一种适用于非真空制备的Cu-Cr-Zr合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于非真空制备的Cu‑Cr‑Zr合金及其制备方法，其成分包括：Cr 0.2wt％‑0.8wt％，Zr 0.02wt％‑0.2wt％，Mg 0.05wt％‑0.2wt％，B 0.03wt％‑0.06wt％，Ti 0.03wt％‑0.2wt％，余量为Cu。其制备方法包括：熔化、熔体除气、合金化、铸造。本发明专利技术得到的Cu‑Cr‑Zr产品，适合于上引连铸、水平连铸、立式连铸等非真空方式熔铸，连铸或半连铸过程中，以Cu‑Mg‑Zr中间合金补偿Zr、Mg元素，提高非真空制备的可操作性。经常规的工艺制备成产品，性能可实现抗拉强度不低于560MPa，导电率不低于75％IACS。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于非真空制备的Cu-Cr-Zr合金及其制备方法
本专利技术涉及铜合金加工
，具体涉及一种适用于非真空制备的Cu-Cr-Zr合金及其制备方法。
技术介绍
Cu-Cr-Zr合金具备优异的综合性能，可用于极大规模电路引线框架、电气连接器、电阻焊电极、高铁接触线、结晶器内衬等，是一种发展前景广阔的合金。由于Zr元素极易烧损，故Cu-Cr-Zr合金的理想制备方法为真空熔铸。由于真空熔铸方式设备投资大，生产效率较低，合金制备成本高，现行工业化生产中为提高生产效率、降低成本，常采用非真空连铸方式生产铸锭，再加工至所需产品。非真空条件下，Cu-Cr-Zr合金连铸过程和连铸补料过程中的Zr损失控制、半连铸熔体转移和结晶器内熔体的Zr损失控制，以及如何在铸锭全长范围内保证Zr的稳定，提高Zr元素的收得率，是现阶段面临的技术难题。非真空制备方法中，为了减少Zr的烧损，常规做法是使用覆盖剂或者惰性气体对熔体进行保护，如专利CN101531149B、CN101613808B、CN101618445B、CN106735003B、CN107586975B、CN108526422A等。该做法具备一定的保护效果，但是由于连铸过程持续时间较长，以及连续铸造补料过程中原料带入氧，熔体中的氧含量仍然会持续增加，导致Zr的收得率一般低于50％。还有研究者利用其他元素替代Zr或者降低Zr含量，以降低制备难度。专利CN107287468B和CN108526422A通过添加廉价的常见元素Mg、Si等元素替代或降低Zr含量，CN103966475B和CN108277378B分别采用Ti和Ag元素代替Zr元素。但是Cu-Cr-Zr系合金优异的综合性能，是这些替代合金难以完全企及的，这也是Cu-Cr-Zr合金虽然制备难度大，但仍然备受推崇的原因。
技术实现思路
针对上述已有技术存在的不足，本专利技术提供一种适用于非真空制备的Cu-Cr-Zr合金及其制备方法。本专利技术是通过以下技术方案实现的。一种适用于非真空制备的Cu-Cr-Zr合金，其特征在于，其成分包括：Cr0.2wt％-0.8wt％，Zr0.02wt％-0.2wt％，Mg0.05wt％-0.2wt％，B0.03wt％-0.06wt％，Ti0.03wt％-0.2wt％，余量为Cu。进一步的，本专利技术所述的一种适合于非真空制备的Cu-Cr-Zr合金，其优选的成分质量百分比包括：Cr0.3wt％-0.6wt％，Zr0.05wt％-0.1wt％，Mg0.1wt％-0.2wt％，B0.03wt％-0.05wt％，Ti0.03wt％-0.1wt％，余量为Cu。进一步的，所述的Zr、Mg元素均通过Cu-Mg-Zr中间合金加入，Cu-Mg-Zr中间合金中元素含量包括：Zr10wt％-30wt％，Mg5wt％-20wt％，余量为Cu。Cr通过Cu-Cr中间合金加入，B通过Cu-B中间合金加入，Ti通过Cu-Ti中间合金加入，Cu采用阴极铜。一种上述的适合于非真空制备的Cu-Cr-Zr合金，可用于生产板、带、箔、棒、线、型材等多种形式产品。一种如上所述的适用于非真空制备的Cu-Cr-Zr合金的制备方法，具体包括以下步骤：(1)熔化：将铜装入感应熔炼炉，添加覆盖剂，在保护气氛下进行熔化，得到铜熔体；(2)熔体除气：对经步骤(1)得到的铜熔体进行除气处理，其中，除气处理方式为Cu-P除气、惰性气体除气中的一种或两种方式的组合，将铜熔体中的氧含量降低至50ppm以下，并对处理后的熔体进行严密覆盖及惰性气体保护；(3)合金化：将中间合金加入经步骤(2)得到的铜熔体中，得到铜合金熔体；(4)铸造：对步骤(3)所得铜合金熔体进行铸造，获得铸坯。铸造过程中，对熔体中合金元素含量定时检测，根据需要进行合金元素补偿。进一步地，所述步骤(4)中，铸造过程中，对熔体中合金元素含量定时检测，间隔30～120分钟添加Cu-Mg-Zr中间合金补偿Zr、Mg元素，其他元素根据需要，进行不定时补偿。进一步地，所述步骤(4)中，对步骤(3)所得铜合金熔体进行铸造采用上引连铸、水平连铸、立式连铸中的一种非真空方式。本专利技术得到Cu-Cr-Zr产品，经常规的工艺制备成产品，性能可实现抗拉强度不低于560MPa，导电率不低于75％IACS。本专利技术的合金添加一定量的Mg和B元素，因其更易于与氧结合，降低熔体中的氧含量，使熔体持续保持低氧含量，减少Zr元素烧损。连铸或半连铸过程中，以Cu-Mg-Zr中间合金补偿Zr、Mg元素，进一步提高非真空制备的可操作性。所制备的合金可用于极大规模电路引线框架、电气连接器、电阻焊电极、高铁接触线、结晶器内衬等领域。本专利技术的有益技术效果如下：(1)本专利技术中，合金添加一定量的Mg和B元素，因其更易于与氧结合，降低熔体中的氧含量，使熔体持续保持低氧含量，可降低Cu-Cr-Zr合金连铸过程和连铸补料过程中的Zr损失、或减少半连铸熔体转移和结晶器内熔体的Zr损失，有助于提高铸锭全长范围内Zr的稳定，提高Zr元素的收得率；(2)本专利技术中，连铸或半连铸过程中，以Cu-Mg-Zr中间合金补偿Zr、Mg元素，实现Mg与Zr元素的同时添加，因Mg更易于与氧结合，从而有效降低Zr元素的氧化损失，Zr收得率达70％，进一步提高非真空制备的可操作性；(3)本专利技术中，B和Ti元素，能够起到进一步强化合金和细化铸锭组织的作用，改善成品的综合性能；(4)本专利技术公开的Cu-Cr-Zr合金，适合于上引连铸、水平连铸、立式连铸等非真空方式制备，可用于生产板、带、箔、棒、线、型材等多种形式产品。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术进行详细说明。实施例1(1)熔化：将阴极铜加入带中间过渡仓的三炉体感应熔炼炉，添加木炭、石墨鳞片覆盖，在氩气保护下进行熔化，得到铜熔体；(2)除气：向(1)中铜熔体中通入氩气二十分钟，测得熔体中的氧含量为45ppm，对处理后的熔体覆盖木炭、鳞片石墨，并充氩气保护；(3)合金化：将Cu-15wt％Cr中间合金加入熔体中熔化，待Cu-15wt％Cr中间合金完全熔化后，依次添加Cu-20wt％Mg-10wt％Zr、Cu-5wt％B和Cu-20wt％Ti中间合金，搅拌、静置、调整合金成分为Cr0.2wt％，Zr0.02wt％，Mg0.15wt％，B0.06wt％，Ti0.2wt％，余量为Cu；(4)上引连铸：待熔体温度达到1200℃，开始上引连铸。拉铸过程中，对熔体成分定时检测，每间隔120分钟，进行一次Cu-5wt％Mg-30wt％Zr的补偿。得到φ20mm铸坯2.5吨；(5)加工至棒线：将步骤(4)所得铜合金棒坯，经900℃×1h固溶—连续挤压至φ28mm—冷拉至φ20mm—420℃×4h时效—冷拉至φ10mm。合金抗拉强度为560MPa，导电率为85％IACS。实施例2(1)熔化：将阴极铜加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于非真空制备的Cu-Cr-Zr合金，其特征在于，其成分包括：Cr 0.2wt％-0.8wt％，Zr 0.02wt％-0.2wt％，Mg 0.05wt％-0.2wt％，B 0.03wt％-0.06wt％，Ti0.03wt％-0.2wt％，余量为Cu。/n

【技术特征摘要】
1.一种适用于非真空制备的Cu-Cr-Zr合金，其特征在于，其成分包括：Cr0.2wt％-0.8wt％，Zr0.02wt％-0.2wt％，Mg0.05wt％-0.2wt％，B0.03wt％-0.06wt％，Ti0.03wt％-0.2wt％，余量为Cu。


2.根据权利要求1所述的合金，其特征在于，其成分的质量百分比包括：Cr0.3wt％-0.6wt％，Zr0.05wt％-0.1wt％，Mg0.1wt％-0.2wt％，B0.03wt％-0.05wt％，Ti0.03wt％-0.1wt％，余量为Cu。


3.根据权利要求1所述的合金，其特征在于，所述的Zr、Mg元素均通过Cu-Mg-Zr中间合金加入，Cu-Mg-Zr中间合金中元素含量包括：Zr10wt％-30wt％，Mg5wt％-20wt％，余量为Cu。


4.一种如权利要求1-3任一所述的适用于非真空制备的Cu-Cr-Zr合金的...

【专利技术属性】
技术研发人员：娄花芬，张曦，向朝建，陈忠平，王金华，杨春秀，莫永达，
申请(专利权)人：中铝材料应用研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11