高强高导铜合金及其制备方法
【专利摘要】本发明属于导电铜合金，主要涉及用于电气工业高强高导铜合金。一种高强高导铜合金，其主要特点在于按质量百分比的组成为铬0.6～0.9％，锰0.2～0.6％，硼0.4～0.8％，其余为铜，其中杂质不大于0.5％。本发明的铜合金材料的抗拉强度Rm(σb)可达600MPa，塑性延伸率δ为12％，导电率为85％IACS。该合金具有高弹性、高强度、高疲劳性、耐热性，同时兼顾了良好的导电性。所得产品是生产电气触头、高铁接触网配件、点焊电极、导电嘴等高强高导铜合金产品的重要原材料。
【专利说明】高强高导铜合金及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于导电铜合金，主要涉及用于电气工业高强高导铜合金。
【背景技术】
[0002]目前，市场上的各种铬青铜合金导电性能好，普遍使用于电气工业制作电极、触头元件等，且能满足一般要求。但随着现代科学技术和工业的快速发展，铜合金的环境越来越趋于复杂化，对铜合金的性能提出了更高的要求。如，触头元件是公认的断路器高压真空开关的关键部件，触头材料在很大程度上决定了断路器的发展，在实际应用中，现有产品的弹性恢复能力较差，还难以满足特高压建设的要求；高速铁路等行业存在大量的高温、强腐蚀等环境，要求材料必须具有良好的综合性能，来满足安全运行的要求。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于避免现有技术的不足，提供一种高强高导铜合金及其制备方法。已解决高速铁路行业在高温、强腐蚀环境下，要求铜合金必须具有良好的综合性能，以满足安全运行的要求。
[0004]本发明的又一目的提供一种高强高导铜合金制备方法。
[0005]为实现上述目的，本发明采取的技术方案为:一种高强高导铜合金，其主要特点在于:按质量百分比的组成为铬0.6~0.9%，锰0.2~0.6%，硼0.4~0.8%，其余为铜，其中杂质不大于0.5%。
[0006]一种高强高导铜合金的制备方法，其主要特点在于包括如下步骤:
[0007](I).按质量百分比进行配料；选用不小于99.90%的电解铜，含铬5~7%的铜铬中间体，含硼4~10 %的铜硼合金，不小于97 %的金属锰为原料；木炭硼砂覆盖剂为机制木炭、颗粒均匀，硼砂为工业用；
[0008](2).对中频感应炉进行准备；
[0009](3).合金熔炼，包括如下步骤:
[0010]①在中频炉中加入100_150kg电解铜，并将中频炉功率升至350-400KW，直至电解铜完全熔化，并铺上烘干的木炭硼砂覆盖剂，且炉内温度达到1200-1300°C时，依次向炉内加入金属锰4-5kg、铜硼合金40-80kg，再保温0.5-1小时；
[0011]②向炉中加入600-650kg电解铜，将中频炉功率升至650-800KW，电解铜完全熔化，温度达到1750-1800°C时，将木炭硼砂覆盖剂捞清，加入铜铬中间合金85-128kg，并加入冰晶石0.8-1.2kg，再次铺上木炭硼砂覆盖剂，精炼30-40分钟。
[0012]所述的高强高导铜合金的制备方法，还包括如下步骤:
[0013](4).炉前化验:取样、制样、使用X荧光光谱仪或化学分析方法，检测炉内合金化学成份；
[0014](5).出炉:清渣，出炉浇铸，浇铸温度为1250— 1300°C，同时进行电磁搅拌。
[0015]所述的高强高导铜合金的制备方法，所述的步骤(2)中所述的对中频感应炉进行准备的步骤为:
[0016](I)检查中频炉感应线圈与炉体绝缘以及线圈上耐火胶泥完整，如有破损补全胶泥的裂缝、残缺，自然干燥后将炉内温度升高至400-500°C，烘烤2-3小时；
[0017](2)在中频炉炉底铺8-10mm石棉板，炉壁贴1-1.5mm的石棉板；
[0018](3)使用高铝干式捣打料，并用筑炉器筑炉，捣打完炉底后，放入紫铜板制成的炉芯样板，然后捣打炉壁；
[0019](4)使用高铝干式捣打料和硼酸及磷酸二氢铝液的混合物，筑打炉口与炉嘴；
[0020](5)炉体筑完后，即可进入烤炉步骤。
[0021]所述的高强高导铜合金的制备方法，所述的步骤(2)中所述的对中频感应炉进行准备的步骤还包括有:所述捣打的炉胆底厚为150-200_，炉壁厚为100-160_。
[0022]所述的高强高导铜合金的制备方法，所述的步骤(2)中所述的对中频感应炉进行准备的步骤还包括有:所述的筑打炉胆容积为1-1.5吨，中频炉频率为250-750HZ，功率为20-650KW。
[0023]所述的高强高导铜合金制备方法，在所述的步骤(2)中，炉底打完后，在炉底与炉壁结合部的炉底部分向下挖45-55mm，直径为380-400mm的坑。
[0024]所述的高强高导铜合金的制备方法，所述的步骤(2)中所述的对中频感应炉进行准备的步骤还包括有烤炉步骤为:
[0025](I)将中频炉炉芯内装入感应碳晶，炉头、炉口放置感应铁，即可开始升温烤炉；
[0026](2)从常温开始升温，中频炉内起初功率为15-20KW，以5KW/h的速率升温，直至功率达到30-35KW，此时炉内温度达到200-250°C时，进行保温；升温、保温时间不少于6小时；同时，观察炉口、炉头有无蒸汽溢出，炉口处若过量膨胀，则延长保温时间，当炉口无蒸汽溢出，方可继续升温；
[0027](3)将中频炉功率继续以5KW/h的速率升温，直至功率达到45-50KW，此时炉内温度达到600-650°C时，进行保温；升温、保温时间不少于4小时；同时，观察炉内感应铁若暗红，且炉口处若过量膨胀，则延长保温时间，当炉口无蒸汽溢出，方可继续升温；
[0028](4)将中频炉功率继续以5KW/h的速率升温，直至功率达到70-80KW，此时炉内温度达到1200-1300°C时，进行保温烧结，保温烧结2-4小时；
[0029](5)取出感应碳晶和感应铁，烤炉完毕。
[0030]所述的高强高导铜合金的制备方法，所述的木炭硼砂覆盖剂的铺设高度为100—160mm ;木炭、硼砂的重量比例为8:1。
[0031]所添加元素的作用:
[0032]微量元素铬:铬是降低铜导电率很少的元素，也是强烈提高材料的高温强度、硬度和耐磨性的元素。与铜形成的固溶体，其溶解度随温度的降低而急剧减少，因而兼有高的导电性和良好的机械性能。铬可以细化晶粒，减弱杂质的有害影响，从而提高铜及低合金铜的高温塑性。加入1%左右的铬能使铜的强度大幅度提高，而且经过适当的热处理后，对铜的导电性、导 热性影响也不大。
[0033]微量元素锰:锰与铜形成固溶体，起到固溶强化的作用，合金的硬度、强度、屈服点随锰含量增加而提高，但锰对铜的导电性有大的影响，需合理控制其含量。
[0034]微量元素硼:硼在铜及铜合金中有除杂质，净化晶面，显著细化晶粒的作用，从而改善铜及铜合金的导电性、力学性能、冷热加工性能和耐磨耐蚀性能。微量的硼即可显著地提高铜材的强度和耐腐蚀性。
[0035]本发明的有益效果:本发明是参照铬青铜材料QCr0.5，在铬青铜材料的基础上增加锰、硼元素，并调整各元素之间的含量，优化了合金比例；熔炼炉在熔炼过程中采用木炭冰晶石硼砂覆盖剂保护下进行，木炭既起覆盖剂作用，防吸气和氧化，又起脱氧、排气、清渣、清洁液体金属的作用。在金属的熔炼和铸造过程中，铬这种亲氧合力极强的金属没有与氧接触的机会，从而保证了铸造出的合金棒材的化学成分符合相关标准要求。微量元素的加入，充分细化了铜合金的晶粒组织，材料无宏观偏析，组织结构均匀，改善了铜合金材料的综合性能，提高了导电、导热性能等综合效果。因此，材料可广泛用于高速铁路接触网配件、大功率接触器触头、电阻焊触头、防爆工具、电火花磨削工具材料等领域。
[0036]本发明的铜合金材料的抗拉强度Rm(σ b)可达600MPa，塑性延伸率δ为12%，导电率为85% IACS。该合金具有高弹性、高强度、高疲劳性、耐热性，同时兼顾了良好的导电性。所得产品是生产电气触头、高铁接触网配件、点焊电极、导电嘴等高强高导铜合金产品的重要原材料。
【具体实施方式】
[0037]下面通过【具体实施方式】对本发明做进一步说明，但并不意味对本发明保护范围的限制。
[0038]实施例1至7:—种高强高导铜合金，按质量百分比，它的组成为0.6~0.9%的铬，0.2~0.6%的锰，0.4~0.8%的硼，其余为铜，其中杂质不大于0.5 %。
[0039]所述的高强高导铜合金的组成原料是按照表1中的重量百分比组成:
[0040]表1
[0041]
【权利要求】
1.一种高强高导铜合金，其特征在于:按质量百分比的组成为铬0.6~0.9 %，锰0.2~0.6%，硼0.4~0.8%，其余为铜，其中杂质不大于0.5%。
2.一种高强高导铜合金的制备方法，其特征在于包括如下步骤: (1).按质量百分比进行配料；选用不小于99.90%的电解铜，含铬5~7%的铜铬中间体，含硼4~10%的铜硼合金，不小于97%的金属锰为原料；木炭硼砂覆盖剂为机制木炭、颗粒均匀，硼砂为工业用； (2).对中频感应炉进行准备； (3).合金熔炼，包括如下步骤: ①在中频炉中加入100-150kg电解铜，并将中频炉功率升至350-400KW，直至电解铜完全熔化，并铺上烘干的木炭硼砂覆盖剂，且炉内温度达到1200-1300°C时，依次向炉内加入金属锰4-5kg、铜硼合金40-80kg，再保温0.5-1小时； ②向炉中加入600-650kg电解铜，将中频炉功率升至650-800KW，电解铜完全熔化，温度达到1750-1800°C时，将木炭硼砂覆盖剂捞清，加入铜铬中间合金85-128kg，并加入冰晶石0.8-1.2kg，再次铺上木炭硼砂覆盖剂，精炼30-40分钟。
3.如权利要求2所述 的高强高导铜合金的制备方法，其特征在于还包括如下步骤: (4).炉前化验:取样、制样、使用X荧光光谱仪或化学分析方法，检测炉内合金化学成份； (5).出炉:清渣，出炉浇铸，浇铸温度为1250—1300°C，同时进行电磁搅拌。
4.如权利要求2所述的高强高导铜合金的制备方法，其特征在于所述的步骤(2)中所述的对中频感应炉进行准备的步骤为: (1)检查中频炉感应线圈与炉体绝缘以及线圈上耐火胶泥完整，如有破损补全胶泥的裂缝、残缺，自然干燥后将炉内温度升高至400-500°C，烘烤2-3小时； (2)在中频炉炉底铺8-10mm石棉板，炉壁贴1-1.5mm的石棉板； (3)使用高铝干式捣打料，并用筑炉器筑炉，捣打完炉底后，放入紫铜板制成的炉芯样板，然后捣打炉壁； (4)使用高铝干式捣打料和硼酸及磷酸二氢铝液的混合物，筑打炉口与炉嘴； (5)炉体筑完后，即可进入烤炉步骤。
5.如权利要求4所述的高强高导铜合金的制备方法，其特征在于所述的步骤(2)中所述的对中频感应炉进行准备的步骤还包括有:所述捣打的炉胆底厚为150-200mm，炉壁厚为 100_160mm。
6.如权利要求5所述的高强高导铜合金的制备方法，其特征在于所述的步骤(2)中所述的对中频感应炉进行准备的步骤还包括有:所述的筑打炉胆容积为1-1.5吨，中频炉频率为 250-750HZ，功率为 20-650KW。
7.如权利要求5所述的高强高导铜合金制备方法，其特征在于在所述的步骤(2)中，炉底打完后，在炉底与炉壁结合部的炉底部分向下挖45-55mm，直径为380— 400mm的坑。
8.如权利要求2所述的高强高导铜合金的制备方法，其特征在于所述的步骤(2)中所述的对中频感应炉进行准备的步骤还包括有烤炉步骤为: (1)将中频炉炉芯内装入感应碳晶，炉头、炉口放置感应铁，即可开始升温烤炉； (2)从常温开始升温，中频炉内起初功率为15-20KW，以5KW/h的速率升温，直至功率达到30-35KW，此时炉内温度达到200-250°C时，进行保温；升温、保温时间不少于6小时；同时，观察炉口、炉头有无蒸汽溢出，炉口处若过量膨胀，则延长保温时间，当炉口无蒸汽溢出，方可继续升温； (3)将中频炉功率继续以5KW/h的速率升温，直至功率达到45-50KW，此时炉内温度达至Ij600-650°C时，进行保温；升温、保温时间不少于4小时；同时，观察炉内感应铁若暗红，且炉口处若过量膨胀，则延长保温时间，当炉口无蒸汽溢出，方可继续升温； (4)将中频炉功率继续以5KW/h的速率升温，直至功率达到70-80KW，此时炉内温度达到1200-1300°C时，进行保温烧结，保温烧结2-4小时； (5)取出感应碳晶和感应铁，烤炉完毕。
9.如权利要求2所述的高强高导铜合金的制备方法，其特征在于所述的木炭硼砂覆盖剂的铺设高度为100— 160mm ;木炭、硼砂的重量比例为8:1。
【文档编号】C22C9/00GK104004939SQ201410262431
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年6月13日 优先权日:2014年6月13日
【发明者】郝发强, 周尚智, 安思宁, 张玉武, 杨海, 康镭鏷, 王嘉英, 包仲齐 申请人:甘肃大鑫铜业有限责任公司