插套用高性能铜合金材料及制造方法技术

本发明专利技术提供一种插套用高性能铜合金材料及制造方法；该材料包含：0.5‑2.0质量％的Ni，0.5‑2.0质量％的Sn，0.15‑0.5质量％的Si，2.0‑12.0质量％的Zn，0.03‑0.10质量％的P，余量是铜和不可避免的杂质；工序包括：在熔炼、铸造形成上述配方成分的合金铸锭后，进入热轧工序，第一次冷轧，第一次退火，第二次冷轧，第二次退火，第三次冷轧然后成品退火；其中热轧工序的总加工率大于90％，三次冷轧工序中第一次冷轧工序以大于60％小于90％的总冷加工率进行轧制、第二次冷轧工序以45％‑75％的总冷加工率冷轧至留底厚度，第三次冷轧工序以15％‑35％总冷加工率冷轧至最终厚度。具有强度适中、屈强比高以及弹性模量、导电率、抗应力松弛等综合性能优异的优点。

Inserting high performance copper alloy material and its manufacturing method

The invention provides a high-performance copper alloy material for sockets and a manufacturing method thereof; the material comprises: 0.5_2.0 mass% Ni, 0.5_2.0 mass% Sn, 0.15_0.5 mass% Si, 2.0_12.0 mass% Zn, 0.03_0.10 mass% P, and the remainder is copper and unavoidable impurities; and the working procedures include: smelting and casting forms. After casting the ingot with the above formula, it enters the hot rolling process, the first cold rolling, the first annealing, the second cold rolling, the second annealing, the third cold rolling and then the finished product annealing. For the second cold rolling process, the total cold working rate is 45%75% to the thickness of the bottom, and for the third cold rolling process, the total cold working rate is 15%35% to the final thickness. It has the advantages of moderate strength, high yield ratio, excellent elastic modulus, conductivity and stress relaxation resistance.

【技术实现步骤摘要】
插套用高性能铜合金材料及制造方法
本专利技术涉及民用电工领域插座、转换器和开关中插套用新型铜合金材料，具体涉及一种插套用高性能铜合金材料及制造方法。
技术介绍
锡磷青铜是应用最广泛的弹性铜合金，通过锡元素固溶强化和冷加工硬化可获得较高的机械性能，同时具有较高的延伸率，易于加工成复杂形状的弹性元件。由于锡原子半径与铜原子半径尺寸相差较大，锡固溶造成的晶格失配度大，导致锡磷青铜形变硬化率非常高，因此在冷加工生产过程中中间退火次数多，生产周期较长；另锡元素、磷元素显著降低铜的导电率，一般锡4-9％、磷0.1-0.25％含量的锡磷青铜导电率偏低，介于11％至19％IACS之间；加之锡为贵金属、价格偏高，故锡磷青铜的成本也一直居高不下；鉴于以上原因材料工作者一直致力于研制低锡或无锡铜合金来代替锡磷青铜。插套是插座中载流核心部件，冲制插套的材料通常采用铜合金，其性能指标一般要求如下：抗拉强度在490-540MPa、屈服强度470-510MPa、延伸率≥10％、硬度HV150-170；当材料力学性能过高时，材料冲压困难、尺寸不稳定；而力学性能过低时，材料虽易于冲型但降低插套插拔手感及使用寿命；因此在插套开口尺寸一定的前提下，尽量提高材料的弹性模量，改善插拔手感，一般要求材料的弹性模量≥110GPa；另在插套结构一定的前提下，还要尽量提高材料的导电率，降低插套温升，一般要求材料的导电率≥12％；插套在使用过程中承载一定的电流负载并同时存在一定量的弹性变形，因此材料必须具有良好的抗应力松弛性能，另插套在使用过程中必须能经受住数以万计次的插拔，因此材料必须具有良好的抗插拔疲劳性。目前国内外插座中插套主打材料仍是锡磷青铜，也有部分插套采用普通黄铜(如H62)和紫铜(如T2)；然而作为插套材料的普通黄铜、紫铜以及锡磷青铜都存在不足，如黄铜、紫铜的抗应力松弛特性较差、疲劳寿命低；而锡磷青铜成本高、导电率偏低。现有的先进铜合金材料也多有报道，如现有技术提及了一种强度、屈服强度、延伸率及导电性优异且具有良好弯曲加工性能的电气元件用铜合金材料，该铜合金具有抗拉强度大于等于700MPa，延伸率大于等于10％，导电率大于等于40％IACS。其制造方法包括：第1冷轧工序，形成铜合金原料后，将铜合金原料冷轧至目标最终板厚的1.1-1.3倍厚度；第1热处理工序，将第1冷轧后的材料加热至700-850℃后，以每分钟25℃以上的速度冷却至300℃以下；第2冷轧工序，将第1热处理后的材料冷轧至目标最终板厚；第2热处理工序，将第2冷轧后的材料加热至400-500℃，保持0.5-3小时。详细工艺流程可见附图1。但是按该合金材料成分配比和加工工艺，所获得材料的抗拉强度太高、应用于插套将会导致插套的成型加工困难；此外该合金在制造过程其第2冷轧工序的冷加工率仅仅约17％，加工率太小，不利于镍硅、镍磷化合物的析出，显著降低材料弹性模量和抗应力松弛特性。又如现有技术公开一种强度、弯曲性及耐应力松弛特性都优异的Cu-Zn-Sn-Ni-P系合金，其含有质量3％以上的、原料费相比Cu、Ni较便宜的Zn，同时允许含有混入到铜屑中的Sn；其以质量％计含有Sn：0.2-0.8％、Zn：3-18％、Ni：0.3-1.2％、P：0.01-0.12％，剩余部分包含Cu及不可避免的杂质，晶体粒径为1μm以上且10μm以下，将来自(220)面的X射线衍射强度设为I(220)，将来自(311)面的X射线衍射强度设为I(311)且将纯铜粉末标准试样来自(220)、(311)面的X射线衍射强度分别设为I0(220)，I0(311)时，满足I(220)/I0(220)≤3.0且I(311)/I0(311)≤0.5；且Cu-Zn-Sn-Ni-P系合金的抗拉强度为540MPa以上，沿轧制方向的应力松弛率最高达25％。该专利材料沿轧制方向的应力松弛性能较差，其应力松弛率最高能达到25％；而且按其搭配的合金成分及制造方法，该合金材料的抗拉强度也偏高，不利于插套的成型加工。
技术实现思路
本专利技术针对上述现有技术的不足，提供一种强度适中、屈强比高以及弹性模量、导电率、抗应力松弛等综合性能优异的插套用高性能铜合金材料。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的一种技术方案为：一种插套用高性能铜合金材料，该材料包含：0.5-2.0质量％的Ni，0.5-2.0质量％的Sn，0.15-0.5质量％的Si，2.0-12.0质量％的Zn，0.03-0.10质量％的P，余量是铜和不可避免的杂质。在一个实施方案中，本专利技术的插套用高性能铜合金材料，该材料包含：0.5-2.0质量％的Ni，0.5-2.0质量％的Sn，0.15-0.5质量％的Si，2.0-12.0质量％的Zn，0.03-0.10质量％的P；其中Ni的质量与Si和P的合计质量之比3.2-4.5，余量是铜和不可避免的杂质。在一个实施方案中，本专利技术的插套用高性能铜合金材料，该材料包含：0.5-2.0质量％的Ni，0.7-1.5质量％的Sn，0.2-0.45质量％的Si，4.0-10.0质量％的Zn，0.03-0.08质量％的P；其中Ni的质量与Si和P的合计质量之比3.2-4.5，余量是铜和不可避免的杂质。为了解决上述技术问题，作为本专利技术的插套用高性能铜合金材料，另一个技术方案为：一种插套用高性能铜合金材料，该材料包含：0.5-2.0质量％的Ni，0.5-2.0质量％的Sn，0.15-0.5质量％的Si，2.0-12.0质量％的Zn，0.03-0.10质量％的P，总量不超过1.0质量％的选自Cr、Zr、La和Ce中的至少一种，余量是铜和不可避免的杂质。在一个实施方案中，所述的Cr、Zr、La和Ce中的至少一种在插套用高性能铜合金材料中的添加量为0.01-1.0％。在一个实施方案中，所述的Cr、Zr、La和Ce中的至少一种在插套用高性能铜合金材料中的添加量为0.05-0.65％。本专利技术上述的插套用高性能铜合金材料中添加了选自Cr、Zr、La和Ce中的至少一种元素，添加总量不超过1.0质量％的范围，因为这样通过改善材料的组织状态如Cr或Zr显著细化晶粒、La或Ce显著净化铜合金的晶界，因此可以获得更好的特性。这些元素分别具有进一步改善抗应力松弛特性、弹性和导电性能的作用，但是，其合计含量不足0.0l质量％时，其产生的效果不显著，超过1.0质量％时，提升效果并不显著且显著增加材料的成本，尤其Cr、Zr在铜合金熔炼铸造过程中会产生显著增加熔体粘度、降低铸造性。因此Cr、Zr和La、Ce的组成范围规定为合计0.0l-1.0质量％，更优选规定为0.05-0.65质量％。本专利技术要解决的另一个技术问题是提供上述插套用高性能铜合金材料的制造方法，工序包括：在熔炼、铸造形成上述配方成分的合金铸锭后，进入热轧工序，第一次冷轧，第一次退火，第二次冷轧，第二次退火，第三次冷轧然后成品退火；其中热轧工序的总加工率大于90％，三次冷轧工序中第一次冷轧工序以大于60％小于90％的总冷加工率进行轧制、第二次冷轧工序以45％-75％的总冷加工率冷轧至留底厚度，第三次冷轧工序以15％-35％总冷加工率冷轧至最终厚度。本专利技术上述的插套用高性能铜合金材料的制造方法，其中热轧工序，具体为对形成的铜合金原料进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种插套用高性能铜合金材料，其特征在于：该材料包含0.5‑2.0质量％的Ni，0.5‑2.0质量％的Sn，0.15‑0.5质量％的Si，2.0‑12.0质量％的Zn，0.03‑0.10质量％的P，余量是铜和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种插套用高性能铜合金材料，其特征在于：该材料包含0.5-2.0质量％的Ni，0.5-2.0质量％的Sn，0.15-0.5质量％的Si，2.0-12.0质量％的Zn，0.03-0.10质量％的P，余量是铜和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的插套用高性能铜合金材料，其特征在于：该材料包含0.5-2.0质量％的Ni，0.5-2.0质量％的Sn，0.15-0.5质量％的Si，2.0-12.0质量％的Zn，0.03-0.10质量％的P；其中Ni的质量与Si和P的合计质量之比3.2-4.5，余量是铜和不可避免的杂质。3.根据权利要求1或2所述的插套用高性能铜合金材料，其特征在于：该材料包含0.5-2.0质量％的Ni，0.7-1.5质量％的Sn，0.2-0.45质量％的Si，4.0-10.0质量％的Zn，0.03-0.08质量％的P；其中Ni的质量与Si和P的合计质量之比3.2-4.5，余量是铜和不可避免的杂质。4.一种插套用高性能铜合金材料，其特征在于：该材料包含0.5-2.0质量％的Ni，0.5-2.0质量％的Sn，0.15-0.5质量％的Si，2.0-12.0质量％的Zn，0.03-0.10质量％的P，总量不超过1.0质量％的选自Cr、Zr、La和Ce中的至少一种，余量是铜和不可避免的杂质。5.根据权利要求4所述的插套用高性能铜合金材料，其特征在于：所述的Cr、Zr、La和Ce中的至少一种在插套用高性能铜合金材料中的添加量为0.01-1.0％。6.根据权利要求5所述的插套用高性能铜合金材料，其特征在于：所述的Cr、Zr、La和Ce中的至少一种在插套用高性能铜合金...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘钦雷，申会员，龚光辉，何洋，
申请(专利权)人：公牛集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33