一种用于制备螺旋弹簧触指的铜铬锆合金及其加工工艺的制作方法
【专利摘要】一种用于制备螺旋弹簧触指用高弹性、高导电铜铬锆合金及其加工工艺。本发明在于解决高强高导电铜铬锆合金丝材弹性的不足，获得一种高弹性高导电铜铬锆合金，满足于制备螺旋弹簧触指要求，本发明通过向铜铬锆合金基体中添加高熔点金属元素Si、Ti和Fe的组合形式，有效利用Cu、Cr、Zr、Si、Ti及Fe元素特性及其之间形成的强化相，充分提高合金强度，弹性性能及高温强度，与目前螺旋弹簧触指所普遍采用的铍铜合金相比，本发明的高弹性、高导电铜铬锆合金，在强度方面虽略低于铍铜合金，但导电性、可加工性能方面远优于铍铜合金，生产工序简单且无铍毒副作用。
【专利说明】
一种用于制备螺旋弹簧触指的铜铬锆合金及其加工工艺
[0001 ]
技术领域： 本发明所属有色金属加工技术领域，具体是一种用于制备螺旋弹簧触指用的高弹性、 高导电铜铬锆合金及其加工工艺。
[0002]
【背景技术】： 螺旋弹簧触指对材料的弹性有较高的要求，目前弹簧触指主要选用优质的铍青铜丝制 备，但铍青铜导电率太低，通常为20-50%IACS，铍青铜合金还有铍毒副作用，生产成本较高， 随着国内输配电行业的不断升级，铍青铜较低的导电率使得电气设备的通流能力受到限 制。
[0003] 铜铬锆合金具有高强高导性能，其抗拉强度可达560MPa，导电率大于80%IACS，为 典型的时效强化型合金。其合金化原理为高温下Cr、Zr合金化元素在铜中的固溶度高，而低 温下固溶度急剧下降，Cr、Zr与Cu元素之间形成析出强化相，合金强度与导电率均获得提 高。但铜铬锆合金的弹性性能较低，温度大于560°C时，强度下降较快，需要添加微量元素进 行合金化改善。
[0004] 公告号为CN103151187A的"一种高压开关用的螺旋弹簧触指及其制备方法"公开 一种用于制备螺旋弹簧触指的铬锆铜合金材料，其成分为:铬含量为0.8-1.9%，锆含量为 1.0-2.9%。该专利指出铜铬锆合金有良好导电性，无毒性，而且有自动灭弧的功能，不产生 电火花，可用于制备螺旋弹簧触指，但该合金线材抗拉强度为380-420MPa，线材硬度为 110-130HV。根据螺旋弹簧触指对材料的要求，铜铬锆合金强度、弹性方面需要进一步提高。
[0005]
【发明内容】
： 一种用于制备螺旋弹簧触指用高弹性、高导电铜铬锆合金及其加工工艺。本发明在于 解决高强高导电铜铬锆合金丝材弹性的不足，获得一种高弹性高导电铜铬锆合金，满足于 制备螺旋弹簧触指要求。
[0006] -种用于制备螺旋弹簧触指的铜铬锆合金，所述铜铬锆合金各元素的质量百分比 是:铬0.5-1.2%，锆0.05-0.5%，组分X 0.2-1.5%，铜96.8-99.25%，所述组分X包括硅和钛两 种元素或者硅、钛和铁三种元素。 所述铜铬锆合金的抗拉强度〇b可达到680~780MPa，塑性延伸率δ为2~6%，电导率为68 ~75%IACS，硬度Hv大于170。
[0007] 所述铜铬锆合金各元素的优选的质量百分比为:铬0.5-0.8%，锆0.15-0.25%，组 分XO·3-1·0%，铜97·95-99·05%。
[0008] 所述娃元素的质量百分比不超过〇. 15%，所述铁元素的质量百分比是0.05-0.5%， 所述钛的质量百分比是〇. 05-0.5%。
[0009] -种用于制备螺旋弹簧触指的铜铬锆合金的加工工艺，包括如下步骤:a连铸、b固 溶、c乳制、d时效、e拉拔、成品退火，最后制备成合金丝材成品，特殊的，该合金也可经过熔 铸铸锭、锻造成棒、固溶、乳制、时效、拉拔、成品退火，合金丝材成品。
[0010]步骤a连铸中，所述投料的具体顺序为：先加入Cu，熔化后，再加入Cr、Zr、Si、Ti 和Fe元素的中间合金。所述熔炼的温度为1200~1300°C，所述的连铸温度控制在1200~ 1250°C。
[0011] 步骤b中，所述的固溶处理的温度为950~1000°C，时间为I~5h。
[0012] 步骤c中，所述的乳制变形量为70-95%。
[0013] 步骤d中，所述时效的温度为400-600°C，时间为1~16h，7令却方式为空冷或随 炉冷却。
[0014] 步骤f中，所述成品退火在真空炉中进行，退火温度为200-400°C，保温时间1-8h〇
[0015] 本发明的有益效果是： 1、本发明通过向铜铬锆合金基体中添加高熔点金属元素 Si、Ti和Fe的组合形式，有效 利用〇!、&、2^51、1^及?6元素特性及其之间形成的强化相，充分提高合金强度，弹性性能 及高温强度。
[0016] 2、与目前螺旋弹簧触指所普遍采用的铍铜合金相比，本发明的高弹性、高导电铜 铬锆合金，在强度方面虽略低于铍铜合金，但导电性、可加工性能方面远优于铍铜合金，生 产工序简单且无铍毒副作用。
[0017] 3、本发明的高弹性、高导电铜铬锆合金的抗拉强度Ob可达到680-780MPa，塑性延 伸率δ为2-6%，电导率为68-75%IACS。
[0018] 本发明铜铬锆合金具有良好导电性的优点，同时弹性、强度、疲劳性、耐热性均较 好。
[0019] 【具体实施方式】： 下面结合实施例对本发明作进一步的说明： 以下各个实施例中各元素的质量百分比含量参考表一： 表1实施例合金成分表
实施例1: a连铸:在工频水平连铸炉中进行熔炼。合金的加入顺序为：先加入Cu，熔化后，加覆 盖剂鳞片石墨保温l〇min，经充分除气、除杂后，再添加0、2^31、11和?6元素的中间合金， 其中Cr、Si、Fe中间合金先加，保持炉内熔体温度为1300°C，熔化后降低炉温至1250Γ再加 入Zr、Ti中间合金。保温20min后测量炉内合金成分，达标后，调整炉温度至1250Γ的连铸 温度，合金成分按表1中实施例1控制； b固溶:将连铸杆进行固溶处理，固溶处理的温度为950°C，时间为5h; c乳制:将固溶后的合金杆在Y型乳机上进行乳制，乳制变形量为95%; d时效:时效的温度为400°C，时间为12h，冷却方式为空冷； e拉拔:拉拔为将时效后丝材拉拔至成品直径1.5mm; f成品退火:成品退火在真空炉中进行，退火温度为200°C，保温时间8h。
[0020]所得产品性能参数如表2中实施例1所述。
[0021] 实施例2: a连铸:在工频水平连铸炉中进行熔炼，合金的加入顺序为：先加入Cu，熔化后，加覆 盖剂鳞片石墨保温9min，经充分除气、除杂后，再添加 Cr、Zr、Si、Ti和Fe元素的中间合金， 其中Cr、Si、Fe中间合金先加，保持炉内熔体温度为1300°C，熔化后降低炉温至1250Γ再加 入Zr、Ti中间合金。保温20min后测量炉内合金成分，达标后，调整炉温度至1250Γ的连铸 温度，合金成分按表1中实施例2控制； b固溶:将连铸杆进行固溶处理，固溶处理的温度为950°C，时间为5h; c乳制:将固溶后的合金杆在Y型乳机上进行乳制，乳制变形量为80%; d时效:时效的温度为450°C，时间为8h，冷却方式为空冷； e拉拔:拉拔为将时效后丝材拉拔至成品直径1.5mm; f成品退火:成品退火在真空炉中进行，退火温度为250°C，保温时间6h。
[0022 ]所得产品性能参数如表2中实施例2所述。
[0023] 实施例3: a连铸:在工频水平连铸炉中进行熔炼，合金的加入顺序为：先加入Cu，熔化后，加覆 盖剂鳞片石墨保温8min，经充分除气、除杂后，再添加 Cr、Zr、Si和Ti元素的中间合金，其中 Cr、Si中间合金先加，保持炉内熔体温度为1300°C，熔化后降低炉温至1250°C再加入Zr、Ti 中间合金。保温20min后测量炉内合金成分，达标后，调整炉温度至1250Γ的连铸温度，合 金成分按表1中实施例3控制； b固溶:将连铸杆进行固溶处理，固溶处理的温度为950°C，时间为4h; c乳制:将固溶后的合金杆在Y型乳机上进行乳制，乳制变形量为95%; d时效:时效的温度为500°C，时间为10h，冷却方式为空冷； e拉拔:拉拔为将时效后丝材拉拔至成品直径1.5mm; f成品退火:成品退火在真空炉中进行，退火温度为300°C，保温时间4h。
[0024]所得产品性能参数如表2中实施例3所述。
[0025] 实施例4: a连铸:在工频水平连铸炉中进行熔炼，合金的加入顺序为：先加入Cu，熔化后，加覆 盖剂鳞片石墨保温7min，经充分除气、除杂后，再添加 Cr、Zr、Si和Ti元素的中间合金，其中 Cr、Si中间合金先加，保持炉内熔体温度为1300°C，熔化后降低炉温至1250°C再加入Zr、Ti 中间合金。保温20min后测量炉内合金成分，达标后，调整炉温度至1250Γ的连铸温度，合 金成分按表1中实施例4控制； b固溶:将连铸杆进行固溶处理，固溶处理的温度为1000°C，时间为3h; c乳制:将固溶后的合金杆在Y型乳机上进行乳制，乳制变形量为80%; d时效:时效的温度为550°C，时间为6h，冷却方式为空冷； e拉拔:拉拔为将时效后丝材拉拔至成品直径1.5mm; f成品退火:成品退火在真空炉中进行，退火温度为350°C，保温时间4h。
[0026]所得产品性能参数如表2中实施例4所述。
[0027] 实施例5: a连铸:在工频水平连铸炉中进行熔炼。合金的加入顺序为：先加入Cu，熔化后，加覆 盖剂鳞片石墨保温6min，经充分除气、除杂后，再添加 Cr、Zr、Si和Ti元素的中间合金，其中 Cr、Si中间合金先加，保持炉内熔体温度为1300°C，熔化后降低炉温至1250°C再加入Zr、Ti 中间合金。保温20min后测量炉内合金成分，达标后，调整炉温度至1250Γ的连铸温度。合 金成分按表1中实施例5控制； b固溶:将连铸杆进行固溶处理，固溶处理的温度为1000°C，时间为2h; c乳制:将固溶后的合金杆在Y型乳机上进行乳制，乳制变形量为75%; d时效:时效的温度为600°C，时间为5h，冷却方式为空冷； e拉拔:拉拔为将时效后丝材拉拔至成品直径1.5mm; f成品退火:成品退火在真空炉中进行，退火温度为350°C，保温时间2h。
[0028] 所得产品性能参数如表2中实施例5所述。
[0029] 表2实施例及对比合金性能表
以丄衣迚仪刀I仅明的1 兀旌力a，胆彐佰m，別丁 Mtfj苜旭忟不八臾术况，仕个貺离 本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围 之内。
【主权项】
1. 一种用于制备螺旋弹簧触指的铜铬锆合金，其特征在于:所述铜铬锆合金各元素的 质量百分比是:铬0.5-1.2%，锆0.05-0.5%，组分X 0.2-1.5%，铜96.8-99.25%，所述组分X包 括硅和钛两种元素或者硅、钛和铁三种元素。2. 根据权利要求1所述的一种用于制备螺旋弹簧触指的铜铬锆合金，其特征在于:所述 铜铬锆合金的抗拉强度〇b可达到680-780MPa，塑性延伸率δ为2-6%，电导率为68-75% IACS，硬度Ην大于170。3. 根据权利要求1所述的一种用于制备螺旋弹簧触指的铜铬锆合金，其特征在于:所述 铜铬锆合金各元素的优选的质量百分比为:铬〇. 5-0.8%，锆0.15-0.25%，组分Χ0.3-1.0%， 铜97.95-99.05%。4. 根据权利要求1所述的一种用于制备螺旋弹簧触指的铜铬锆合金，其特征在于:所述 娃元素的质量百分比不超过0.15%，所述铁元素的质量百分比是0.05-0.5%，所述钛的质量 百分比是0.05-0.5%。5. -种用于制备螺旋弹簧触指的铜铬锆合金的加工工艺，其特征在于:包括如下步骤： a连铸、b固溶、c乳制、d时效、e拉拔、成品退火，最后制备成合金丝材成品;特殊的，该合金也 可经过熔铸铸锭、锻造成棒、固溶、乳制、时效、拉拔、成品退火，合金丝材成品。6. 根据权利要求5所述的一种用于制备螺旋弹簧触指的铜铬锆合金的加工工艺，其特 征在于:步骤a连铸中，所述投料的具体顺序为：先加入Cu，熔化后，再加入Cr、Zr、Si、Ti 和Fe元素的中间合金，所述熔炼的温度为1200~1300°C，所述的连铸温度控制在1200~ 1250°C。7. 根据权利要求5所述的一种用于制备螺旋弹簧触指的铜铬锆合金的加工工艺，其特 征在于:步骤b中，所述的固溶处理的温度为950~1000°C，时间为1~5h。8. 根据权利要求5所述的一种用于制备螺旋弹簧触指的铜铬锆合金的加工工艺，其特 征在于:步骤c中，所述的乳制变形量为70~95%。9. 根据权利要求5所述的一种用于制备螺旋弹簧触指的铜铬锆合金的加工工艺，其特 征在于:步骤d中，所述时效的温度为400~600°C，时间为1~16h，冷却方式为空冷或随 炉冷却。10. 根据权利要求5所述的一种用于制备螺旋弹簧触指的铜铬锆合金的加工工艺，其特 征在于:步骤f中，所述成品退火在真空炉中进行，退火温度为200~400°C，保温时间1~8h。
【文档编号】C22C9/10GK106086507SQ201610391743
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月6日 公开号201610391743.5, CN 106086507 A, CN 106086507A, CN 201610391743, CN-A-106086507, CN106086507 A, CN106086507A, CN201610391743, CN201610391743.5
【发明人】向朝建, 李华清, 陈忠平, 张曦
【申请人】中色科技股份有限公司