[發明專利]Cu?Ti?Cr?Zr高性能銅基彈性合金及其制造方法

有效

• 申請號: 201610928487.9
• 申請日: 2016-10-31
• 公開（公告）號: CN106319280B
• 公開（公告）日: 2017-11-14
• 發明（設計）人: 王志強;陳為國;李雪辰;紀曉琳;肖凱;于振山;李思思;莊海山;于越
• 申請（專利權）人: 沈陽有色金屬研究所有限公司
• 主分類號: C22C9/00
• 分類號: C22C9/00;C22C1/06
• 代理公司: 沈陽科威專利代理有限責任公司21101
• 代理人: 楊濱

技術領域

本發明涉及超高強彈性銅合金材料技術領域，具體的說是一種具有較高屈服強度、抗拉強度超過1000MPa且兼具較大延伸率的 Cu-Ti系合金及其制造方法。

背景技術

由于Be2.0合金具有較高的強度和彈性，良好的耐熱性、耐磨性和耐疲勞性，以及良好的高溫應力松弛阻抗等優點。其材料可被廣泛應用于儀器儀表、機械制造、電子電器、汽車家電、石油化工、航空航天、船舶等領域。用于制造可靠連接器、插接件、耐用開關、高靈敏度傳感器、膜盤、簧片、電池接點、無線電器、高強彈簧、壓緊環、墊片、保險絲端等。

然而Be2.0中的Be元素對環境不利，即需要一種新型替代材料，使其滿足工業生產對彈性材料的需求。

發明內容

本發明的目的是針對上述所存在的問題而提供一種Cu-Ti-Cr-Zr-V高性能銅彈性合金及其制造方法。本發明可替代鈹銅作為一種新的高彈材料，其屈服強度、抗拉強度、維氏硬度、均可達到Be2.0/CY4S的性能要求，且延伸率是其4~5倍。

本發明是通過如下技術方案實現的：Cu-Ti-Cr-Zr-V高性能銅基彈性合金的制造方法，其特征在于：為先按下述的重量百分比組成，分別取電解銅、海綿鈦、電解鉻、鋯、釩、鈰為原料配制合金料備用，然后分別將電解銅、鎳、海綿鈦、鋯、釩、鈰分步依次裝入到真空感應熔煉爐中，其具體操作程序如下：將料裝入到真空感應熔煉爐內→熔化→精煉，時間為35min，真空度為10^-1Mpa，功率為25kw→澆鑄，澆鑄時間為 180~230s，澆鑄溫度為850-1200℃，澆鑄方式為敞流，金屬模具涂料為石墨→合格鑄錠，化學成分及表面→鋸切下料→加熱鍛造成板坯厚度45×110×L mm、鍛造溫度為850℃，→刨面→開坯，即在 850℃時保溫70~90min軋制成厚度12×110×L mm的板坯→修理表面→冷軋厚度4×110×L mm→退火570℃→冷軋厚度2×110×L mm→退火570℃→冷軋厚度1×110×L mm→淬火870℃（水淬）→冷軋厚度0.3×110×L mm→400℃時效2h后最終成為Cu-Ti-Cr-Zr-V高性能銅基彈性合金成品。加工過程中道次加工率50~70，成品加工率為80~85%。

所述重量百分比組成為：金屬鈦為3.0~4.5%、鉻為0.15~0.25%、鋯為0.08~0.11%、釩0.2~0.5%、鈰 0.01~0.1%、銅為余量、不可避免的雜質為≤0.5%。

本發明Cu-Ti-Cr-Zr-V高性能銅基彈性合金成分優選的重量百分比組成為：金屬鈦為3.4~4.0%、鉻為0.15~0.25%、鋯為0.08~0.11%、釩0.2~0.5%、鈰0.01~0.1%、銅為余量、不可避 免的雜質為≤0.5%。

本發明采用在Cu 基本成分中加入了鈦、鉻、鋯、釩、鈰合金元素的合金。

Ti是對基體的時效硬化作用顯著的元素，有助于強度上升和耐應力松弛性提 高。Cu-Ti-Cr-Zr-V高性能銅基彈性合金通過固溶處理生成過飽和固溶體，在更低的溫度下進行時效時，作為亞穩定相的調制結構偏聚結構發達，再繼續時效時，生成穩定相。

Cr元素加入Cu-Ti-Cr-Zr-V高性能銅基彈性合金后可大大提高合金的強度，并且Cr與Zr之間存在交 互作用，會使合金在時效過程中析出更加細小的Cr相和富Zr相，提高合金強度。同時可使得鑄造組織微細化，有助于改善熱加工性能。Cr、Zr、V容易與不可避免雜質S、Sb形成高熔點化合物，即可避免S、Sb對本材料的有害影響。

本合金中加入鋯元素大大提高了合金的耐熱性，加入0.08~0.11%的Zr，Cu-Ti合金的軟化溫度從485℃提高到560℃；Cu-Ti合金的耐熱性能與其在450～550℃發生的相變有關，Zr 的加入能夠抑制合金從連續析出的調幅組織向不連續析出的胞狀組織轉變，從而達到穩定合金組織、提高合金耐熱性能的目的。

V的加入有利于提高本合金的抗拉強度，當以上元素按適當的重量比配制的合金加入微量的稀土鈰元素后，其強度和屈服強度，耐熱性、耐磨性和耐疲勞性、彎曲加工性，以及高溫應力松弛阻抗均有增加。

本發明與Be2.0/CY4S比較具有如下優點：

1環保兼具應用廣泛的特點，本合金不含鈹元素，在生產及回收過程中可避免鈹元素對工人及環境帶來的有害影響。且可以生產板、帶、棒、線、鑄、鍛件。在儀器儀表、機械制造、電子電器、汽車家電、石油化工、航空航天、船舶等領域得到廣泛應用。