一种高性能铜合金材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于有色金属加工领域，具体设及一种高性能铜合金材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 铜儀娃合金由于具有高强度、优良的耐磨性、成形性、耐应力松弛性能及热冷加工 性能，在航空、军工轴承、船舶构件、电气化铁路器件领域都有广泛应用。随着我国经济的持 续高速增长，特别是机电制造、船舶、电气化铁路等行业的快速发展使得铜儀娃合金材料需 求量逐年稳步增长。目前国内的铜儀娃合金材料生产企业大多存在生产成本高、工艺复杂、 质量不稳定的问题。国内许多研究者已针对铜儀娃合金材料的性能和加工工艺进行了深入 研究。
[0003] 专利CN10128971她公开了一种儀娃青铜合金材料的加工工艺。该铜合金材料的 质量百分比组成中，Ni为1.6-3. 4%，Si为0. 15-1. 1%，Mn为《1.0%，化为《0.6%，不 可避免杂质《0. 3%，余量为化；该铜合金材料可通过相应的社制加工工艺加工成板材、带 材；也可通过挤压拉伸加工工艺加工成棒材、型材；其中铜儀娃棒材的加工工艺包括烙铸、 加热、挤压、拉伸、退火、酸洗、拉伸、光亮退火、精整、入库步骤。该铜合金的硬度和抗拉强度 较低，整体力学性能有待进一步提高；在铜儀娃棒材的加工工艺中，采用非真空烙炼得到的 非真空铸件容易引进氧化杂质而使铸件的质量不稳定；反复的拉伸和退火工序使工序间断 且需要反复加热从而使能耗加大；在实际生产中常规的锻打挤压工序也往往造成成品率降 低而提高了生产成本。
[0004] CN101717877A公开了一种铜儀娃青铜合金及其制备方法。该铜合金由W下质量百 分比的组分组成：Ni1.6-2. 2%、Si0.4-0. 8%、稀±合金0.008%，化余量；上述铜合金通 过配料、烙炼、铸造、银切、挤压、拉伸、矫直、检验、包装入库的步骤。该铜合金材料虽然抗应 力腐蚀能力增强，但硬度值和抗拉强度仍有待进一步提高。
【发明内容】
阳0化]本发明的目的是提供一种高性能铜合金材料，从而解决现有铜儀娃合金材料中， 硬度和抗拉强度低的技术问题。
[0006] 本发明的第二个目的是提供上述高性能铜合金材料的制备方法，从而解决现有铜 儀娃棒材的加工工艺中存在的烙铸质量不稳定、工艺流程复杂、能耗高的问题。
[0007] 为了实现W上目的，本发明所采用的技术方案是：
[0008] 一种高性能铜合金材料，由W下质量百分比的组分组成，Ni1.0~3. 2%，Si 0. 4 ~1. 2%，Ti《0. 2%，Pb《0. 02%，稀±元素 0. 5 ~1. 0%，余量为Cu。 阳009]本发明提供的高性能铜合金材料中，通过在化中加入合金元素Ni、Si、Ti、化和 稀±元素，合金中各元素通过合理配比，有效的增强了铜合金材料的硬度、抗拉强度和延伸 率等力学性能。在各合金元素中，Ni可起到提高合金的抗蚀性和初性的作用，添加量控制 在1. 0~3. 2wt%范围内为宜；添加Si可W提高合金力学性能、耐蚀、耐磨及焊接性能，并 有利于热冷态压力加工性能，但加入量过高会使塑性下降，不利于加工，过低则达不到预期 效果，其加入量控制在0. 4~1. %的范围内；Ti具有细化晶粒，提高高溫塑性的作用； 合金元素中微量的化可WW细小分散的颗粒均匀分布在合金基体上，具有良好的自润滑 作用，可提高耐磨性，同时化可填补枝晶间的空隙，具有提高致密度的作用；稀±元素可起 到细化晶粒的作用，可提高合金的致密度，使其强度和初性大大提高，同时有利于合金的塑 性成形。上述合金元素可发挥协同作用，使本发明的铜合金材料具有成本低、硬度和抗拉强 度高的特点。
[0010] 所述稀上元素优选为姉和/或铜。
[0011] 本发明的高性能铜合金材料可根据需要加工成板材、带材、棒材或型材。优选的， 本发明的高性能铜合金材料为棒材。
[0012] 上述高性能铜合金材料的制备方法，包括W下步骤：
[0013] 1)将化、化、51、1'1、化及稀±元素加热至烙化，用木炭覆盖表面进行精炼，得到合 金烙液；
[0014] 2)将步骤1)所得合金烙液在保护气氛和石墨鱗片覆盖下进行上引连铸，得到上 引连铸杆巧；
[0015] 3)将步骤2)所得上引连铸杆巧加热后进行连续挤压，冷却，即得。
[0016] 本发明提供的高性能铜合金材料的制备方法中，步骤1)为原料的烙炼过程，合金 组成中的稀±元素在烙炼过程中可起到精炼作用，通过原料的精炼可清除烙液内的气体和 非金属夹杂物，使合金成分更加均匀；步骤2)为上引连铸过程，上引连铸过程在保护气氛 和石墨鱗片下进行，可在烙铸过程中实现保溫和抗氧化，有效避免非真空铸件稳定性差的 问题从而进一步保证烙铸质量稳定；步骤3)为上引连铸杆巧的通过连续挤压生产线的连 续挤压过程，利用连续挤压工艺不仅有助于提高成品率，且避免了现有技术中反复拉伸退 火造成工序复杂，能耗高的问题，有利于企业简化工艺流程，实现连续化生产，同时生产率 和材料利用率得到进一步提高。
[0017] 步骤1)中，所述加热的溫度为1150~117(TC。
[0018] 步骤1)中，所述木炭为烘干后的木炭。采用木炭覆盖合金烙液表面可起到防止吸 氧和水汽，保溫和防氧化的作用。
[0019] 步骤1)中，所述精炼的时间为15~60min。
[0020] 步骤。中，所述上引连铸过程中，牵引速度为500~700mm/min。 阳02U步骤扣中，所述加热的溫度为200~400°C。
[0022] 步骤3)中，所述连续挤压的速度为1. 5~2m/min。
[0023] 步骤3)中，所述冷却后，经冷社、真空时效、矫直、银切，得到高性能铜儀娃棒材成 品。所述冷社为通过Y型社机进行社制，制成成品尺寸棒材，冷社变形量40-80%。所述真 空时效的条件为溫度450~520°C，保溫时间2~地，真空度0. 02~0. 05MPa。采用真空时 效处理可保证棒材表面不被氧化，从而进一步提高棒材表面的耐腐蚀性能。经过矫直银切 即成为定尺棒材成品。
[0024] 本发明提供的高性能铜合金材料的制备方法，采用精炼和保护气氛上引连铸制成 铜合金杆巧，采用连续挤压生产出符合工艺要求的棒材。制备方法各步骤中，各步骤紧密配 合，使本方法具有烙铸质量稳定、流程短、连续化、节能、环保、低投入、低成本的特点，非常 适于大规模的推广应用。
【具体实施方式】
[00巧]下面结合具体实施方法对本发明作进一步说明。 阳〇26] 实施例1
[0027] 本实施例的高性能铜合金材料，由W下质量百分比的组分组成，Ni1.6%，Si 0. 8%，Ti0.1%，Pb0.02%，姉 0.55%，余量为Cu。
[0028] 本实施例的高性能铜合金材料的制备方法，包括W下步骤：
[0029] 1)将电解铜、纯儀、纯娃、纯铁、纯铅及稀±元素姉加热至117(TC，用烘干的木炭 覆盖表面精炼20min，得到合金烙液；
[0030] 2)将步骤1)所得合金烙液在氣气保护气氛和石墨鱗片覆盖下，进行上引连铸，该 过程中牵引速度为500mm/min，得到私5