一种易切削铜镍硅棒材及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种易切削铜镍硅棒材，其特征在于：该铜镍硅的质量百分比组成为Ni：3.5～5.5％，Si：0.7～1.5％，Te：0.1～1.0％，P：0.01～0.1％，Mn：0～0.2％，Mg：0.05～0.2％，余量为Cu和不可避免的杂质。在铜基体中添加Ni、Si、Te、P、Mn、Mg并控制各自的添加量，基体中含有δ

【技术实现步骤摘要】
一种易切削铜镍硅棒材及其制备方法


[0001]本专利技术属于铜合金
，具体涉及一种易切削铜镍硅棒材及其制备方法。

技术介绍

[0002]高强度高导电铜合金是未来应用于高新领域的重要材料，高强度、高导电铜合金设计的基本原理是在铜基体中加入低固溶度的合金元素，通过高温固溶处理，合金元素在铜基体中形成过饱和固溶体。经过后续时效处理后，过饱和固溶体分解，固溶的合金元素以沉淀相形式从铜基体中析出，合金的强度和电导率得以提高。
[0003]其中Cu
‑
Ni
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Si系列作为一种析出强化合金，弥散的δ
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Ni2Si粒子可从经固溶、时效合金热处理基体中析出，大幅度提高了材料的强度，并兼具有良好的导电性。目前Cu
‑
Ni
‑
Si系列合金主要牌号有C70250，C70260，C19010，C19005等，其中C70250系列Ni、Si含量较高，且Ni/Si质量比控制在4:1左右，因此在相同工艺条件下，C70250系列析出δ
‑
Ni2Si强化相数量比其他牌号更多，材料抗拉强度最高能够稳定达到800MPa以上。
[0004]然而Cu
‑
Ni
‑
Si系列合金棒材均存在切削性能差的问题，尤其经过加工硬化和时效强化后，材料强度进一步提高。由于合金组织中不存在易切削相，材料切削阻力极大，且刀具损刀严重，严重降低刀具使用寿命，因此切削加工速率需设定非常慢，影响生产效率。为提高材料切削性能，必须添加一定量易切削元素，但是带来的负面效果就是合金冷热加工性能降低，力学性能降低。若采用现有常规工艺上述负面效果尤为显著，无法同时兼具高强度和易切削性能。因此为实现高强度和易切削性能，必须优化合金成分和调整加工工艺以最大限度降低上述负面效果。
[0005]针对上述问题，拟在Cu
‑
Ni
‑
Si系列成分基础上开发一款易切削合金铜镍硅棒材，通过优化合金元素组分，在不显著降低合金强度、导电性能前提下促进易切削相的形成，同时优化冷热加工及热处理工艺，使其兼具Cu
‑
Ni
‑
Si系列高强度高导电性能和良好切削加工性能。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的第一个技术问题是提供一种兼顾强度、导电和冷热加工性能的易切削铜镍硅棒材。
[0007]本专利技术所要解决的第二个技术问题是提供一种易切削铜镍硅棒材的制备方法。
[0008]本专利技术解决第一个技术问题所采用的技术方案为：一种易切削铜镍硅棒材，其特征在于：该铜镍硅的质量百分比组成为Ni：3.5～5.5％，Si：0.7～1.5％，Te：0.1～1.0％，P：0.01～0.1％，Mn：0～0.2％，Mg：0.05～0.2％，余量为Cu和不可避免的杂质。
[0009]本专利技术以Cu
‑
Ni
‑
Si合金系列为基础，其中Ni元素与Si元素作为主要添加元素，促进δ
‑
Ni2Si析出强化相的形成以保证材料具备高强度和高导电性能。控制Ni含量下限在3.5％以上，一方面Ni元素能够固溶于Cu基体中，实现良好固溶强化效果，另一方面保证δ
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Ni2Si析出强化相的形成数量，起到良好析出强化效果。控制Ni元素上限在5.5％以上，目的
为避免恶化合金的加工性能，若Ni含量过高，所需挤压力大幅度提高，挤压后坯料易出现横向裂纹。同时合金固溶工艺难度增大，固溶处理后坯料硬度高，塑性低，无法正常进行后道冷加工处理。Si元素添加量与Ni含量有关，本专利技术控制Ni/Si质量比在4～5范围，以获得最佳的力学性能与导电性能。若Si含量过高，一方面使材料脆性增加，降低后道加工塑性，另一方面使合金导电性能降低。
[0010]Te元素的添加目的为改善材料的切削性能，Te元素在Cu中的溶解度极低，以Cu2Te相的形式弥散分布于晶界中，应力场强度较低，从而合金保持良好的导电性能。较比于其他易切削Pb、Bi、S等元素，Te元素的加入不会显著降低合金的力学性能与加工塑性。上述Pb、Bi、S元素虽能够在一定程度上改善材料的切削性能，但是会显著增加材料的脆性，无法获得良好的冷热加工塑性，同时材料强度会随着上述元素添加量增加而出现大幅度下降的问题。为获得良好的力学导电综合性能和切削性能，本专利技术的Te元素的添加量控制在0.1～1.0％范围。
[0011]P元素的添加主要为促进NiP化合物形成，NiP化合物作为析出相能够进一步提高材料强度。同时需严格控制P含量范围，若P含量过高，则显著降低材料导电性能和加工塑性，因此本专利技术P元素的添加量控制在0.01～0.1％范围。
[0012]Mn元素的添加目的为提高材料的疲劳强度，以进一步提高材料的使用寿命。若Mn元素添加过高，熔炼过程中铜水粘稠度增加，流动性变差，易形成氧化铜渣。因此本专利技术Mn元素的添加量控制在0～0.2％范围，优选0.01～0.2％。
[0013]Mg元素的添加目的为提高铸锭品质，由于本专利技术合金铸造温度高，铜水在凝固过程中易吸气而形成疏松、气孔等缺陷。通过Mg元素的添加后上述问题能够得以有效改善。同时添加微量Mg元素也有利于提升材料的切削加工性能，本专利技术控制Mg元素的添加量控制在0.05～0.2％范围。
[0014]作为优选，该铜镍硅的微观组织中含有基体相和第二相，第二相包括δ
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Ni2Si相、NiP相和Cu2Te相，δ
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Ni2Si相平均尺寸范围：0.01～0.5μm，面积占比为0.5～5％，NiP相平均尺寸范围：0.05～1μm，面积占比为0.1～2％，Cu2Te相平均尺寸范围：5～10μm，面积占比5～20％。在所添加元素含量一定前提下，析出相尺寸越小，析出相分布量越多，力学性能、导电性能和切削效果提升更为显著。反之，析出相尺寸越大，分布量越少，上述性能提升不显著。δ
‑
Ni2Si相和NiP同属为强化相，若面积占比小，强化效果不显著，若面积增加，合金冷变形塑性变差，易发生拉伸变形开裂，无法正常加工。Cu2Te相属于易切削相，若面积占比小，切削性能无法满足要求。若面积占比过大，合金热加工塑性变差，则无法通过正常挤压加工工艺制备。
[0015]本专利技术解决第二个技术问题所采用的技术方案为：一种易切削铜镍硅棒材的制备方法，其特征在于：工艺流程包括熔炼
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铸造
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挤压
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中间拉伸
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时效
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成品拉伸；所述铸造温度：1200～1300℃，拉铸速度：20～50mm/min，铸锭出结晶器温度为600～800℃。
[0016]由于本专利技术合金在铜基体的基础上同时添加Ni、Si、Mn、Te、P等元素，导热性能一般，合金在凝固过程中凝固结晶速率较慢，铸锭外层凝固后，中心部位仍可能是液态，且Ni、Si元素添加量较大，因此，合金在铸造过程中极本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种易切削铜镍硅棒材，其特征在于：该铜镍硅的质量百分比组成为Ni：3.5～5.5％，Si：0.7～1.5％，Te：0.1～1.0％，P：0.01～0.1％，Mn：0～0.2％，Mg：0.05～0.2％，余量为Cu和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的易切削铜镍硅棒材，其特征在于：该铜镍硅的微观组织中含有基体相和第二相，第二相包括δ
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Ni2Si相、NiP相和Cu2Te相，δ
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Ni2Si相平均尺寸范围：0.01～0.5μm，面积占比为0.5～5％，NiP相平均尺寸范围：0.05～1μm，面积占比为0.1～2％，Cu2Te相平均尺寸范围：5～10μm，面积占比5～20％。3.一种权利要求1或2所述的易切削铜镍硅棒材的制备方法，其特征在于：工艺流程包括熔炼
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铸造
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挤压
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中间拉伸
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时效
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成品拉伸；所述铸造温度：1200～1300℃，拉铸速度：20～5...

【专利技术属性】
技术研发人员：华称文，李周遥，汪青松，刘雄雄，
申请(专利权)人：宁波金田铜业集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：