注塑模具用Cu-Ti合金的生产方法技术

本发明专利技术提供一种注塑模具用Ｃｕ－Ｔｉ合金的生产方法，在惰性气体保护下利用潜流式工频有芯组合电炉进行熔铸，熔炼温度控制在１２００℃～１３５０℃；铜、钛及其它微量合金元素熔化后加入０．０１～０．５ｗｔ％的第３元素群，熔炼过程中炉子内充满惰性气体；根据铸造速度不断补充铜液；溶液通过结晶器凝固成铸锭，由铸造机引出铸锭；铸锭经过固溶和锻造处理后，最后在３５０℃～４５０℃时效处理５～２０小时，使垂直于轧制方向截面上Ｃｕ－Ｔｉ金属间化合物相的直径控制在０．０２～０．２μｍ。加入适量Ｃｒ、Ｚｒ等微量元素，达到延缓过时效的目的，提高合金的软化温度，在不降低合金强度的情况下，提高合金的电导率，实现Ｃｕ－Ｔｉ合金的连续生产。该合金具有优异的强度、导热和耐热综合性能，较好满足塑胶模具的要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种注塑模具用Cu-Ti合金的加工生产方法，属于有色金 属加工

技术介绍
塑胶成型模具材料一般采用碳钢、工具钢等，但是由于钢材的热导率 低，导致注塑成型时的压射周期较长，生产效率不高。塑胶模具制造中己 开始越来越多的采用铜合金模具材料，比如铍铜，且出现上升的趋势。由 于铍铜的价格昂贵，而且铍在冶炼及热加工过程中具有毒副作用，铍铜材 料在一些国家已被限制使用。含钛量2 5wt^的铜合金，具有与铍铜相当的性能，且抗应力松弛性 能优于铍铜合金。因此，开发一种高强高导、且具有良好铸造性和加工性 能的铜钛合金材料，应用在注塑模具中，将是一项具有重大经济意义的研 究课题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高强高导且具有良好铸造性和加工性能的铜 钛合金材料，可以广泛应用在注塑模具中。 本专利技术的目的通过以下技术方案来实现-，其特征在于在惰性气体保护条件 下利用潜流式工频有芯组合电炉进行熔铸，采用潜流式补铜工艺，流槽和熔炉完全密封，熔炼温度控制在1200°C 1350°C;生产时，首先配好铜、 钛及其它微量合金元素，关闭流槽后将原料装入工频有芯熔炉里，等铜基 本熔化后再加入0.01 0.5wt^的第3元素群，熔炼过程中炉子内充满惰性 气体；熔化后打开流槽，铜液通过流槽不断流入工频有芯保温炉，根据铸 造速度不断补充铜液；最后溶液通过保温炉炉壁的开口经过结晶器凝固成 铸锭，由铸造机引出铸锭；再将铸锭在35(TC 45(TC时效处理5 20小时， 使垂直于轧制方向截面上Cu-Ti金属间化合物相的直径控制在0.02 0.2,。进一步地，上述的，其特征在于所 述的第3元素群为Cr、 Co、 V、 Zr、 B、 Ni和P中的一种以上。更进一步地，上述的，其特征在于 在时效冷却过程中，从时效温度至200°C的冷却速度不高于50°C/h。本专利技术技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在 本专利技术用惰性气体保护进行熔铸，避免合金元素与空气中的氧、氮的 作用，实现Cu-Ti合金的连续生产。通过加入适量Cr、 Zr等微量元素，达 到延缓过时效的目的，提高合金的软化温度，在不降低合金强度的情况下， 提高合金的电导率。通过合适的时效工艺，使在垂直于轧制方向的截面上， Cu-Ti金属间化合物相的直径控制在0.02 0.2pm。采用本专利技术技术方案可 获得高强高导且具有良好铸造性和加工性能的注塑模具用铜钛合金材料， 因其优异的强度、导热和耐热综合性能而被广泛应用于注塑模具中。具体实施例方式本专利技术用惰性气体保护方法代替真空熔铸的方法，来制备Cu-Ti合金， 避免合金元素与空气中的氧、氮的作用；实现Cu-Ti合金的低成本、连续生 产。还加入适量微量元素Cr、 Zr、 Mg、 B等，达到延缓过时效的发生，提 高合金的软化温度，在不降低合金强度的情况下，提高合金的导热率。另 外，通过加入适量的稀土元素，提高合金的切削性能。并通过合适的时效 工艺，使在垂直于轧制方向的截面上，Cu-Ti金属间化合物相的直径控制在0.02 0.2(im之间。合金产品的生产工艺过程主要包括铸造一固溶一锻造一时效等工艺。1) 非真空熔炼由于Cu-Ti合金中含有3.0 4.0wt^的Ti，在650。C以上，氧将向钛中 扩散，形成一层坚硬的氧化层；另外在70(TC以上，氮和钛将发生剧烈作用， 形成TiN。若在大气中熔炼，将会产生吸气、吸氧、非金属夹杂等问题；在 敞开式浇注过程中也易产生类似的问题，影响材料的性能。铜钛合金的传 统熔铸方法是在真空炉里进行，而专利技术采用潜流式Cu-Ti合金水平连续铸造 技术，该技术在传统的水平连续铸造技术的基础上，采用潜流式补铜工艺， 使流槽和熔炉完全密封，并采用气体保护，保证熔体与空气隔绝，避免在 熔炼流槽和浇注过程中熔体产生吸气、夹渣等缺陷。在生产过程中可以通 过加料孔随时进行加料，调整合金成分。2) 第3元素群的加入为了延缓再结晶退火过程中的晶粒长大，抑制TiCu3相的析出，加入适 量的第3元素群来形成第2相粒子。该粒子需具有热稳定性，在固溶处理 或固溶处理前的退火过程中都可以形成，在冷轧、时效过程中，其形态几 乎不变化。这些元素的加入不影响调幅组织的形成。所形成的第二相粒子 不是以析出硬化为目的，而是以抑制晶粒的长大和过时效为目的。第3元 素群为Zr、 Co、 V、 Zr、 B、 Ni和P中的一种以上，其加入量控制在0.01 0.5wt% 。3) 时效处理时效温度选择在35(TC 45(TC中。低于350。C，则Cu-Ti金属间化合物 相析出不充分，不能得到高的强度和电导率；若高于45(TC，则Cu-Ti金属 间化合物相易于粗大化，并且易于过时效，致使合金强度降低。时效时间 在5 20小时之间。另夕卜，在时效冷却过程中，为了引起Cu-Ti金属间化合 物相的充分析出，从时效温度至200'C的冷却速度应不高于50°C/h。实施例以工业电解铜、海绵钛及其它微量合金元素为原料，在气体保护非真空中频感应炉中熔炼。熔炼温度在120(TC 135(TC之间，浇注温度在 1200°C。由于该合金收縮比较严重，为防止中间集中縮空的形成，浇铸速 度不能太快，并采用补縮措施。铸锭合金成分见表1，在85(TC保温24小时进行均匀化退火。铸锭在 85(TC进行热轧，终轧温度不低于750°C 。最后进行450°C X 10h的时效处理， 时效后合金的性能如表1所示。表l合金的成分和性能<table>table see original document page 6</column></row><table>表1可以表明，加入0.1wt。/。的Zr，由于TiCii3相的析出得到延缓，含 TiCu4相的调幅组织得到很充分的析出，在不影响强度的情况下，提高了合 金的电导率和耐热性能。加入0.1wt。/。的Zr耐热性能从52(TC提高到560°C;由于时效温度提高，导电率在一定程度上得到提高，而强度并没有明显下 降。该合金的综合性能能够满足塑胶模具的要求，良好的热导率能够縮短 注塑成型时的压射周期，提高生产效率。上仅是本专利技术的具体应用范例，对本专利技术的保护范围不构成任何限制。 凡釆用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本专利技术权利保护 范围之内。权利要求1.，其特征在于在惰性气体保护条件下利用潜流式工频有芯组合电炉进行熔铸，采用潜流式补铜工艺，流槽和熔炉完全密封，熔炼温度控制在1200℃～1350℃；生产时，首先配好铜、钛及其它微量合金元素，关闭流槽后将原料装入工频有芯熔炉里，等铜基本熔化后再加入0.01～0.5wt％的第3元素群，熔炼过程中炉子内充满惰性气体；熔化后打开流槽，铜液通过流槽不断流入工频有芯保温炉，根据铸造速度不断补充铜液；最后溶液通过保温炉炉壁的开口经过结晶器凝固成铸锭，由铸造机引出铸锭；铸锭经过固溶和锻造处理后，在350℃～450℃时效处理5～20小时，使垂直于轧制方向截面上Cu-Ti金属间化合物相的直径控制在0.02～0.2μm。2. 根据权利要求1所述的，其特征 在于所述的第3元素群为Cr、 Co、 V、 Zr、 B、 Ni和P中的一种以上。3. 根据权利要求l所述的，其本文档来自技高网...

【技术保护点】
注塑模具用Ｃｕ－Ｔｉ合金的生产方法，其特征在于：在惰性气体保护条件下利用潜流式工频有芯组合电炉进行熔铸，采用潜流式补铜工艺，流槽和熔炉完全密封，熔炼温度控制在１２００℃～１３５０℃；生产时，首先配好铜、钛及其它微量合金元素，关闭流槽后将原料装入工频有芯熔炉里，等铜基本熔化后再加入０．０１～０．５ｗｔ％的第３元素群，熔炼过程中炉子内充满惰性气体；熔化后打开流槽，铜液通过流槽不断流入工频有芯保温炉，根据铸造速度不断补充铜液；最后溶液通过保温炉炉壁的开口经过结晶器凝固成铸锭，由铸造机引出铸锭；铸锭经过固溶和锻造处理后，在３５０℃～４５０℃时效处理５～２０小时，使垂直于轧制方向截面上Ｃｕ－Ｔｉ金属间化合物相的直径控制在０．０２～０．２μｍ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曹兴民，李华清，向朝建，杨春秀，慕思国，朱永兵，
申请(专利权)人：苏州有色金属研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]