本发明属于有色金属加工领域，具体涉及一种短流程制备高性能cu-cr-ag合金线材的方法。
背景技术：
铜及其合金因具备优异的导电和导热性能，被广泛应用于轨道交通、航天航空、能源电力、电子电器等领域，例如高铁用接触线、半导体用引线框架材料。纯铜的力学性能较低，很难满足上述领域对材料力学性能方面的要求。研究发现，通过添加合金化元素、热处理和塑性变形等手段能够显著提高合金强度。然而，在大多数情况下，伴随着强度的升高，材料的电导率会随之减小，强度-电导率呈倒置关系。因此，很难实现材料的兼具高强度和高电导率的要求，研发高强高导铜合金已成为当今学界的研究热点，世界各国都在致力于研发兼顾高强度、高导电性能的铜合金材料。
cu-cr-ag合金是一类时效强化型合金。由于cr元素在铜中高温和室温的极限固溶度相差较大，在时效过程中，绝大部分cr原子将以富cr相的形式析出，并产生弥散强化效果，从而实现材料强度的显著提高，并保持较高的导电性能。通常，在时效前需进行固溶淬火处理以使合金获得过饱和固溶体，有利于合金中第二相的时效析出。一般而言，铜合金的固溶处理温度大于800℃，保温时长大于1h，然后进行快速淬火。在生产过程中，固溶处理操作复杂，不但会消耗大量的能量，提高生产成本，而且，高温条件下的固溶处理易造成合金表面剧烈氧化，导致材料损失并影响合金性能，此外，淬火过程要求合金在短时间内快速冷却，否则将难以获得有效的过饱和固溶度，然而，大长度线材、大卷重板带材等规模化制备的铜合金制品由于其本身形状和尺寸的限制，难以在合金各部分获得相同的冷却速率，特别是头部和尾部、表面和芯部之间存在显著的冷却速率差异，造成了合金组织性能稳定性控制的难题，严重限制了时效强化cu-cr-ag合金的规模化生产和应用。
由上述有关技术资料可知，为实现高性能cu-cr-ag合金高效、规模化生产，有待于进一步改进和优化其制备加工技术，解决其关键技术问题。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种制备流程简单、节省能源、使用方便的高强高导cu-cr-ag合金短流程制备方法；具体技术方案为：
一种cu-cr-ag合金的制备方法，所述cu-cr-ag合金的组分为：0.3wt%～0.7wt%的cr，0.08wt%～0.16wt%的ag，0.02wt%左右的mg，余量为cu；其制备方法包括如下步骤：
1）按配比配料，其中铬采用cu-cr中间合金；银采用纯银；镁采用纯镁；其余的铜采用纯铜作为原材料，先将纯铜放入中频感应炉进行熔炼，使用脱水炭粉作覆盖剂，熔炼的温度为1200～1250°c，再加入纯银和纯mg熔炼，在1250°c保温10min，然后加入cu-cr中间合金，在1200°c保温8min。通过在线化验各元素的含量，补充调整合金元素之间的配比，使之符合成分设计要求。
2）通过上引连续铸造制备得到cu-cr-ag合金杆坯，上引温度为1200～1250°c。
3）对上引cu-cr-ag合金杆坯进行多道次拉拔。
4）对拉拔态cu-cr-ag合金线材进行时效；
5）对时效态cu-cr-ag合金线材进行再次拉拔。
进一步，步骤1）中纯铜、纯银的质量纯度均不低于99.95%，cu-cr中间合金铬的中铬的质量百分比为3～10%。
进一步，步骤1）中mg元素先于cu-cr中间合金加入，以降低cr元素的烧损，且含量严格控制在0.018wt%～0.022wt%，过高将造成导电性能降低，过低将损害材料的抗软化性能。
进一步，在步骤2）中，上引速度为2～0mm/s，节距为4～8mm，停顿时间0.2～0.6s，冷却水流量为50～250cm3/s，出水温度为20～60°c，上引连铸制备的杆坯直径为12～16mm；使得合金中纤维状晶粒的直径小于50μm，合金基体的晶格常数大于0.36158nm。
进一步，步骤3）多道次拉拔后，制品纤维状晶粒直径小于10μm，长度大于300μm。
进一步，步骤4）时效温度为450°c，保温时间为0～8h；再结晶晶粒的体积分数小于4%。
进一步，步骤5）中，拉拔的总加工率为90～97%，纤维状晶粒的直径达到小于5μm，长度大于500μm。
本发明通过“熔炼-上引连铸-拉拔-时效-拉拔”工艺制备cu-cr-ag合金，实现了cu-cr-ag合金的短流程连续生产。（1）由于合金上引过程中大的冷却速度，上引cu-cr-ag合金杆坯中的铜基体能保持较大固溶度，因此，能省去固溶淬火处理工序；（2）上引合金杆坯中晶粒形状呈沿上引方向的纤维状，具有明显的取向性；（3）上引合金杆加工过程中的各工序处理温度皆小于450°c，合金发生再结晶程度可控，有利于协调加工硬化和时效强化两种强化方式之间的配合以获得良好的强度性能；（4）通过优化形变热处理工艺，有效控制合金中再结晶程度和时效强化的效果，实现了短流程制备高强高导抗软化cu-cr-ag合金；(5)在合金中加入少量mg元素，一方面降低了易烧损元素cr的消耗，保证了合金中cr元素的成分稳定，另一方面，mg元素加入细化了时效沉淀相的尺寸，对cr纳米沉淀相的粗化具有抑制作用，并与ag溶质原子协同作用，提高了材料的抗软化性能。该方法操作方便，实施简单，具有短流程、高效率和低能耗的特点。本申请提供的cu-cr-ag合金线材，其抗拉强度可达到500～755mpa，电导率为70～85%iacs，延伸率为1～14%，软化温度可达到550～600°c。可广泛的应用于轨道交通接触线、半导体用引线框架材料等。
具体实施方式
下面利用实施例对本发明进行更全面的说明。本发明可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。
对比实施例
步骤一、按合金组分为：0.3wt.%的cr，0.08wt.%的ag，0.02wt.%mg，余量为cu配料。其中银选纯银，镁选用纯镁，铬选用cu-cr中间合金，余量铜用纯铜补齐。熔炼过程为：将纯铜放入中频感应炉进行熔炼，使用脱水炭粉作覆盖剂，纯铜熔化后，再加入纯银和纯mg熔炼，并在1250°c保温10min，然后加入cu-cr中间合金，在1200°c保温8min。然后，通过在线化验各元素的含量，具体做法为：用铁质勺子舀出铜水，在模具中浇铸冷却为小的圆柱形铸锭，横截面磨平，然后通过成分分析仪进行成分分析。总体所需时间较短，所以称之为在线分析，分析结果符合成分设计要求，则进行熔炼铸造，否则需要通过添加材料进行成分调控，直至成分合格。根据检测结果增添不同的原料以快速补充调整合金元素之间的配比，重复成分在线分析过程，直至达到设计的组分配比要求。
步骤二、将熔液倒入铁模中，铸造制备得到符合设计组分的φ80mm的cu-cr-ag合金铸坯。
步骤三、对cu-cr-ag合金铸坯在900°c保温2h后进行热挤压，热挤压的起始温度在900°c左右；铸坯由φ80mm挤压至φ12mm。
步骤四、挤压态cu-cr-ag合金在900°c保温1h后水淬，晶粒尺寸为200μm，晶格常数约为0.36160nm。
步骤五、对淬火态cu-cr-ag合金杆进行多道次拉拔，合金杆由φ12mm拉至φ3mm，合金晶粒被拉长为纤维状，其平均直径约为50μm，长度约为300μm。
拉拔配模表如下表1所示：
表1
步骤六、拉拔态cu-cr-ag合金线材在450°c进行时效，时效时间为2h，合金中第二相的体积分数约为占0.32%。经测定材料的平均抗拉强度达到512mpa；电导率达到87%iacs；延伸率达到11%；软化温度为547°c。
实施例1
步骤一、按合金组分为：0.3wt.%的cr，0.08wt.%的ag，0.02wt.%mg，余量为cu配料。其中银选纯银，镁选用纯镁，铬选用cu-cr中间合金，余量铜用纯铜补齐。将原料放入中频感应炉进行熔炼，使用适量脱水炭粉作覆盖剂。具体熔炼过程：将纯铜放入中频感应炉进行熔炼，使用脱水炭粉作覆盖剂，熔炼的温度为1200～1250°c，先加入纯银和纯mg熔炼，其主要作用为防止cr元素的过度烧损，以避免大长度合金制品不同部位的cr元素含量差异，在1250°c保温10min，然后加入cu-cr中间合金，在1200°c保温8min。在线测试成分，补充原料，直至符合成分要求。
步骤二、通过上引连铸铸造制备得到符合设计组分的φ12mm的cu-cr-ag合金杆坯，上引温度为1200~1250°c。上引速度为4mm/s，节距为5mm，停顿时间0.2s，冷却水流量为80cm3/s，出水温度为50°c。使得合金中纤维状晶粒的平均直径为40μm，晶格常数约为0.36158nm。
步骤三、对上引cu-cr-ag合金杆坯进行多道次拉拔，杆坯由φ12mm拉至φ3mm，纤维状晶粒的直径为8μm，长度约为600μm。
拉拔配模表如表2所示：
表2
步骤四、拉拔态cu-cr-ag合金线材在450°c进行时效，时效时间为2h，合金中再结晶晶粒的体积分数小于2%，第二相的体积分数约为占0.21%。经测定材料的平均抗拉强度达到563mpa；电导率达到84.6%iacs；延伸率达到11%；软化温度为560°c。
实施例2
步骤一、按合金组分为：0.7wt.%的cr，0.08wt.%的ag，0.02wt.%mg，余量为cu配料。其中银选纯银，铬选用cu-cr中间合金，余量铜用纯铜补齐。将原料放入中频感应炉进行熔炼，使用适量脱水炭粉作覆盖剂，熔炼的温度为1200～1250°c。具体熔炼过程：将纯铜放入中频感应炉进行熔炼，使用脱水炭粉作覆盖剂，熔炼的温度为1200~1250°c，先加入纯银和纯mg熔炼，在1250°c保温10min，然后加入cu-cr中间合金，在1200°c保温8min。在线测试成分，补充原料，直至符合成分要求。
步骤二、通过上引连铸铸造制备得到符合设计组分的φ14mm的cu-cr-ag合金杆坯，上引温度为1200~1250°c。上引速度为4mm/s，节距为6mm，停顿时间0.3s，冷却水流量为150cm3/s，出水管温度为45°c。使得合金中纤维状晶粒的平均直径为30μm，晶格常数约为0.36231nm。
步骤三、对上引cu-cr-ag合金杆坯进行多道次拉拔，杆坯由φ14mm拉至φ3mm。纤维状晶粒的直径为6μm，长度约为750μm。
拉拔配模表如表3所示：
表3
步骤四、拉拔态cu-cr-ag合金线材在450°c进行时效，时效时间为2h。合金中再结晶晶粒的体积分数小于2%，第二相的体积分数约为占0.45%。经测定材料的平均抗拉强度达到611mpa；电导率达到80.1%iacs；延伸率达到8%；软化温度为580°c。
实施例3
步骤一、按合金组分为：0.7wt.%的cr，0.08wt.%的ag，0.02wt.%mg，余量为cu配料。其中银选纯银，铬选用cu-cr中间合金，余量铜用纯铜补齐。将原料放入中频感应炉进行熔炼，使用适量脱水炭粉作覆盖剂，熔炼的温度为1200～1250°c。具体熔炼过程：将纯铜放入中频感应炉进行熔炼，使用脱水炭粉作覆盖剂，熔炼的温度为1200～1250°c，先加入纯银和纯mg熔炼，在1250°c保温10min，然后加入cu-cr中间合金，在1200°c保温8min。在线测试成分，补充原料，直至符合成分要求。
步骤二、通过上引连铸铸造制备得到符合设计组分的φ14mm的cu-cr-ag合金杆坯，上引温度为1200～1250°c。上引速度为4mm/s，节距为4mm，停顿时间0.4s，冷却水流量为200cm3/s，出水管温度为40°c。使得合金中纤维状晶粒的平均直径为30μm，晶格常数约为0.3619nm。
步骤三、对上引cu-cr-ag合金杆坯进行多道次拉拔，杆坯由φ14mm拉至φ3mm。纤维状晶粒的直径为5μm，长度约为800μm。
拉拔配模表如表4所示：
表4
步骤四、拉拔态cu-cr-ag合金线材在450°c进行时效，时效时间为2h。合金中再结晶晶粒的体积分数小于2%，第二相的体积分数约为占0.25%。经测定材料的平均抗拉强度达到596mpa；电导率达到80.3%iacs；延伸率达到8%；软化温度为570°c。
实施例4
步骤一、按合金组分为：0.3wt.%的cr，0.08wt.%的ag，0.02wt.%mg，余量为cu配料。其中银选纯银，铬选用cu-cr中间合金，余量铜用纯铜补齐。将原料放入中频感应炉进行熔炼，使用适量脱水炭粉作覆盖剂，熔炼的温度为1200～1250°c。具体熔炼过程：将纯铜放入中频感应炉进行熔炼，使用脱水炭粉作覆盖剂，熔炼的温度为1200～1250°c，先加入纯银和纯mg熔炼，在1250°c保温10min，然后加入cu-cr中间合金，在1200°c保温8min。在线测试成分，补充原料，直至符合成分要求。
步骤二、通过上引连铸铸造制备得到符合设计组分的φ16mm的cu-cr-ag合金杆坯，上引温度为1200～1250°c。上引速度为4mm/s，节距为6mm，停顿时间0.2s，冷却水流量为200cm3/s，出水管温度为35°c。使得合金中纤维状晶粒的平均直径为25μm，晶格常数约为0.36288nm。
步骤三、对上引cu-cr-ag合金杆坯进行多道次拉拔，杆坯由φ16mm拉至φ3mm。纤维状晶粒的平均直径为3μm，长度约为900μm。
拉拔配模表如表5所示：
表5
步骤四、拉拔态cu-cr-ag合金线材在450°c进行时效，时效时间为2h。合金中再结晶晶粒的体积分数小于2%，第二相的体积分数约为占0.52%。经测定材料的平均抗拉强度达到624mpa；电导率达到78.8%iacs；延伸率达到7%；软化温度为580°c。
实施例5
步骤一、按合金组分为：0.3wt.%的cr，0.08wt.%的ag，0.02wt.%mg，余量为cu配料。其中银选纯银，铬选用cu-cr中间合金，余量铜用纯铜补齐。将原料放入中频感应炉进行熔炼，使用适量脱水炭粉作覆盖剂，熔炼的温度为1200～1250°c。具体熔炼过程：将纯铜放入中频感应炉进行熔炼，使用脱水炭粉作覆盖剂，熔炼的温度为1200～1250°c，先加入纯银和纯mg熔炼，在1250°c保温10min，然后加入cu-cr中间合金，在1200°c保温8min。在线测试成分，补充原料，直至符合成分要求。
步骤二、通过上引连铸铸造制备得到符合设计组分的φ16mm的cu-cr-ag合金杆坯，上引温度为1200～1250°c。上引速度为4mm/s，节距为6mm，停顿时间0.2s，冷却水流量为200cm3/s，出水管温度为30°c。使得合金中纤维状晶粒的平均直径为25μm，晶格常数约为0.36182nm。
步骤三、对上引cu-cr-ag合金杆坯进行多道次拉拔，杆坯由φ16mm拉至φ3mm。纤维状晶粒的平均直径为4μm，长度约为800μm。
拉拔配模表如表6所示：
表6
步骤四、拉拔态cu-cr-ag合金线材在450°c进行时效，时效时间为8h。合金中再结晶晶粒的体积分数小于2%，第二相的体积分数约为占0.22%。经测定材料的平均抗拉强度达到524mpa；电导率达到86.6%iacs；延伸率达到14%；软化温度为560°c。
实施例6
步骤一、按合金组分为：0.3wt.%的cr，0.08wt.%的ag，0.018wt.%mg，余量为cu配料。其中银选纯银，铬选用cu-cr中间合金，余量铜用纯铜补齐。将原料放入中频感应炉进行熔炼，使用适量脱水炭粉作覆盖剂，熔炼的温度为1200～1250°c。具体熔炼过程：将纯铜放入中频感应炉进行熔炼，使用脱水炭粉作覆盖剂，先加入纯银和纯mg熔炼，在1250°c保温10min，然后加入cu-cr中间合金，在1200°c保温8min。在线测试成分，补充原料，直至符合成分要求。
步骤二、通过上引连铸铸造制备得到符合设计组分的φ12mm的cu-cr-ag合金杆坯，上引温度为1200～1250°c。上引速度为4mm/s，节距为6mm，停顿时间0.2s，冷却水流量为200cm3/s，出水管温度为25°c。使得合金中纤维状晶粒的平均直径为25μm，晶格常数约为0.36192nm。
步骤三、对上引cu-cr-ag合金杆坯进行多道次拉拔，杆坯由φ12mm拉至φ7mm。纤维状晶粒的平均直径8μm，长度约为550μm。
步骤四、拉拔态cu-cr-ag合金线材在450°c进行时效，时效时间为2h。合金中再结晶晶粒的体积分数小于2%，第二相的体积分数约为占0.24%。
步骤五、对时效态cu-cr-ag合金线材进行最终拉拔，线材由φ7mm拉至φ3mm。纤维状晶粒的平均直径3μm，长度约为950μm。经测定材料的平均抗拉强度达到621mpa；电导率达到81.3%iacs；延伸率达到3%；软化温度为560°c。
拉拔配模表如表7所示：
表7
实施例7
步骤一、按合金组分为：0.3wt.%的cr，0.08wt.%的ag，0.022wt.%mg，余量为cu配料。其中银选纯银，铬选用cu-cr中间合金，余量铜用纯铜补齐。将原料放入中频感应炉进行熔炼，使用适量脱水炭粉作覆盖剂，熔炼的温度为1200～1250°c。具体熔炼过程：将纯铜放入中频感应炉进行熔炼，使用脱水炭粉作覆盖剂，熔炼的温度为1200~1250°c，先加入纯银和纯mg熔炼，在1250°c保温10min，然后加入cu-cr中间合金，在1200°c保温8min。在线测试成分，补充原料，直至符合成分要求。
步骤二、通过上引连铸铸造制备得到符合设计组分的φ14mm的cu-cr-ag合金杆坯，上引温度为1200～1250°c。上引速度为4mm/s，节距为4mm，停顿时间0.2s，冷却水流量为200cm3/s，出水管温度为20°c。使得合金中纤维状晶粒的平均直径为25μm，晶格常数约为0.36194nm。
步骤三、对上引cu-cr-ag合金杆坯进行多道次拉拔，杆坯由φ14mm拉至φ7mm。纤维状晶粒的平均直径为4μm，长度约为550μm。
步骤四、拉拔态cu-cr-ag合金线材在450°c进行时效，时效时间为2h。合金中再结晶晶粒的体积分数小于2%，第二相的体积分数约为0.24%。
步骤五、对时效态cu-cr-ag合金线材进行最终拉拔，线材由φ7mm拉至φ3mm。纤维状晶粒的平均直径2μm，长度约为950μm。经测定材料的平均抗拉强度达到680mpa；电导率达到76.4%iacs；延伸率达到2%；软化温度为560°c。
拉拔配模表如表8所示：
表8
实施例8
步骤一、按合金组分为：0.3wt.%的cr，0.08wt.%的ag，0.02wt.%mg，余量为cu配料。其中银选纯银，铬选用cu-cr中间合金，余量铜用纯铜补齐。将原料放入中频感应炉进行熔炼，使用适量脱水炭粉作覆盖剂，熔炼的温度为1200～1250°c。具体熔炼过程：将纯铜放入中频感应炉进行熔炼，使用脱水炭粉作覆盖剂，熔炼的温度为1200～1250°c，先加入纯银和纯mg熔炼，在1250°c保温10min，然后加入cu-cr中间合金，在1200°c保温8min。在线测试成分，补充原料，直至符合成分要求。
步骤二、通过上引连铸铸造制备得到符合设计组分的φ16mm的cu-cr-ag合金杆坯，上引温度为1200～1250°c。上引速度为4mm/s，节距为6mm，停顿时间0.4s，冷却水流量为250cm3/s，出水管温度为20°c。使得合金中纤维状晶粒的平均直径为20μm，晶数约为0.36264nm。
步骤三、对上引cu-cr-ag合金杆坯进行多道次拉拔，杆坯由φ16mm拉至φ7mm。纤维状晶粒的平均直径为2μm，长度约为550μm。
步骤四、拉拔态cu-cr-ag合金线材在450°c进行时效，时效时间为2h。合金中再结晶晶粒的体积分数小于2%，第二相的体积分数约为占0.54%。
步骤五、对时效态cu-cr-ag合金线材进行最终拉拔，线材由φ7mm拉至φ3mm。纤维状晶粒的平均直径为0.8μm，长度约为950μm。。经测定材料的平均抗拉强度达到740mpa；电导率达到72.4%iacs；延伸率达到1%；软化温度为580°c。
拉拔配模表如表9所示：
表9
实施例的合金性能如表10所示：
表10
上述示例只是用于说明本发明，除此之外，还有多种不同的实施方式，而这些实施方式都是本领域技术人员在领悟本发明思想后能够想到的，故，在此不再一一列举。