一种铜铁合金丝材及其制备方法

文档序号:8959816阅读:1033来源:国知局
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。
当前第1页1 2 3 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1