一种高强度高软化温度的低铍铜合金及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高强度高软化温度的低铍铜合金及其制备方法，低铍铜合金各组分的质量百分比为：Be：0.2‑0.5％，Ni：1.0‑1.8％，Co：0.15‑0.4％，Ag：0.5‑0.8％，Zr：0.05‑0.1％，Mg：0.02‑0.05％，不可避免的杂质≤0.1％，余量为Cu。本发明专利技术制备的低铍铜合金的抗拉强度可达850～1000MPa，电导率为50～60％IACS，软化温度可达600℃以上，同时还具有优良的高弹性稳定性、低弹性后效、无磁性、耐磨性、耐蚀性及塑性等综合性能，可用于轨道交通、航空、汽车、电力、电子、精密仪器仪表等行业。

A low beryllium copper alloy with high strength and high softening temperature and its preparation method

The present invention relates to a low beryllium copper alloy with high strength and high softening temperature and its preparation method. The mass percentage of each component of low beryllium copper alloy is: Be:0.2 0.5%, Ni:1.0, 0.4%, Ag:0.5 0.8%, Zr:0.05 0.1%, Mg:0.02 0.05%, the inevitable impurity is less than 0.1%, and the allowance is C U. The tensile strength of the low beryllium copper alloy prepared by the invention can reach 850 to 1000MPa, the electrical conductivity is 50 to 60%IACS, the softening temperature can reach more than 600 C, and it has excellent comprehensive properties such as high elastic stability, low elastic aftereffect, magnetic, wear resistance, corrosion resistance and plasticity, and can be used in rail transportation, aviation, automobile, and automobile. Power, electronics, precision instruments and other industries.

【技术实现步骤摘要】
一种高强度高软化温度的低铍铜合金及其制备方法
本专利技术涉及合金材料领域，具体涉及一种高强度高软化温度的低铍铜合金及其制备方法。
技术介绍
我国对含铍铜合金材料的年需求量约为4000t且逐年上升，但受技术水平等限制，80％以上仍依赖进口。铍的价格昂贵且为剧毒物质，低铍铜合金的铍含量为0.2％～0.7％，具有良好的导电性能及一定的强度而被广泛应用，且铍含量较TBe2等高强度含铍铜合金低，具有成本优势并有利于环保。随着TBe0.3-1.5、TBe0.4-1.8等低铍铜合金新增到国标中，低铍铜合金受到越来越多的关注。目前，国产低铍铜合金的时效后抗拉强度约为650～750MPa，电导率为45～60％IACS，由于合金中杂质元素等含量较高，电导率一般偏下限。国际知名厂商如NGK所产低铍铜合金材料的抗拉强度为700～950MPa，电导率为50～60％IACS；高强度铍铜合金中的铍含量为1.6％～2.1％，时效后抗拉强度最高可超过1400MPa，但电导率仅为22％IACS。对于铜合金本身，任何提高其强度的方法都会导致电导率降低，因此铜合金的高强度和高导电率是一对矛盾，不可兼得。但是，随着科技发展，轨道交通、军工、航空、电子等领域某些部件所用导体材料需同时具有高电导率和高强度。例如，强磁场技术磁体系统线圈材料必须具有1GPa以上的抗拉强度以承受强洛仑兹力，又须兼有60％～75％IACS以上的相对电导率以避免产生高的焦耳热；大规模集成电路引线框架材料强度为600MPa，相对电导率80％IACS以上，以保证承载时铜合金的长期稳定性；高速铁路接触线供电电压为25～30KV，为了提高载流量通常需要减小电阻，电阻率越小，接触线单位长度导线的截面积越小，接触线体积及重量越小，这除了需要材料具有优良的机械性能外，还需要高的导电率、耐磨性、抗软化能力及耐蚀性等。此外，电阻焊电极、连铸结晶器内衬、电气工程开关触桥、大型高速涡轮发电机转子导线、大功率异步牵引电动机转子等均需要材料具有高强度及高导电率的同时，还具有抗高温软化能力。目前已经研制出的Cu-Ag原位纤维复合材料强度达1200MPa以上的同时，电导率还能保持在60％～85％，性能可以满足高强度高导电率的要求，但这种复合材料的软化温度较低约为350℃，且其生产成本高、流程长，工艺控制较难，国内还未见商业化生产应用的报道，且这种复合材料的耐蚀性及耐磨性还有待验证。在环境温度较高或者工作过程中会产生大量焦耳热的场合，且对材料强度有较高要求的时候，须考虑导体材料性能的热稳定性。软化温度是评价材料抗高温软化能力的量化指标，自国标《GB/T33370-2016铜及铜合金软化温度的测定方法》颁布以来，铜合金软化温度的测定有了统一执行的标准，抗高温软化能力也越来越引起重视。因此，在现有成熟工艺技术基础上，进一步控制杂质元素含量，通过多元素微合金化，在少降低(甚至不降低)低铍铜合金电导率的情况下进一步提高合金的强度和软化温度是一种可实现商业化生产进而满足实际应用需求的方式。目前已公开的低铍铜合金相关专利中，如CN1616691A公开了一种低铍铜合金，硬度高、耐磨性好，但其Mn、Fe、Al总含量超过15％，电导率低，只用作模具等材料。CN101981211B公开了一种铍铜锻造块材料，通过塑性加工及热处理提高了材料性能的均匀性，强度可达1100MPa以上，且中心、表面及个方向上性能偏差较小，但其Be含量控制范围较大，上限为2.0％，且并未提及电导率，这类锻造块体较适用于轴承、箱体、模具等对电导率无要求或要求较低的结构材料领域。CN102383078B公开了一种高强度高导电率的低铍铜合金，加入一定量的Nb形成强化粒子，其抗拉强度为1200～1400MPa，CN102719699B公开以一种高弹性低铍铜合金，抗拉强度为800～1010MPa，这两种合金材料的电导率为45～60％IACS，其强度和电导率都基本满足高强度高电导率材料领域的要求，但热稳定性特别是抗高温软化性能并未得到评价。目前铍铜合金的最高软化温度约为520℃。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种高强度高软化温度的低铍铜合金和制备方法，这种低铍铜合金的抗拉强度可达850～1000MPa，电导率为50～60％IACS，软化温度可达600℃以上，同时还具有优良的高弹性稳定性、低弹性后效、无磁性、耐磨性、耐蚀性及塑性等综合性能，可用于轨道交通、航空、汽车、电力、电子、精密仪器仪表等行业。本专利技术的技术方案是：一种高强度高软化温度的低铍铜合金，各组分的质量百分比为：Be：0.2-0.5％，Ni：1.0-1.8％，Co：0.15-0.4％，Ag：0.5-0.8％，Zr：0.05-0.1％，Mg：0.02-0.05％，不可避免的杂质≤0.1％，余量为Cu。优选的，各组分的质量百分比为：Be：0.3-0.4％，Ni：1.4-1.6％，Co：0.3-0.4％，Ag：0.6-0.8％，Zr：0.05-0.09％，Mg：0.03-0.04％，余量为Cu。优选的，Ni+Co≤2.0％，4.5≤(Ni+Co)/Be≤6.0。低铍铜合金中不可避免的杂质包括Fe、O、P、S，Fe≤0.015wt％、O≤0.005wt％。上述低铍铜合金的制备方法，具有以下步骤：1)熔炼按合金各原料比例配料，真空熔炼，熔炼温度为1250-1350℃，加料顺序为，Cu、Ni、Co全熔后，在保护气氛下间隔依次加入Ag、Be、Zr、Mg，熔炼完毕，静置后浇注，浇铸温度为1170-1250℃，冷却后脱模得到铸锭；2)锻造步骤1)所得铸锭经铣面加工后加热至850-920℃，保温1-3h，始锻温度850-920℃，终锻温度不低于780℃，得到锻坯；3)热轧将步骤2)所得锻坯加热至850-950℃，保温1-2h，终轧温度不低于800℃，得到线材；4)固溶处理将步骤3)得到的线材升温至890-950℃并保温1-5h，水淬，出炉至入水的时间≤5s；5)冷塑性加工将步骤4)固溶处理后的线材酸洗后烘干，多道次冷拉拔或冷轧，每道次加工率70％以上，得到丝材；6)时效处理将步骤5)冷塑性加工后的丝材升温至400-520℃保温1-7h，空冷或随炉冷却。步骤1)所述熔炼包括以下步骤：1)在容器内放置Cu、Ni、Co，其中Ni、Co位于容器下部，大块料间放置小块料，容器下部紧实、上部松散；2)真空炉抽真空度＜30Pa，送电升温1250-1350℃至Cu、Ni、Co全熔；3)第一次精炼，调真空度＜10Pa时，充氩至7-10kPa，依次间隔加入Ag、Be、Zr，其中，Zr以CuZr14中间合金形式加入，每加一种原料后加大送电功率且搅拌2-5s至全熔，精炼时反复摇动容器，精炼时间15-30min；4)第二次精炼，调真空度＜5Pa时，充氩至7-10kPa，加入Mg，Mg以MgNi20中间合金形式加入，精炼时间10-15min，搅拌、振荡5-10s，静置，调温至1170-1250℃，浇铸凝固脱模得到铸锭。上述步骤1)加入的Cu为二号氧化铜，加入的Ni为电解镍，加入的Co为电解钴。步骤5)冷拉拔或冷轧的每道次间需中间热处理、酸洗，其中中间热处理温度为890-950℃，保温20min-1h。本专利技术所述合金各元素本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强度高软化温度的低铍铜合金，其特征在于，各组分的质量百分比为：Be：0.2‑0.5％，Ni：1.0‑1.8％，Co：0.15‑0.4％，Ag：0.5‑0.8％，Zr：0.05‑0.1％，Mg：0.02‑0.05％，不可避免的杂质≤0.1％，余量为Cu。

【技术特征摘要】
1.一种高强度高软化温度的低铍铜合金，其特征在于，各组分的质量百分比为：Be：0.2-0.5％，Ni：1.0-1.8％，Co：0.15-0.4％，Ag：0.5-0.8％，Zr：0.05-0.1％，Mg：0.02-0.05％，不可避免的杂质≤0.1％，余量为Cu。2.根据权利要求1所述的低铍铜合金，其特征在于，各组分的质量百分比为：Be：0.3-0.4％，Ni：1.4-1.6％，Co：0.3-0.4％，Ag：0.6-0.8％，Zr：0.05-0.09％，Mg：0.03-0.04％，余量为Cu。3.根据权利要求1或2所述的低铍铜合金，其特征在于：Ni+Co≤2.0％，4.5≤(Ni+Co)/Be≤6.0。4.根据权利要求1所述的低铍铜合金，其特征在于：不可避免的杂质Fe≤0.015wt％、O≤0.005wt％。5.权利要求1至3任一所述低铍铜合金的制备方法，其特征在于，具有以下步骤：1)熔炼按权利要求1或2或3配料，真空熔炼，熔炼温度为1250-1350℃，加料顺序为，Cu、Ni、Co全熔后，在保护气氛下间隔依次加入Ag、Be、Zr、Mg，熔炼完毕，静置后浇注，浇铸温度为1170-1250℃，冷却后脱模得到铸锭；2)锻造步骤1)所得铸锭经铣面加工后加热至850-920℃，保温1-3h，始锻温度850-920℃，终锻温度不低于780℃，得到锻坯；3)热轧将步骤2)所得锻坯加热至850-950℃，保温1-2h，终轧温度不低于800℃，得到线材；4)固...

【专利技术属性】
技术研发人员：何钦生，邹兴政，李方，唐锐，赵安中，
申请(专利权)人：重庆材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆,50