弥散度高，合金元素易从基体中彻底析出，所获得的综合物理-机械性能更好，其硬度值HV30180-260与CuCo2Be及上述三件日本专利合金相当，但导电率50～65%比CuCo2Be和上述三件日本专利合金高出25～35%，所以本专利技术合金不仅可替代CuCo2Be合金制作各种闪光对焊电极和焊接不锈钢、耐热钢、钛合金、高温合金等高强度材料时的点焊、滚焊电极，以及水平连续铸造中的结晶器内模，而且能用于电流密度和受力都较大的电阻对焊和凸焊电极，用途比CuCo2Be和上述三件日本专利合金更为广泛。权利要求1.一种多元铜合金，其特征在于铜合金中含有镍、钴、钛、铍和硅元素，各元素在合金中的重量百分比本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多元铜合金，其特征在于铜合金中含有镍、钴、钛、铍和硅元素，各元素在合金中的重量百分比为：Ｎｉ０．２～２．０％，Ｃｏ０．２～２．０％，Ｔｉ０．１～０．５％，Ｂｅ０．１～０．４，Ｓｉ０．０１～０．１５％，其余为Ｃｕ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘和法，戴学礼，孙箴，潘建跃，任合，
申请(专利权)人：镇江船舶学院，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]