焊接用铜基合金材料及其制造方法技术

本发明专利技术涉及焊接用铜基合金材料及制造方法，根据本发明专利技术实施例的焊接用铜基合金材料按重量百分比包含如下元素：锰Mn 0.2％‑1.5％、锌Zn 18％‑29％、银Ag 0.001％‑0.01％、硼B 0.001‑0.003％、镍Ni 0.001％‑0.01％、钼Mo 0.001％‑0.009％、铟In 0.001％‑0.01％、锆Zr 0.001％‑0.01％、铈Ce 0.001‑0.005％、钪Sc 0.001％‑0.009％，铷Rd 0.001％‑0.009％，铌Nb 0.001％‑0.005％，钕Nd 0.002％‑0.01％，余量为铜Cu。本发明专利技术与现有技术相比，根据本发明专利技术实施例的焊接用铜基合金材料，可以获得优异的焊接质量，具有优异的焊接工艺适应性。

Copper-based Alloy Material for Welding and Its Manufacturing Method

The invention relates to a copper-based alloy material for welding and its manufacturing method. According to the embodiment of the invention, the copper-based alloy material for welding comprises the following elements in weight percentage: manganese and manganese 0.2%1.5%, zinc and zinc 18%29%, silver and Ag 0.001%0.01%, boron B 0.001_0.003%, nickel and nickel 0.001%0.01%, molybdenum and Mo 0.001%0.009%, indium in 0.001%0.01%, zirconium and Ag 0.001%0.01%. 01%0.01%, Ce 0.001_0.005%, Sc 0.001%0.009%, Rd 0.001%0.009%, Nb 0.001%0.005%, Nd 0.002%0.01%, the remainder is copper and copper. Compared with the prior art, the copper-based alloy material for welding according to the embodiment of the present invention can obtain excellent welding quality and excellent welding process adaptability.

【技术实现步骤摘要】
焊接用铜基合金材料及其制造方法
本专利技术属于金属材料领域，涉及铜合金材料，尤其涉及一种焊接用铜基合金材料及其制造方法。
技术介绍
夹具是在机械加工、焊接、热处理、检验及装配等工艺过程中用于精确固定加工对象的装置，其中应用最广、种类最多的为机械加工过程中使用的机床夹具。机床夹具大幅提高了工件的加工精度和加工生产率，扩大了通用机床的加工范围。随着工业领域与科学技术的进步，各种设备、仪器及元器件等不断向集成化、高精度化发展，对于机械加工工艺和装备的要求也不断提高。机床用夹具作为加工装备中必不可少的组成部分，其是否满足应用需求，取决于其材料选择、结构设计、制造工艺及最终的性能。现有高精度机床夹具都采用硬质合金钢基体焊接的方式进行制造和应用。硬质合金具有很高的硬度、强度和耐磨性，但是脆性高、韧性差，且其可加工性差，成本很高；钢基体虽然不具备极高的硬度和耐磨性，但其具有很好的塑性、韧性；用焊接的方法将硬质合金镶嵌在钢基体上，很好地解决了硬质合金成本高、难以加工、形状简单、尺寸有限、韧性差等不足。机床用夹具长期应用于具有挤压、冲击或交变载荷的腐蚀环境，基体钢与硬质合金的焊接质量很大程度上决定了夹具的性能和寿命。焊接是包括热能传递、元素扩散、化学冶金反应、焊接基体材料组织及晶粒变化等一系列化学、物理现象的综合过程。长久以来，机床夹具的焊接存在以下问题：1)焊接用材料对于焊接工艺参数包括焊接温度、保温时间、加热速度、冷却速度、焊接环境等具有极高的要求；2)焊接材料对基体材料的润湿性和铺展性有待改善；3)焊接后存在焊接残余应力、焊接裂纹、界面反应及焊接区域组织脆化等焊接缺陷，且并非在焊接后立即呈现；4)现有焊接材料的焊接工艺参数对钢基体材料与硬质合金材料均产生有害影响，降低夹具的整体强度；5)焊接用材料的成本高昂，有些含有有毒元素，污染环境。综上，焊接用材料是提高车床夹具硬质合金材料与钢基体焊接质量的关键，是提高车床夹具性能和寿命的核心。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供焊接用铜基合金材料及焊接用铜基合金材料的制造方法。根据本专利技术的一方面，根据本专利技术实施例的一种焊接用铜基合金材料，按重量百分比包含如下元素：锰Mn0.2％-1.5％、锌Zn18％-29％、银Ag0.001％-0.01％、硼B0.001-0.003％、镍Ni0.001％-0.01％、钼Mo0.001％-0.009％、铟In0.001％-0.01％、锆Zr0.001％-0.01％、铈Ce0.001-0.005％、钪Sc0.001％-0.009％，铷Rd0.001％-0.009％，铌Nb0.001％-0.005％，钕Nd0.002％-0.01％，余量为铜Cu。根据本专利技术的示例性实施例，所述焊接用铜基合金材料的的成分中，Ag、B和Ni的重量百分比合计为0.004％-0.015％，Zr的重量百分比、Mo的重量百分比的1/4、Ce的重量百分比的1/3以及Sc的重量百分比合计为0.003％-0.015％，Mn的重量百分比的1/5、Rd的重量百分比的1/3以及Nd的重量百分比的1/4合计为0.042％-0.258％，In的重量百分比、Nb的重量百分比的1/2以及Sc的重量百分比的1/3合计为0.002％-0.012％。根据本专利技术的示例性实施例，所述焊接用铜基合金材料的晶粒平均粒径小于或者等于20μm，固相线温度小于或者等于610℃，液相线温度小于或者等于750℃，润湿角小于或者等于2°。根据本专利技术的另一方面，根据本专利技术实施例的一种如上所述焊接用铜基合金材料的制造方法，包括：按重量百分比对以下成分：锰Mn0.2％-1.5％、锌Zn18％-29％、银Ag0.001％-0.01％、硼B0.001-0.003％、镍Ni0.001％-0.01％、钼Mo0.001％-0.009％、铟In0.001％-0.01％、锆Zr0.001％-0.01％、铈Ce0.001-0.005％、钪Sc0.001％-0.009％，铷Rd0.001％-0.009％，铌Nb0.001％-0.005％，钕Nd0.002％-0.01％，余量为铜Cu，其中，Ag、B和Ni的重量百分比合计为0.004％-0.015％，Zr的重量百分比、Mo的重量百分比的1/4、Ce的重量百分比的1/3以及Sc的重量百分比合计为0.003％-0.015％，Mn的重量百分比的1/5、Rd的重量百分比的1/3以及Nd的重量百分比的1/4合计为0.042％-0.258％，In的重量百分比、Nb的重量百分比的1/2以及Sc的重量百分比的1/3合计为0.002％-0.012％，进行配料，以此准备铜锭和铜中间合金颗粒；将所述铜锭在真空条件下快速熔化，熔化温度1250℃-1320℃，得到铜熔体；将所述铜熔体流入真空倾动式保温炉中，保温至1180℃-1200℃，电磁搅拌10min-15min，精炼、除渣和除气处理；添加各中间合金颗粒，电磁搅拌10min，再次精炼处理，静置15min，得到铜合金熔体；使铜合金熔体通过加热铸型器和冷却器，对铜合金熔体进行水平半固态连续定向凝固成型，得到铜合金铸坯；铜合金铸坯经过连续轧制，粗轧温度750℃-800℃，终轧温度580℃-600℃，得到Φ8mm-Φ55mm铜合金杆坯；第一热处理，轧制后的铜合金杆坯加热至850℃-900℃，并保持60s-180s，然后以60℃/s以上的速度至少冷却到70℃以下；对第一热处理后的铜合金杆坯进行剥皮处理；对剥皮处理后的铜合金杆坯进行至少一组的拉拔、第二热处理的、拉拔的组合处理，得到铜合金材料；对铜合金材料进行第三热处理，得到焊接用铜合金材料。根据本专利技术的示例性实施例，所述铜合金熔体的浇铸温度620℃-650℃。根据本专利技术的示例性实施例，铜中间合金颗粒为直径5-10mm的球状颗粒，铜在各铜中间合金中的重量百分比占90％。根据本专利技术的示例性实施例，所述第二热处理的温度为550℃-620℃，在线热处理速率为8m/s-15m/s。根据本专利技术的示例性实施例，所述拉拔时，最后一道次拉拔时的截面压缩率为25％-35％，其余各道次拉拔的截面压缩率为35％-55％。根据本专利技术的示例性实施例，铜合金熔体通过加热铸型器时，通入惰性气体对铜合金熔体进行保护。根据本专利技术的示例性实施例，所述第三热处理温度为480℃-500℃，时间为60min-100min。与现有技术相比，根据本专利技术实施例的焊接用铜基合金材料，具有更小的晶粒组织，且液相线温度、固相线温度、润湿角大幅降低，铺展率显著提高，从而显著降低焊接时所需的熔融温度，提高焊接时的焊料润湿能力，避免产生内应力与焊接裂纹及润湿不充分导致的焊接缺陷，同时避免在焊接过程中由于温度过高生产的硬脆相。此外，根据本专利技术实施例的焊接用铜基合金材料，所获得的焊缝具有更高的拉伸强度、剪切强度、屈服强度、焊缝疲劳强度和延伸率，具有优异的焊接质量；且所需的感应加热频率更低、感应加热温度更低，具有优异的焊接工艺适应性。具体实施方式为使本专利技术技术方案和优点更加清楚，通过以下几个具体实施例对本专利技术作进一步详细描述。显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种焊接用铜基合金材料，其特征在于，所述焊接用铜基合金材料按重量百分比包含如下元素：锰Mn 0.2％‑1.5％、锌Zn 18％‑29％、银Ag 0.001％‑0.01％、硼B 0.001‑0.003％、镍Ni 0.001％‑0.01％、钼Mo 0.001％‑0.009％、铟In 0.001％‑0.01％、锆Zr 0.001％‑0.01％、铈Ce 0.001‑0.005％、钪Sc 0.001％‑0.009％，铷Rd 0.001％‑0.009％，铌Nb 0.001％‑0.005％，钕Nd 0.002％‑0.01％，余量为铜Cu。

【技术特征摘要】
1.一种焊接用铜基合金材料，其特征在于，所述焊接用铜基合金材料按重量百分比包含如下元素：锰Mn0.2％-1.5％、锌Zn18％-29％、银Ag0.001％-0.01％、硼B0.001-0.003％、镍Ni0.001％-0.01％、钼Mo0.001％-0.009％、铟In0.001％-0.01％、锆Zr0.001％-0.01％、铈Ce0.001-0.005％、钪Sc0.001％-0.009％，铷Rd0.001％-0.009％，铌Nb0.001％-0.005％，钕Nd0.002％-0.01％，余量为铜Cu。2.根据权利要求1所述的焊接用铜基合金材料，其特征在于，Ag、B和Ni的重量百分比合计为0.004％-0.015％，Zr的重量百分比、Mo的重量百分比的1/4、Ce的重量百分比的1/3以及Sc的重量百分比合计为0.003％-0.015％，Mn的重量百分比的1/5、Rd的重量百分比的1/3以及Nd的重量百分比的1/4合计为0.042％-0.258％，In的重量百分比、Nb的重量百分比的1/2以及Sc的重量百分比的1/3合计为0.002％-0.012％。3.根据权利要求1-2任一所述的焊接用铜基合金材料，其特征在于，所述焊接用铜基合金材料的晶粒平均粒径小于或者等于20μm，固相线温度小于或者等于610℃，液相线温度小于或者等于750℃，润湿角小于或者等于2°。4.一种权利要求1-3任一所述的焊接用铜基合金材料的制造方法，其特征在于，所述方法包括：按重量百分比对以下成分：锰Mn0.2％-1.5％、锌Zn18％-29％、银Ag0.001％-0.01％、硼B0.001-0.003％、镍Ni0.001％-0.01％、钼Mo0.001％-0.009％、铟In0.001％-0.01％、锆Zr0.001％-0.01％、铈Ce0.001-0.005％、钪Sc0.001％-0.009％，铷Rd0.001％-0.009％，铌Nb0.001％-0.005％，钕Nd0.002％-0.01％，余量为铜Cu，其中，Ag、B和Ni的重量百分比合计为0.004％-0.015％，Zr的重量百分比、Mo的重量百分比的1/4、Ce的重量百分比的1/3...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱志军，汪积武，朱翰钦，朱心怡，
申请(专利权)人：黄山名伦精密五金有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34