一种高强高弹性Cu-Ti合金及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种高强高弹性Ｃｕ－Ｔｉ合金及其制造方法，该合金中的Ｔｉ：３．０～４．０ｗｔ％，第３元素群：０．０１～０．５ｗｔ％；其制法为：首先将主原料及辅原料投入非真空中频感应炉中，在惰性气体保护条件下进行熔铸；将得到的铸坯进行轧制，热轧过程中的终轧温度和冷轧过程中的中间退火温度高于合金的固溶线，在７５０℃～８５０℃进行固溶处理或再结晶退火处理；在３５０℃～４５０℃时效处理５～２０小时，获得成品。本发明专利技术通过合适的生产工艺，控制合金的相组织结构和晶粒尺寸，明显提高了合金综合性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及Cu-Ti合金，尤其涉及一种高强高弹性Cu-Ti合金及其制造方法，属于有色金属

技术介绍
如今，电子产品体积变得越来越小，重量也越来越轻，电子元件也随之小型化、轻型化。因此，接插件的厚度越来越薄，接触面积越来越小。这就要求接插件材料的强度和电导率越来越高。一些常用的接插件如锡磷青铜、黄铜已不能满足高端电子产品的要求。另外，由于铍青铜在熔炼时会产生有毒的粉尘，而且价格昂贵。因此，与铍青铜具有相当强度的Cu-Ti合金将受到广泛关注。一般来说，Cu-Ti合金的生产过程包括真空熔炼-固溶-热轧-冷轧-中间退火-精轧-时效等。由于Cu-Ti合金的相变过程非常复杂，在低温时效将产生调幅分解组织，在过时效和高温情况下将发生胞状反应，生成魏氏片层组织。当生成片层组织时，合金的性能下降。因此，在生产过程中如何避免和抑制片层组织的生长，将是提高合金性能的一个关键环节。然而，采用真空熔炼Cu-Ti合金的方法存在以下问题①由于真空炉熔炼过程中需要很高的真空度，对炉体的密封性要求很高，熔炼时不能进行成分测量、成分调整和扒渣等操作，因此对原料的成分和杂质含量要求很高；②真空熔炼一般不能采用快速冷却的方法，铸锭易发生晶粒粗化，在变形工艺中很容易出现裂纹，降低了板带成品率；③真空炉本身的不连续操作，使其只能进行小规模生产，不能进行连续化大规模生产，限制了其产业化前景。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高强高弹性Cu-Ti合金及其制造方法，从控制合金的相结构和晶粒尺寸出发，提高Cu-Ti合金综合性能。本专利技术的目的通过以下技术方案来实现一种高强高弹性Cu-Ti合金，其特征在于其成分的质量百分含量如下——Ti 3.0～4.0wt％，第3元素群 0.01～0.5wt％，该合金其余组分为Cu和不可避免的杂质。进一步地，上述的高强高弹性Cu-Ti合金，所述第3元素群为Cr、Co、V、Zr、B、Ni、P中的至少一种。更进一步地，一种高强高弹性Cu-Ti合金的制造方法，其特征在于包括以下步骤——①首先将主原料及辅原料投入非真空中频感应炉中，在惰性气体保护条件下进行熔铸；②将得到的铸坯进行轧制，热轧过程中的终轧温度和冷轧过程中的中间退火温度高于合金的固溶线，在750℃～850℃进行固溶处理或再结晶退火处理；③在350℃～450℃时效处理5～20小时，获得成品。再进一步地，上述的高强高弹性Cu-Ti合金的制造方法，步骤②制造过程中控制晶粒直径在2～10μm。再进一步地，上述的高强高弹性Cu-Ti合金的制造方法，步骤③时效工艺，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。本专利技术技术方案的突出的实质性特点和显著的进步主要体现在(1)本专利技术技术方案采用非真空熔炼技术，制造出成分合格、杂质含量低、质量优良的高强高弹性Cu-Ti合金；(2)本专利技术通过合适的生产工艺，控制合金的相组织结构和晶粒尺寸，明显提高了合金综合性能，大大降低了生产成本，优化了生产工艺，其经济效益十分显著。附图说明下面结合附图对本专利技术技术方案作进一步说明图1生成1％TiCu3相片层组织的TTT曲线图。具体实施例方式本专利技术技术方案，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；在熔炼和浇注过程中都有气体保护实现了Cu-Ti合金的连续生产。在轧制过程中，热轧的终轧温度和冷轧过程中的中间退火温度略高于合金的固溶线，有效避免合金在此过程中生成片层组织，通过控制中间退火的时间使晶粒尺寸控制在2～10μm。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0.02～0.2μm之间。通过加入适量的第3元素群，达到延缓过时效的发生，抑制胞状反应的发生，在不降低合金强度的情况下，提高合金的电导率。1)非真空熔炼由于Cu-Ti合金中含有3.0～4.0wt％的Ti，钛在650℃以上，氧将向钛中扩散，形成一层坚硬的氧化层；另外在700℃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。而本专利技术采用潜流式Cu-Ti合金水平连续铸造技术，在传统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，并充入惰性气体，保证熔体与空气完全隔绝，避免熔炼、流槽和浇注过程中熔体产生吸气、夹渣等缺陷；在生产过程中通过加料孔随时进行加料，调整合金成分。2)轧制过程中的固溶处理Cu-Ti合金通过固溶处理形成过饱和的固溶体，在该状态进行低温时效时，会生成亚稳态的调幅组织，在这个过程中的某一时期内合金显著硬化，继续时效时将产生过时效，最终析出稳定的TiCu3相，会使合金软化。另一方面，在固溶不充分的条件下，未完全固溶的钛将以TiCu3的状态残留在母相中。为了最大限度地达到时效处理下的硬化有必要在其前工序的固溶处理中使TiCu3相完全消失，使钛完全固溶在母相中。因此，有必要加热到使钛的固溶温度超过钛含有量的温度。此外，Cu-Ti合金能够在退火工序中通过细微晶粒而提高其屈服强度，垂直轧制方向的截面上的晶粒尺寸在2～10μm之间；若超过10μm，则不能实现因微细化而导致的高强化；若低于2μm，则有可能残留未完全再结晶部分，使合金的加工性能恶化。在生产Cu-Ti合金的过程中，最终的再结晶退火工序相当于固溶处理，在固溶处理中实现晶粒的细微化提高屈服强度，在含钛3wt％左右的铜中，在750℃～850℃之间进行固溶处理或再结晶退火处理。3)时效处理时效温度应选择在350℃～450℃。低于350℃，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450℃，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。另外，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℃的冷却速度应不高于50℃/小时。4)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，该粒子具有热稳定性，在固溶处理中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。所说的第3元素群是Cr、Co、V、Zr、B、Ni、P中的一种以上，含量在0.01～0.5wt％。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。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采用石墨坩埚熔炼。20公斤的铸锭在850℃保温24小时，通过ICP分析，合金成分见表1。然后，铸锭在850℃进行热轧，热轧后在860℃进行1h的固溶处理。从固溶后的材料中取出部分试样在不同温度、不同时间进行退火处理，观察TiCu3相的析出规律，TTT曲线如图1所示。另外，固溶后的板材厚度为10mm，铣面后进行冷轧，轧制2mm，在780℃氩气保护条件下进行5min的再结晶退火，退火后的板材再冷轧至1mm，最后380℃时效处理10h，对合金的性能进行测试，测试结果见表1。表1合金的成分和性能 从图1可以看出，加入0.1wt％的钛，TiCu本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强高弹性Ｃｕ－Ｔｉ合金，其特征在于：其成分的质量百分含量如下－Ｔｉ３．０～４．０ｗｔ％，第３元素群０．０１～０．５ｗｔ％，该合金其余组分为Ｃｕ和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曹兴民，郭富安，向朝建，杨春秀，慕思国，汤玉琼，
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]