专利名称：高弹性高导电无铍铜合金材料及加工工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于有色金属加工领域，尤其涉及一种高弹性高导电无铍铜合金材料及加工工艺。
背景技术：
铍青铜具有高的弹性、强度，以及优良的导热性、导电性、耐蚀性、耐磨性、耐疲劳性， 由铍青铜制造的弹性元件的弹性滞后、弹性后效及弹性不完整性较小，是综合性能最好的重 要弹性铜合金材料。但是铍青铜所需要的强度必须通过时效热处理才能获得，而时效处理一 致性差，处理不当时材料发脆；产品长期储存时产生的应力释放，导致弹性元件的性能参数 发生变化，从而不能满足可靠接触与规定寿命的要求；从环保因素考虑，铍及其化合物的烟 雾、蒸气、粉尘对人体健康有害；另外，铍的价格昂贵，使得铍青铜的生产成本较高，仅在 高端产品才会考虑使用，所以其生产和使用受到了很大的限制。
随着人们对环保意识的增强以及对产品性能的要求越来越严格，高弹性高导电无铍铜合 金代替铍青铜已经成为一个发展趋势。
发明内容
为解决上述不足，本发明提供了一种环保、低成本的一种高弹性高导电无铍铜合金材料及 加工工艺，是在铜(Cu) —镍(Ni) —硅(Si)合金中加入锌(Zn)、镁(Mg)或铝(Al) 或铬(Cr)或钛(Ti)或硼(B)或磷(P)或稀土元素RE，利用时效处理时，镍元素与硅 元素形成Ni2Si相，而基体为铜，使合金在起到强化作用的同时还能保持髙的导电性。通过 添加能细化晶粒的金属元素，进一步提高合金的强化作用，并增加合金的铸造流动性、冲压 性和耐磨性，实现无铍化环保低成本的目的。
为了实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案-
所述的一种高弹性高导电无铍铜合金材料组分，按(重量百分比)为Cu: 90~97， Nh 1.8~7.0, Si: 0.20~1.8， Zn: 0.2(MU0， Mg: 0.05~0.30或Al: 0.05 0.20或Cr: 0.05 2或 Ti: 0.05 2或B《0,5或P: 0.05 0.2或稀土 RE中的镧(La)、铈(Ce)、钕(Nd)中的一 种或一种以上《0.3及余量为不可避免的杂质共同构成，各合金组分之和为百分之百。
本发明高弹性高导电无铍铜合金材料组分，其合金成分按重量百分比分为两组，构成如
下(1) 、确定组分Cu: 90~97， Ni: 1.8~7.0, Si: 0.20~1.8， Zn: 0.20~0.40，及余量为不 可避免的杂质共同构成，各合金组分之和为百分之百。
(2) 、可相互置换组分Mg: 0:05MK30或Ah 0.05 0.20或Cr: 0.05 2或Th 0.05 2或B《0.5或P: 0.05 0.2或稀土 La、 Ce、 Nd中的一种或一种以上《0.3及余量为不可避 免的杂质共同构成，各合金组分之和为百分之百。
添加元素主要作用如下
1、添加镍(M)、硅(Si)的主要作用镍在铜中无限固溶形成连续固溶体，硅改善合
金的加工性能和切削性能，降低液相线温度，使铸件致密，改善抗腐蚀性能，同时有一定的
脱氧作用。镍、硅在时效处理时以Ni2Si相从基体中弥散析出，在基体中起到钉扎作用，提
高合金的力学性能，同时，由于镍硅元素的析出，净化了基体，提高了合金的导电作用，因
此在熔炼时必须严格控制镍硅元素重量比在4: l左右，以使镍、硅元素尽可能地从基体中析出。
2、 添加锌(Zn)的主要作用是改善合金的冲压性能及电镀性能。
3、 添加镁(Mg)主要是脱氧、净化的作用。
4、 添加铝(Al)的主要作用是提高合金的流动性，提高铸件的耐蚀性能和表面光洁度， 减少Zn的蒸发。
5、 添加铬(Cr)，少量铬(Cr)固溶于铜，能起到细化铜的晶粒，减弱易熔杂质的有害 影响，改善铜的高温塑性。
6、 添加钛(Ti)，加入少量的钛(Ti)可以起到除气和细化晶粒的作用。
7、 添加少量的硼(B)可以可以细化合金组织，提髙合金的力学性能，改善其耐蚀、耐 腐蚀磨损及耐冲蚀能力。硼(B)含量严格控制在0.5%以下。
8、 添加磷(P)的作用是脱氧和增加金属流动性，同时有利于切削性能的提高。
9、 添加稀土元素(RE) —方面可以细化晶粒，从而增大晶界面，为锌的扩散增加阻力； 另一方面由于稀土元素的净化变质作用，使铜合金中杂质、气孔、疏松减少，从而提高合金 的机械性能；同时还可以改善合金的高温塑性，减少热加工开裂倾向。
本发明所述的一种高弹性高导电无铍铜合金材料所采用的轧制加工工艺流程为配料、 熔炼、铸造、加热、热轧、固溶、铣面、初轧、形变热处理、精整、检査、包装等现有工艺， 作为本发明的特点在于配料、熔铸、加热、固溶、形变热处理等加工工艺，其工艺步骤分述如下
1、 所述的配料
按重量百分比进行配制Cu: 9&~97%、 Ni: 1.8~7.0%、 Si: 0.20~1.8%、 Zn: 0.2(M).40%、 Mg:0.05MU0。/o或Al:0.05 0,20^或Cr:0.05 2 ^或Ti:0.05 2X或8《0.5%或P:0.05M).2
%或稀土 RE中的一种或二种以上元素《0.3%及余量为不可避免的杂质共同构成，合金各组 分之和为百分之百f并且在配料时，其配比的合金成分范围内同时控制镍元素与硅元素的重 量百分比为3.5~4.5:1。
2、 所述的熔铸
采用熔炼炉对所配的原料进行熔炼，由于该合金的铸造应力较大，铸造时采用冷却强度 比较小的红锭结晶器。
3、 所述的加热采用加热炉对锭坯进行加热，加热温度850 98(TC，保温时间1.5 8h。
4、 所述的固溶采用安装在热轧机辊道上的淬水装置利用热轧后带坯余温进行在线快速 冷却，使镍、硅元素以Ni2Si相析出，热轧余温》600'C。
5、 所述的形变热处理，其工艺步骤包括1)将经过初轧后的带坯在退火炉进行第一次 时效，时效温度为400~550'C，时效时间为0.5~12h; 2)将经过第一次时效后的带坯再次 采用冷轧机进行轧制，轧制加工率为50 训％; 3)将轧制后的带坯在退火炉进行第二次时 效，时效温度为350 500'C,时效时间为0.5 12h; 4)将二次时效后的带材再次采用冷轧 机进行轧制，轧制加工率为50 80%; 5)将轧制后的带坯采用退火炉进行去应力退火，退 火温度为150 300°C,退火时间为0.5h 8h。
有益效果
采用本发明加工制作的高弹性高导电无铍铜合金材料，达到了铍青铜的使用性能，利用 价格相对较低的镍、硅等元素替代了价格昂贵的铍，同时实现了环保的目的。
实施例l:
采用轧制加工工艺制作规格为O. 3mmX200mm的一种高弹性高导电无铍铜合金带材，其中 配料合金组分按重量百分比进行配料Cu:卯％、 Ni: 7%、 Si: 1.8%、 Zn: 0.4%、 Mg: 0.3%，余量为不可避免的杂质，各组分之和为百分之百；并且在配料时，其合金成分范围内同时控制的镍元素与硅元素的重量比例为3.9:1。
熔铸采用熔炼炉对所配的原料进行熔炼，由于该合金的铸造应力较大，铸造时采用冷 却强度比较小的红锭结晶器。
加热采用加热炉对锭坯进行加热，加热温度850'C，保温时间1.5h。
固溶采用安装在热轧机辊道上的淬水装置利用热轧后余温进行在线快速冷却，使镍、 硅元素以Ni2Si相析出，热轧余温》600'C 。
形变热处理1)将经过初轧后的带坯在退火炉进行第一次时效，时效温度为40(TC，时 效时间为(K5h; 2)将经过第一次时效后的带坯釆用冷轧机进行轧制，轧制加工率为50%; 3) 将轧制后的带坯在退火炉进行第二次时效，时效温度为350'C,时效时间为0,5h; 4)将二次 时效后的带材再次经冷轧机进行轧制，轧制加工率为50%; 5)将轧制后的带坯经过退火炉 进行去应力退火，退火温度为150'C，退火时间为0.5h。
实施例2:
采用轧制加工工艺制作规格为O. 3mmX200ram的一种高弹性高导电无铍铜合金带材，其中 配料合金组分按重量百分比进行配料Cu: 97%、 Ni: 1.8%、 Sh 0.5%、 Zn: 0.20%、
Al: 0.05%，余量为不可避免的杂质，各组分之和为百分之百；配料时，在其配比的合金成
分范围内同时控制镍元素与硅元素的重量比为3.6:1。
熔铸采用熔炼炉对所配的原料进行熔炼，由于该合金的铸造应力较大，铸造时采用冷
却强度比较小的红锭结晶器。
加热采用加热炉对锭坯进行加热，加热温度980'C，保温时间8h。 固溶采用安装在热轧机辊道上的淬水装置利用热轧后余温进行在线快速冷却，使镍、 硅元素以Ni2Si相析出，热轧余温》600'C 。
形变热处理1)将经过初轧后的带坯在退火炉进行第一次时效，时效温度为550'C,时 效时间为12h; 2)将经过第一次时效后的带坯采用冷轧机进行轧制，轧制加工率为80%; 3) 将轧制后的带坯在退火炉进行第二次时效，时效温度为500'C，时效时间为12h; 4)将二次 时效后的带材再次采用冷轧机进行轧制，轧制加工率为80%; 5)将轧制后的带坯采用退火 炉进行去应力退火，退火温度为300'C，退火时间为8h。 实施例3:
6采用轧制加工工艺制作规格为O. 3nimX200mm的一种高弹性高导电无铍铜合金带材，其中 配料合金组分按重量百分比进行配料Cu: 92%、 Ni: 4.5%、 Si:: 1.0%、 Zn: 0.30%、
Cr: 1.1%，余量为不可避免的杂质，各组分之和为百分之百；配料时，在其配比的合金成分
范围内同时控制的镍元素与硅元素的重量比为4.5:1 。
加热采用加热炉对锭坯进行加热，加热温度850 980'C，保温时间1.5 8h。 固溶采用安装在热轧机辊道上的淬水装置利用热轧后余温进行在线快速冷却，使镍、
硅元素以Ni2Si相析出，热轧余温》600'C。
形变热处理1)将经过初轧后的带坯在退火炉进行第一次时效，时效温度为480'C，时
效时间为6h; 2)将经过第一次时效后的带坯采用冷轧机进行轧制，轧制加工率为65%; 3)
将轧制后的带坯在退火炉进行第二次时效，时效温度为42S'C,时效时间为5.511; 4)将二次
时效后的带材再次采用冷轧机进行轧制，轧制加工率为65%; 5)将轧制后的带坯采用退火
炉进行去应力退火，退火温度为225'C,退火时间为4h。
实施例4:
采用轧制加工工艺制作规格为O. 3咖X200咖的一种高弹性高导电无铍铜合金带材，其中 配料合金组分按重量百分比进行配料Cll: 94%、 Ni: 3.5%、 Si: 1%、 Zn: 0.30%、
Ti: 0.9%，余量为不可避免的杂质，各组分之和为百分之百；配料时，在其配比的合金成分
范围内同时控制的镍元i与硅元素的重量比为3.5:1。
其后续工艺采用的熔铸、加热、固溶、形变热处理如上所述。
实施例5:
采用轧制加工工艺制作规格为O. 3mmX200mm的一种高弹性高导电无铍铜合金带材，其中 配料合金组分按重量百分比进行配料Cu: 92%、 N" 4.0%、 Si: 1.1%、 Zn: 0.40%、
B: 0.5%，余量为不可避免的杂质，各组分之和为百分之百；配料时，在其欧版的合金成分
范围内同时控制的镍元素与硅元素的重量比为3.6:1。
其后续工序中的熔铸、加热、固溶、形变热处理如上所述。
实施例6:
采用轧制加工工艺制作规格为O. 3mmX200nira的一种高弹性高导电无铍铜合金带材，其中 配料合金组分按重量百分比进行配料Cu: 91%、 Ni: 6%、 Si: 1.5%、 Zn: 0.40°/。、P: 1%，余量为不可避免的杂质，各组分之和为百分之百；配料时，在其配比的合金成分范 围内同时控制的镍元素与硅元素的重量比为3.5~4.5:1。
其后续工艺采用的熔铸、加热、固溶、形变热处理如上所述。 实施例7:
采用轧制加工工艺制作规格为O. 3咖X200咖的一种高弹性高导电无铍铜合金带材，其中 配料合金组分按重量百分比进行配料Cu: 91%、 M: 5%、 Sh 1.2%、 Zn: 0.40%、
La: 0.3%，余量为不可避免的杂质，各组分之和为百分之百配料时，在其配比的合金成分
范围内同时控制的镍元素与硅元素的重量比为4.2:1。
其后续工艺采用的熔铸、加热、固溶、形变热处理如上所述。
实施例8:
采用轧制加工工艺制作规格为O. 3咖X200mm的一种高弹性高导电无铍铜合金带材，其中 配料合金组分按重量百分比进行配料Cu: 91%、 Ni: 5%、 Si: 1.2%、 Zn: 0.40%、
La+Ce: 0.3%，余量为不可避免的杂质，各组分之和为百分之百；配料时，在其配比的合金
成分范围内同时控制的镍元素与硅元素的重量比为4.2:1。
其后续工艺采用的熔铸、加热、固溶、形变热处理如上所述。
权利要求
1、高弹性高导电无铍铜合金材料及加工工艺，其特征在于其合金成分按重量百分比，分为两组，构成如下(1)、确定组分Cu90～97％，Ni1.8～7.0％，Si0.20～1.8％，Zn0.20～0.40％，及余量为不可避免的杂质共同构成，各合金组分之和为百分之百；(2)、可相互置换组分Mg0.05～0.30％或Al0.05～0.20％或Cr0.05～2％或Ti0.05～2％或B≤0.5％或P0.05～0.2％或稀土RE中的La、Ce、Nd中的一种或一种以上≤0.3％及余量为不可避免的杂质共同构成，各合金组分之和为百分之百。
2、高弹性高导电无铍铜合金材料及加工工艺配料、熔炼、铸造、加热、热轧、茵^^ 铣面、初轧、形变热处理、精整、检査、包装工序其特征在于配料、熔铸、加热、菌裕、 形变热处理，其中-配料合金组分按重量百分比进行配料Cu: 90~97%、 Ni: 1.8~7.0%、 Si: 0.20~1,8%、 Zn: 0.20~0.40%、 Mg: 0.05~0.30%或Al: 0.05 0.20%或Cr: 0.05 2%或11: 0.05 2%或 8《0.5%或？ 0.05~0.2%或稀土11￡中的La、 Ce、 Nd中的一种或一种以上《0.3%及^#为 不可避免的杂质共同构成，各组分之和为百分之百；配料时，在其配比的合金成分范围内病 时控制的镍元素与硅元素的重量比为3.5~4.5:1;熔铸采用熔炼炉对所配的原料进行熔炼，由于该合金的铸造应力较大，铸造时釆用冷 却强度比较小的红锭结晶器；加热采用加热炉对锭坯进行加热，加热温度850 980'C，保温时间1. 5~8h;固溶采用安装在热轧机辊道上的淬水装置利用热轧后余温进行在线快速冷却，使镍、 硅元素以Ni2Si相析出，热轧余温》600'C;形变热处理，其工艺步骤包括1)将经过初轧后的带坯在退火炉进行第一次时效，时效 温度为400 550°C，时效时间为0.5 12h; 2)将经过第一次时效后的带坯采用过冷轧 行轧制，轧制加工率为50~80%; 3)将轧制后的带坯在退火炉进行第二次时效，时效温度 为350 500'C，时效时间为0.5 12h; 4)将二次时效后的带材再次采用过冷轧机进行轧制， 轧制加工率为50~80%; 5)将轧制后的带坯采用退火炉进行去应力退火，退火温度为150 300'C,退火时间为0.5h 8h。
全文摘要
高弹性高导电无铍铜合金材料及加工工艺，其合金成分按重量百分比，分为两组，构成如下(1)确定组分Cu90～97，Ni1.8～7.0，Si0.20～1.8，Zn0.20～0.40，及余量为不可避免的杂质共同构成，各合金组分之和为百分之百；(2)可相互置换组分Mg0.05～0.30或Al0.05～0.20或Cr0.05～2或Ti0.05～2或B≤0.5或P0.05～0.2或La、Ce、Nd中的一种或一种以上≤0.3及余量为不可避免的杂质共同构成，各合金组分之和为百分之百；工艺流程采用配料、熔炼、铸造、加热、热轧、固溶、铣面、初轧、形变热处理、精整、检查、包装工序；其特征在于配料、熔铸、加热、固溶、形变热处理工序。
文档编号C22C9/06GK101423906SQ20081023078
公开日2009年5月6日 申请日期2008年11月7日 优先权日2008年11月7日
发明者刘海涛, 娄花芬, 孙飞涛, 颜 张, 张香云, 李湘海, 陈少华, 韩卫光, 马可定 申请人:中铝洛阳铜业有限公司