专利名称：一种析出硬化铜合金的制作方法
技术领域：
本发明属于冶金铸造材料，特别涉及连铸生产备品备件所需材料。
目前，在冶金工业炼钢生产中，由连铸取代模铸是发展趋势。伴随着连铸技术的发展，对其结晶器材质的要求也越加严格，尤其要求其具有高的高温强度及硬度。实践证明，随着连铸机拉速的不断提高，纯铜及银铜合金已不适于作结晶器材料。国外普遍采用析出硬化铜合金制作结晶器，国内的中、高速板坯连铸机结晶器铜板均从国外进口，尚未能实现国产化。
经查新检索，国内外有关析出硬化铜合金的专利技术有1.公告号为10153/9的文献中公开了一种合金，其主要成分为Cr0.15～0.6％，Zr0.1～0.25％，Ge0.01～0.15％，Nb或Ce0.01～0.08％，这种合金的特点是导电性能好，但力学性能一般，它适用于电阻焊电极材料。
2.专利号为JP04210438中公开了一种合金，其主要成分为Cr0.1～1.5％，Zr0.01～0.5％，Fe/Ni0.01～0.5％，Co1.3～5.0％，Ti0.2～2.0％。该合金由于含有多种合金元素，生产工艺难以控制，同时它的导热性能非常差。
3.专利号为JP04218629文献中公开的一种合金，其成分为Fe1.5～3.0％，Pb0.005～0.4％，其它元素含量总和为0.001～2.00％。该种合金力学性能一般，导热性能也较差。
总之，到目前为止，中、高速板坯连铸结晶器铜板主要采用Cu-Cr，Cu-Zr，Cu-Cr-Zr等几类合金。而Cu-Cr，Cu-Zr类合金高温性能一般，Cu-Cr-Zr合金的耐高温氧化性能较差，均不是制作铜板结晶器的理想材料。
本发明的目的是为了克服现有合金综合性能较差等弱点，而提供了一种既有较高高温强度、高温硬度，同时又具有良好的导热能力及高温抗氧化能力的析出硬化铜合金。用以替代进口，满足制作连铸结晶器用材的需要，从而实现连铸备品备件国产化。
本发明是这样实现的，它采用一种全新的配方，即合金中同时含有Cr、Zr、Mg、RE合金元素，其成分组成为Cr0.30～1.20％，Zr0.08～0.30％，Mg0.08～0.15％，RE0.05～0.10％，其余为铜。
在本发明中，加入Cr、Zr合金元素的目的是在基体组织α相中析出Cr2Zr，以克服单独加入Cr或Zr的弱点。单独加入Cr或Zr元素，虽然合金的室温强度较高，但是高温强度并不高。同时加入Cr，Zr元素，不但室温强度高，且高温强度也高，综合性能好。加入Mg元素的目的是提高抗高温氧化性及耐热性。加入RE元素的作用主要有两个一是去除合金原料中硫、硒、铋等杂质，同时净化合金；二是增加合金的导热性能。
本发明的制作工艺为1.将电解铜板在坩埚中(中频加热炉或电加热炉)加热至1200℃，使其熔化。然后在1240℃～1280℃进行脱氧，脱氧十分钟后，加入Cr、Mg、Zr、RE合金。加入合金元素的方法均以中间合金形式加入。出炉温度控制在1300℃以下。
2.合金熔炼后浇注成锭，然后进行热锻。在700℃～950℃进行锻造，合金锭的变形率控制在80～150％。
3.将锻造后的合金锭进行固溶析出热处理。
固溶热处理是在中性气氛加热炉内将合金锭加热至890℃～1000℃，保温2～6小时后进行水淬处理。
析出硬化热处理是在中性气氛加热炉内将合金锭加热至380℃～560℃，保温2～5小时，然后在炉内冷却至室温。
经过上述工艺处理的合金锭加工成结晶器铜板或其它部件以供工业使用。
按照本发明提供的配方及工艺制作的合金材料具有良好的综合机械性能。其抗拉强度σb≥360MPa，屈服强度σ8≥240MPa，硬度HB≥160，软化温度≥400℃，导电率I、A、C％≥70％。
本发明克服了现有技术之不足，具有配方合理，工艺易控制，制作过程无毒，综合性能良好等优点。该合金既有好的高温强度、高温硬度，又具有良好的导热能力和高温抗氧化性能，各项性能均优于类似成分的Cu-Cr、Cu-Zr、及Cu-Cr-Zr合金，其综合性能比较结果列入表1。本发明不仅是制作连铸结晶器的理想材料，而且还可广泛应用于高炉风口、渣口、氧枪喷头、电弧炉夹持器及直流电弧炉底阳极等领域。该合金的研制成功，可替代进口材料，有利地促进我国连铸生产备品备件国产化，并具有显著的经济效益和社会效益。
本发明同现有技术综合性能对比情况 表1
实施例按照本发明的配方及制作工艺制作了三种硬化铜合金，化学成分见表2。其冶炼工艺为电解铜板在中频感应加热炉中加热至1200℃全部熔化，在1250℃采用金属镁进行脱氧，脱氧十分钟后，加入Cu-Cr合金，Cu-Zr-RE合金，在1280℃温度下浇注成合金锭。然后经锻造及析出硬化热处理后加工成成品，其合金具体制作工艺见表3，实际性能列入表4。
权利要求
1.一种析出硬化铜合金，以Cu为基体，其特征是在合金中同时加入Cr、Zr、Mg、RE合金元素，其成分含量(重量百分比)为Cr0.30～1.20％，Zr0.08～0.30％，Mg0.08～0.15％，RE0.05～0.10％。
2.根据权利要求1所述的铜合金，其特征在于Cr元素的最佳含量为0.5～1.0％。
3.根据权利要求1所述的铜合金，其特征在于Zr元素的最佳含量为0.1～0.2％。
4.根据权利要求1所述的铜合金，其特征在于Mg元素的最佳含量为0.08～0.13％。
5.根据权利要求1所述的铜合金，其特征在于RE元素的最佳含量为0.06～0.08％。
6.一种析出硬化铜合金的制作工艺，其特征在于①将电解铜板加热至1200℃，熔化后在1240℃～1280℃进行脱氧，然后以中间合金形式加入Cr、Zr、Mg、RE合金，出炉温度小于1300℃；②合金锭在700℃～950℃进行热锻，其变形率控制在80～150％为宜；③固溶热处理是在中性气氛加热炉内进行，加热温度为890℃～1000℃，保温2～6小时，然后进行水淬；析出硬化热处理是在中性气氛加热炉内将合金锭加热至380℃～560℃，保温2～5小时，然后随炉冷却至室温。
全文摘要
本发明提供了一种析出硬化铜合金，以铜为基体，中间加入Cr、Zr、Mg、RE合金，采用析出硬化处理工艺制作而成。其成分含量为Cr0.30～1.20％，Zr0.08～0.30％，Mg0.08～0.15％，RE0.05～0.10％，其余为铜。该合金具有配方合理，工艺易控制，制作过程无毒，综合性能良好等优点。它不仅是制作连铸结晶器的理想材料，而且还适用于高炉风口、渣口、氧枪喷头、电弧炉夹持器及直流电弧炉底阳极等领域，具有广泛的应用前景和显著的经济效益。
文档编号C22C9/00GK1160771SQ9611517
公开日1997年10月1日 申请日期1996年3月26日 优先权日1996年3月26日
发明者王久彬, 王世和, 贾素芝, 宋世超, 胡嘉弟, 叶富礼, 郝森 申请人:鞍山钢铁公司