一种铬锆铜合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种铬锆铜合金，其特征在于：该铬锆铜的质量百分比组成为Cr：0.65～1.2wt％，Zr：0.05～0.20wt％，Sn：0.05～0.2wt％，Ti：0.05～0.12wt％，V：0.006～0.05wt％，余量为Cu和不可避免的杂质。本发明专利技术通过在铜铬锆的基础上进一步添加Sn、Ti、V，并控制Sn、Ti、V的添加量，在不降低导热率的同时提高了铬锆铜合金的变形能力，解决了目前普通铜铬锆材料加工的结晶器铜套在青铜和白铜铸造过程中容易蠕变变形的问题。造过程中容易蠕变变形的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种铬锆铜合金及其制备方法


[0001]本专利技术属于铜合金
，具体涉及一种铬锆铜合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]C18150是铬锆铜合金系中综合性能最优异的合金牌号，它具有高强度、良好的导热和抗变形性能，加工的零部件通常服役于复杂工况环境中，如水平连铸结晶器的铜套等。铬锆铜铜套在连铸黄铜、紫铜时不易变形，寿命远远长于紫铜，但是用于连铸青铜、白铜等合金时，它们的铸造温度高于普通黄铜200～400℃，铬锆铜铜套在使用一段时间后，存在一定程度的变形，主要原因是目前的铬锆铜抗蠕变性能不尽人意。
[0003]金属材料在一定温度和长时间受力状态下，即使所受应力小于其屈服强度，但随着时间的增长，也会慢慢地产生塑性变形，这种现象称为蠕变，它与材料的材质及结构特征有关。反映材料抗蠕变性能的主要指标是蠕变极限、蠕变伸长率和蠕变伸长时间，它们影响材料抗变形的能力。
[0004]目前铬锆铜C18150蠕变极限只有120～200MPa，熔炼青铜、白铜等铸造温度高的合金时，C18150材质铜套使用一段时间后发生变形，导致铜套与石墨模具之间产生间隙，导致结晶器冷却不良，影响铜液结晶凝固，变形后的铜套经过适当车削修理能再次使用，这样反复修理几次后，铜套内径变大而不能与石墨模具紧密配合，此时铜套只能报废。
[0005]为了防止铬锆铜材料长时间在服役过程中发生变形，需提高其抗蠕变性能。提高铬锆铜抗蠕变性能通常是添加0.01～0.015wt％的Si元素，但是添加微量的Si提高铬锆铜抗蠕变性能效果很有限，而且会严重降低铬锆铜的导热率，作为高强高导材料，导热性能是最重要的性能要求，导热性能变差，导致铸坯连铸时容易开裂，连铸速度也下降，影响生产效率。
[0006]因此，针对目前铬锆铜材料存在的抗蠕变性能不佳以及添加Si元素导致导热性变差的问题，对目前的C18150铬锆铜成分以及铜套加工工艺进行改进设计。

技术实现思路

[0007]本专利技术所要解决的第一个技术问题是提供一种在不降低导热率的同时提高高温变形能力的铬锆铜合金。
[0008]本专利技术所要解决的第二个技术问题是提供一种铬锆铜合金的制备方法。
[0009]本专利技术解决第一个技术问题所采用的技术方案为：一种铬锆铜合金，其特征在于：该铬锆铜的质量百分比组成为Cr：0.65～1.2wt％，Zr：0.05～0.20wt％，Sn：0.05～0.2wt％，Ti：0.05～0.12wt％，V：0.006～0.05wt％，余量为Cu和不可避免的杂质。
[0010]Cr：Cr在Cu中的最大溶解度为0.65％，随温度的降低，Cr在Cu中的溶解度急剧下降，固溶后时效处理析出Cr粒子相，使铜的导电性略有下降的同时，大幅提高了合金的抗高温蠕变性能。Cr含量需达到或超过最大溶解度0.65％，能最大程度发挥Cr的抗高温蠕变效果，随着Cr含量的提高，达到1.2wt％以后，固溶时未完全溶解的Cr聚集长大形成粗大的富
Cr相，恶化合金的冷热加工性能，并大幅降低合金的导热性能。
[0011]Zr：Zr显著提高铜合金的蠕变极限，其效果显著。但Zr在Cu中的极限溶解度只有0.15％，且随着温度的下降而急剧减少，Zr与Cu形成强化相Cu5Zr，而且其溶解度随着温度的降低而明显减少，使合金的强度、硬度、抗蠕变性能提高，同时对合金电导率的影响很小。
[0012]Sn：加入元素与Cu基体原子半径差别越大，对提高抗蠕变性能越有利。Sn与Cu的原子半径差距大，它加入到Cu中，可显著提高铬锆铜的抗蠕变性能，但是Sn固溶于Cu中，对Cu的导电率影响较大，因此，本专利技术铜合金中Sn的加入量应控制在0.05～0.2wt％。
[0013]Ti：熔点1668℃，Ti以弥散的Cu3Ti第三相的形式沉淀在基体相中，起到沉淀硬化效果，抵抗铬锆铜的蠕变，Ti在0.05～0.12wt％时，提高铜铬锆合金的抗蠕变性能效果最显著，当Ti质量分数超过0.12wt％后，效果反而降低。
[0014]V：V的熔点1890℃，属于高熔点合金，在铜中溶解度极低的元素，它以离散粒子分布在晶界上，材料的蠕变与晶界的迁移速度呈正向相关性，晶界的迁移速度快，材料的蠕变速率也快，而晶界的迁移速度随相邻晶粒位向差减小而降低，微量V的加入在本专利技术合金固溶和时效热处理组织演变过程中，可以促进相邻晶粒位向差小的晶粒的生成。V的添加量低于0.006wt％时，促进形成位向差小的晶粒的能力有限，而当V的添加量超过0.05wt％以后，形成位向差小的晶粒过多，合金开始呈现脆化现象，急剧降低铜铬锆合金的力学性能。
[0015]作为优选，该铬锆铜的晶粒中，位向差小于10
°
的晶粒面积占比≥85％。晶粒的位向差就是两个晶粒之间位向方向所成的角度。晶界迁移是蠕变的一个组成部分，相邻晶粒位向差小，晶界迁移率低，因此蠕变速率也低，位向差小于10
°
的晶粒占比低于85％，合金抗蠕变性能变差。
[0016]作为优选，该铬锆铜的平均晶粒度为80～170μm，且晶粒度为100～170μm晶粒面积占比≥90％。晶粒度越大，晶界越少，而晶界上的原子最容易扩散而产生蠕变，要降低合金的蠕变速率，就必须控制晶界的滑动，晶界数量越多，晶界滑动作用越强，因此控制晶界滑动需减少晶界。
[0017]本专利技术解决第二个技术问题所采用的技术方案为：一种铬锆铜合金的制备方法，其特征在于：包括以下制备步骤：
[0018]1)熔炼：按照所需成分进行配料，熔炼温度为1150～1300℃；
[0019]2)铸造：将铜水引入结晶器，铸造温度为1230～1290℃，拉铸速度：80～350r/min，获得铸锭；
[0020]3)锻造：始锻温度为900～960℃，终锻温度为650～800℃；
[0021]4)固溶：将锻件在加热炉里加热至870～990℃，保温时间30～180min，然后出炉淬火；
[0022]5)时效：将固溶后的锻件进行时效处理，时效温度：350～490℃，时效时间：30～360min。
[0023]始锻温度低于900℃，材料锻造时变形抗力大，镦粗和拔长受到限制，容易导致开裂；始锻温度超过960℃，接近合金的液相区温度，锻坯表层开始熔化。终端温度低于650℃，锻造再结晶晶粒小，不利于后续工序形成粗大晶粒，降低抗蠕变性能，超过800℃，锻件会因晶粒异常粗大而降低力学性能。
[0024]固溶温度控制在870～990℃，保温时间控制在30～180min，目的是获得大晶粒，减
少晶界并控制晶粒位向差，将晶粒组织控制在本专利技术所需范围内。
[0025]时效温度控制在350～490℃，时效时间控制在30～360min，目的是保证析出相充分析出的情况下，避免过时效和析出相长大的情况，获得大晶粒，减少晶界并控制晶粒位向差，将晶粒组织控制在本专利技术所需范围内。
[0026]作为优选，所述锻打先对铸锭进行镦粗然后再进行拔长，镦粗比为1.5～3.0，拔长比为0.4～2.0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铬锆铜合金，其特征在于：该铬锆铜的质量百分比组成为Cr：0.65～1.2wt％，Zr：0.05～0.20wt％，Sn：0.05～0.2wt％，Ti：0.05～0.12wt％，V：0.006～0.05wt％，余量为Cu和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的铬锆铜合金，其特征在于：该铬锆铜的晶粒中，相邻晶粒的位向差≤10
°
的晶粒面积占比≥85％。3.根据权利要求1所述的铬锆铜合金，其特征在于：该铬锆铜的平均晶粒度为80～170μm，且晶粒度为100～170μm晶粒面积占比≥90％。4.一种权利要求1、2或3所述的铬锆铜合金的制备方法，其特征在于：包括以下制备步骤：1)熔炼：按照所需成分进行配料，熔炼温度为1150～1300℃；2)铸造：将铜水引入结晶器，铸造温度为1230～1290℃，拉铸速度：80～350r/min，获得铸锭；3)锻造：始锻温度为900～960℃，终锻温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶东皇，傅杰，张宝，刘喆，黄刚，
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：