[發明專利]一種高性能鉻青銅棒材及其制備方法

在審

• 申請號: 202310310626.1
• 申請日: 2023-03-28
• 公開（公告）號: CN116479283A
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發明（設計）人: 段超男;張寶;劉喆;趙向輝;瞿福水;許海
• 申請（專利權）人: 寧波金田銅業(集團)股份有限公司
• 主分類號: C22C9/00
• 分類號: C22C9/00;C22C1/02;B22D11/115;B22D11/12;C23G1/10;C22F1/08;C22F1/02
• 代理公司: 寧波誠源專利事務所有限公司 33102
• 代理人: 袁忠衛

一種高性能鉻青銅棒材及其制備方法，該鉻青銅棒材的合金成分為Cr：0.2?0.65％，Ti：0.1?0.5％，Ag：0.1?0.5％，Mg:0.1?0.5％，Cu余量，以上各元素的百分比為質量百分比。制備工藝為：半連鑄+電磁攪拌→水封擠壓→酸洗→拉拔→成品時效。本發明合金元素配比科學合理，通過引入Ti、Ag、Mg合金元素，控制Cr析出相的尺寸、形貌、晶體結構，提高材料的強度、導電率、軟化溫度等性能，制備工藝簡單，制備的鉻青銅棒材導電率≥85％IACS、抗拉強度≥650Mpa、軟化溫度≥650℃、A100mm≥20％、硬度≥90HRB，能夠滿足未來高溫開關用材料，使其在高溫條件下能夠穩定工作。

技術領域

本發明涉及一種鉻青銅材料及其制備方法，具體涉及一種高性能鉻青銅棒材及其制備方法。

背景技術

高溫開關是指能在高溫環境下長時間穩定工作的一種開關，其主要應用在冶金、機械、礦山、電力、化工等行業的大型設備上面，是大型設備的重要組成部分。高溫開關的質量決定著設備運行的穩定性，大型設備在運行時，需要幾百甚至幾千安的電流才能驅動，這就對制備高溫開關的材料要求具有較高的導電率和在長時間工作耐高溫的能力。目前制備高溫開關的材料為鉻青銅材料，鉻青銅棒在室溫及400℃以下具有較高的強度和硬度，導電性和導熱性好，加工成形性能良好。但是隨著冶金、機械、礦山等行業的快速發展，設備的要求也越來越高，普通鉻青銅材料例如C18200已經不能滿足更高的要求，主要原因為其軟化溫度較低，當發生高溫軟化時，容易使高溫開關失效，產生安全隱患。

經查，現有專利號為200810049742.8的中國專利《一種結晶器用鉻青銅合金板材及加工工藝》，銅：余量、鉻：0.4～1.5％、雜質總和：≤0.2％組合而成，加工工藝是：熔鑄、銑面、鋸切、加熱、熱軋、矯平、酸洗、探傷、剪切、入庫等工序。該材料是用于結晶器，不能滿足高溫開關材料的需要。

因此，需要研發出一種新的鉻青銅材料，滿足未來高溫開關用材料，使其在高溫條件下能夠穩定工作。

發明內容

本發明所要解決的第一個技術問題是提供一種高性能鉻青銅棒材，具有較高的導電率和耐高溫性能。

本發明所要解決的第二個技術問題是提供一種高性能鉻青銅棒材的制備方法，通過控制Cr析出相的尺寸、形貌、晶體結構，提高材料的強度、導電率、軟化溫度等性能。

本發明解決上述第一個技術問題所采用的技術方案為：一種高性能鉻青銅棒材，其特征在于：該鉻青銅棒材的合金成分為Cr：0.2-0.65％，Ti：0.1-0.5％，Ag：0.1-0.5％，Mg:0.1-0.5％，Cu余量，以上各元素的百分比為質量百分比。

Cr元素在共晶溫度1072℃時，在Cu中的最大溶解度為0.65％，通過淬火-冷變形-時效處理獲得強化，當Cr原子固溶在Cu中時，形成過飽和固溶體，會產生固溶強化，原因是產生了晶格畸變，引起材料內能增高，微觀應力增大，阻礙位錯滑移變形，但是對電子的散射率增加，使材料強度、硬度、軟化溫度提高，導電率急劇降低。當進行時效時，過飽和固溶體分解，合金元素以一定方式析出，彌散分布在基體中形成沉淀相，沉淀相能有效阻止晶界和位錯運動，從而提高材料的硬度、抗拉、導電率、軟化溫度等性能。本發明Cr元素含量在0.2-0.65％，當Cr元素含量低于0.2％時，固溶強化效果較弱，時效析出后材料的性能提升較小。當Cr含量高于0.65％時，其不會產生固溶時效強化效果，而是以質點的形式彌散分布在基體中，雖然也可以提高材料的強度、軟化溫度等性能，但是會降低材料的導電率。特別優選的是：8nm≤Cr析出相尺寸≤15nm，形狀近似為球狀，1≤長寬比≤1.2，其中fcc面心立方晶格數量≥98％。當Cr析出相尺寸小于8nm時，材料處于一種欠時效狀態，固溶在銅基體中的Cr相還沒有完全析出，在基體中產生的晶格畸變較大，對電子的散射作用增加，降低材料的導電率。當Cr析出相尺寸大于15nm時，材料已經處于過時效狀態，其對位錯的滑移阻礙減少，材料的強度降低，對電子的散射作用增大，降低材料的導電率。位錯穿過析出相的方式主要是切過機制，所以當析出相形狀近似為球形時，對位錯切過的阻礙越大，才能提高材料的強度。