一种铜铁合金丝材及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及有色金属合金技术领域，具体涉及一种铜铁合金丝材及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 金属材料有着广泛的应用范围，但国内外对铜铁合金的报道却极少，由金属材料 学的知识可以预测到Cu-Fe合金的一些特点：（1)熔点应高于Cu而低于Fe，若将其用做真 空电触头材料来替代Cu合金，则可改善其耐电弧烧蚀能力；（2)纯铜和纯铁都具有良好的 延展性，因此Cu-Fe合金应该也具备该性能；（3)用Fe替代部分Cu可以降低Cu材料的成 本；(4)具有电磁屏蔽效果。
[0003] 图1所示为Cu-Fe二元合金相图，初级固溶理论认为：两种元素的原子半径及电化 学性质越相似，则越容易形成固溶体，但Fe-Cu系却是例外，它们的原子半径几乎相等，化 学亲和力或电负性以及其他化学性质都很类似，但在熔点以下的溶解度却很小，从金属相 图上看Fe在Cu中只有2. 5%无限固溶。随着Fe含量的增加，Cu-Fe合金在凝固过程中极 易形成偏析严重的组织，即合金的显微组织主要以初生的富Fe枝晶形式存在于Cu基体中， Fe含量越高，a -Fe枝晶越粗大，因为该合金的这一特性，大大阻碍了 Cu-Fe合金的生产与 应用。
[0004] 合金在冶炼过程中，一些元素是以中间合金的方式加入。利用中间合金加入的方 式，一方面可以减少合金元素的熔炼损耗，从而实现对合金化学成分的精确控制；另一方 面，在降低熔炼温度的同时也缩短了熔炼时间，有利于提高熔炼设备的寿命，且节约能源。 另有研究表明，中间合金的组成、结构等因素也会对所制备合金的性能产生重要影响。
[0005] 因此，通过在生产Cu-Fe二元合金过程中采用特定的中间合金母料，以期改变所 制备Cu-Fe二元合金的固溶性，优化其性能及拓展应用范围，成为一种新的研究思路。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种铜铁合金丝材及其制备方法，采用特定组成的中间合 金母料，结合特定的工艺，制备的CuFe合金铸态和锻态时Fe与Cu固溶良好，Fe元素分布 均匀、不偏析，具有良好的加工性。进一步加工成丝材后，具有优异的机械强度和延伸率。
[0007] 为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
[0008] -种铜铁合金丝材，按重量百分含量计，该铜铁合金丝材化学成分为：Fe为8. 0~ 13. 0%，余量为Cu及不可避免的杂质；该丝材优选的化学成分为：Fe为8. 5~11. 5%，余量 为Cu及不可避免的杂质；其化学成分中：C彡0.03%，S彡0.01%，P彡0.01%。
[0009] 该铜铁合金丝材成品尺寸公差精度高，其直径Φ0. 05~0. 1mm，抗拉强度彡440N/ mm2;延伸率多10% ;该丝材还具有优异的电磁屏蔽效果。
[0010] 所述铜铁合金丝材按照如下步骤进行制备：
[0011] (1)原料准备及配料
[0012] 将阴极铜和中间合金母料表面依次经酸洗、水洗和烘干处理，确保所有原料清洁， 然后按所需比例准确称重；所述酸洗是指：阴极铜采用浓度30vol. %的硫酸清洗，工业纯 铁采用浓度30vol. %的盐酸清洗，电解镍采用浓度40vol. %的硝酸清洗；所述中间合金 母料为条状铜铁中间合金，按重量百分含量计，该中间合金化学成分为：Fe 45~60%，Ni 0. 20~0. 35%，RE>0, Cu为余量；其中：RE为稀土元素 La和Ce ;该中间合金化学成分优选 为：Fe 48 ~52%，Ni 0.20 ~0.30%，La〈0. 02%，Ce〈0. 04%，Cu 为余量。
[0013] 所述中间合金母料作为铁元素和部分铜元素的来源，所述阴极铜作为剩余部分铜 元素的来源；所述中间合金母料的制备包括如下（a)-(e)步骤：
[0014] (a)原料准备：原料选择阴极铜、工业纯铁和电解镍，原料使用前依次经酸洗、水 洗和烘干处理，以保证所有原料清洁；所述酸洗是指：阴极铜采用浓度30vol. %的硫酸清 洗，工业纯铁采用浓度30vol. %的盐酸清洗，电解镍采用浓度40vol. %的硝酸清洗。按重 量百分含量计，原料中各元素百分含量为：Fe 45~60%，Ni 0.20~0.35%，RE 0.05~ 0. 1%，Cu为余量；其中：RE为稀土元素 La和Ce ;原料中各元素百分含量优选为：Fe 48~ 52%，Ni 0.25 ~0.30%，La 0.02 ~0.025%，Ce 0.04 ~0.045%，Cu 为余量。
[0015] (b)真空感应熔炼：
[0016] 按照原料中各元素比例配料，然后进行真空感应熔炼，熔炼过程具体为：将阴极 铜、工业纯铁按配比装入坩埚内，炉内抽真空后送电熔化，1300~1550°C精炼20-30min ;加 入Ni和CaF后再次精炼20-30min ;最后加入La和Ce，40~50秒后开始带电浇铸；熔炼过 程中，真空度< 8Pa，精炼温度控制在1300~1550°C ;浇铸获得合金铸锭；
[0017] (c)铸锭铣面：
[0018] 用立式铣床去除铸锭表面2_3mm厚的表层，其目的是除去杂质含量高的部分，同 时利于后续加工；
[0019] (d)热乳开坯：
[0020] 乳制温度1000~1015°C，保温90~100分钟，乳制6-7个道次，热乳至10~12mm， 然后冷加工至5~6mm ;
[0021] (e)热乳开坯后的板材进行清洗，清洗过程为：先用浓度30vol. %的硫酸洗去板 材表面的氧化皮，再用清水将表面的残酸冲洗干净；清洗后剪切成所需规格的条状铜铁中 间合金材料。
[0022] (2)真空熔炼
[0023] 将阴极铜、中间合金母料装入坩埚内，送电熔化后精炼20_30min，然后加入CaF， 再次精炼20-30min，再在炉内充入惰性气体Ar后开始带电浇铸，即获得所述铜铁合金铸 锭；真空熔炼过程中：精炼温度控制在1200~1500°C ;真空度< 2Pa ;所制备的铜铁合金 (铸锭）中Fe兀素分布均勾、不偏析。
[0024] (3)合金铸锭车光：
[0025] 将铜铁合金铸锭表面车光。
[0026] (4)热锻及锻后车光：
[0027] 在750Kg空气锤上自由锻造，电炉加热温度850~875°C，保温60~100分钟后， 进行两镦两拔后锻至Φ 42~50mm棒材；然后车光至Φ 40~45mm棒材。
[0028] (5)热乳制：
[0029] 电炉加热温度845~855°C，保温70~80分钟后，在Φ 250 X 350孔型乳机上乳制 (梗压）至Φ10~15mm棒材。
[0030] (6)冷加工及中间过程真空退火：
[0031] 将步骤（3)所得Φ 10~15_棒材依次进行盘圆、退火和冷拉拔处理，重复该过程 3~5次，获得Φ 1. 2~2. Omm丝材后再进行退火处理，退火温度550~730 °C。
[0032] (7)微丝拉拔：
[0033] 真空退火后软态Φ 1.2~2. Omm丝材进行多次拉拔处理，获得直径Φ0. 05~ 0.1 mm铜铁合金丝材，具体过程为：
[0034] 将Φ 1.2~2. Omm丝材拉拔至Φ0. 8~1.2_，每道次加工率15 % ;连续氢气退 火炉退火处理：炉温740°C，引取（机）速度70~80之间，退火后丝材延伸率彡25% ;将 Φ0. 8~I. 2mm丝材拉拔至Φ0. 3~0. 5mm，每道次加工率15%;连续氢气退火炉退火处理： 炉温740°C，引取（机）速度70~80之间，退火后丝材延伸率彡25% ;将Φ0. 3~0.5_ 丝材拉拔至Φ0. 15~0. 2mm，每道次加工率13% ;连续氢气退火炉退火处理：炉温740°C， 引取（机）速度70~80之间，退火后丝材延伸率彡20% ;将Φ0. 15~0. 2mm丝材拉拔至 Φ0. 05~0. 1mm，每道次加工率12%;连续氢气退火炉退火处理：炉温740°C，引取（机）速 度70~80之间，退火后丝材延伸率彡10%。
[0035] 本发明的优点及有益效果如下：
[0036] 1、为生产高强度高延展性Cu-Fe合金丝材，采用CuFe中间合金母料。母料铸锭上、 中、下成分均勾，Fe元素分布均勾、不偏析；采用该母料并配合特点的制备工艺可降低高延 展性Cu-Fe合金的熔点，减少Fe的氧化和烧损，并通过二次真空重熔，使高延展性Cu-Fe合 金中Fe的分布均匀、不偏析。
[0037] 2、为制成成分均勾的CuFe中间合金母料，加入特定配比的稀土元素 La(镧）和 Ce (铈），稀土元素 La和Ce具有净化、去杂作用，并在特定工艺条件下与其他元素协同作 用，从而充分细化Cu-Fe合金铸态组织的晶粒，减少偏析的产生。
[0038] 3、所制备的高强高延展性铜铁合金丝材化学成分稳定，Fe元素在合金中的分布均 勾、不偏析。
[0039] 4、所制备的高强、高延展性铜铁合金丝材成品尺寸公差精度高，微丝直径Φ可达 0. 05~0.1 mm ;机械性能优良，丝材抗拉强度彡440N/mm2,延伸率彡10% ;铜铁合金丝材还 具有优异的电磁屏蔽效果，性能稳定，性价比高，具有十分广阔的市场前景。