一种高强度高导电高塑性的铜合金及其制备方法与流程

本发明涉及合金技术，尤其涉及一种高强度高导电高塑性的铜合金及其制备方法。
背景技术：
：铜及铜合金具有较高的强度和良好的导电性，因而广泛应用在电触头、高压开关、接触线、集成电路引线框架以及电阻电焊电极等方面。高强度和高电导率本质上相互矛盾，提高材料的抗拉强度就不可避免地会损害材料的电导率。目前，一般通过大塑性变形或动态塑性变形的方式制备高强度高导电铜合金，所制备的铜合金通常抗拉强度超过600mpa，电导率保持80％iacs左右，一定程度上满足了对高强度高导电铜合金应用需求。但是，材料的强度与塑性也是一对相互矛盾的性能，一般来说，材料强度的提高必然导致塑性的降低。上述方法制备的铜合金虽然实现了强度和电导率的良好结合，但都面临塑性较低的困境。一方面，较低的塑性不利于后续的成型加工；另一方面，较低的塑性也难以保证工程上的安全使用。技术实现要素：本发明的目的在于，针对目前合金无法兼具高强度、高导电性以及高塑性的问题，提出一种高强度高导电高塑性的铜合金，该合金与cucrzr系列合金相比，在相同的塑性变形工艺下，均匀伸长率提升38％～80％，实现同时兼顾高强度、高导电性以及高塑性。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种高强度高导电高塑性的铜合金，包括重量配比如下的各组分：cr0.3～0.6％；zr0.1～0.3％；hf0.1～0.3％；余量为cu。进一步地，所述高强度高导电高塑性的铜合金，包括重量配比如下的各组分：cr0.4～0.5％；zr0.1～0.2％；hf0.15～0.3％；余量为cu。进一步地，所述zr与hf质量比为0.2～1.2，优选为0.3～1。本发明的另一个目的还公开了一种高强度高导电高塑性的铜合金的制备方法，包括以下步骤：步骤1、采用真空非自耗电弧炉制备cuzrhf中间合金，将zr和hf元素以中间合金形式加入到铜熔体中，其中cu与zr和hf之和的质量比为5～8，反复熔炼4～6次制备得到cuzrhf中间合金；步骤2、采用真空中频感应熔炼炉制备高强度高导电高塑性的铜合金，先将纯铜放进石墨坩埚中加热熔化，温度升至1200～1280℃后精炼保温15～20min；步骤3、通过二次加料斗向真空中频感应熔炼炉中加入cr片，保温8～15min，熔体温度控制在1300～1350℃；步骤4、调节真空中频感应熔炼炉功率，使熔体降温，当熔体温度降至1150～1200℃时加入cuzrhf中间合金，保温3～5min，继续降温当熔体温度降至1050～1100℃时缓慢浇注到铸模中得到高强度高导电高塑性的铜合金。进一步地，纯铜在熔炼前进行如下预处理：将电解纯铜通过电解抛光去除氧化皮等表面物质，用无水乙醇通过超声波清洗原料，在鼓风干燥箱中50～80℃烘干30min。进一步地，所述纯铜、cr、zr和hf纯度大于99.9％。所述纯铜为电解纯铜。本发明高强度高导电高塑性的铜合金及其制备方法，与现有技术相比较具有以下优点：本发明制备出的cucrzrhf合金在经过后续的形变热处理工艺或两步轧制-时效后比cucrzr系合金均匀伸长率提升38％～80％，同时可以保持良好的强度与导电性能。本发明满足了实际工业应用中对高强度、高导电性和高塑性的需求，保证了高强度高导电性铜合金在工程应用上的安全性和可靠性。附图说明图1为本发明cu0.4cr0.2zr0.2hf合金与cu0.4cr0.2zr系合金经过形变热处理后工程应力应变曲线；图2为本发明cu0.4cr0.2zr0.2hf合金与cu0.4cr0.2zr系合金经过两步轧制-时效后工程应力应变曲线；图3为本发明cu0.4cr0.1zr0.3hf合金与cu0.4cr0.2zr系合金经过形变热处理后工程应力应变曲线。具体实施方式以下结合实施例对本发明进一步说明：实施例1本实施例公开了一种高强度高导电高塑性的铜合金的制备方法，包括以下步骤：1、将电解纯铜通过电解抛光去除氧化皮等表面物质，用无水乙醇通过超声波清洗原料，在鼓风干燥箱中50℃烘干30min；2、配料，总重2500g，cr质量分数0.4％(10g)，zr质量分数0.2％(5g)，hf质量分数0.2％(5g)，zr与hf质量比为1，中间合金中cu颗粒60g，其余为cu块(2420g)进行称重配料；3、zr和hf元素以中间合金形式加入铜熔体中，使用真空非自耗电弧炉制备中间合金，其中cu颗粒(60g)与zr和hf原料总和(10g)的质量比为6，反复熔炼5次；4、使用真空中频感应熔炼炉制备该合金，先把纯铜块(2420g)放进石墨坩埚中加热熔化，温度升至1250℃后精炼保温15min；5、通过二次加料斗加入cr片，保温10min，熔体温度控制在1320℃；6、调节功率降温，当温度降至1180℃时加入cuzrhf中间合金，保温3min，1080℃时缓慢浇注到方型铸模中，获得铸态样品。为了考察本发明合金的性能，以传统合金cu0.4cr0.2zr为参照，对比了经过两种不同后续制备工艺处理后本发明产品的性能：第一种制备工艺为形变热处理工艺：均匀化+热轧+固溶+室温轧制90％+时效；从图中可以看出，本发明的cucrzrhf抗拉强度基本与cucrzr合金保持相同，但是塑性大幅度提升。本发明cucrzrhf合金与cucrzr系合金经过形变热处理后工程应力应变曲线如图1所示；本发明cucrzrhf合金与cucrzr系合金经过形变热处理后性能如表1所示：表1本产品与cucrzr系合金经过形变热处理后性能成分抗拉强度均匀伸长率电导率cu0.4cr0.2zr5833.9180.24cu0.4cr0.2zr0.2hf5926.0780.70第二种为两步轧制-时效工艺：均匀化+热轧+固溶+室温轧制30％+中间时效+室温轧制至90％+最终时。本发明cucrzrhf合金与cucrzr系合金经过两步轧制-时效后工程应力应变曲线如图2所示，如图可见本发明的cucrzrhf抗拉强度和均匀伸长率都高于cucrzr合金；本发明cucrzrhf合金与cucrzr系合金经过两步轧制-时效后性能如表2所示。表2本产品与cucrzr系合金经过两步轧制-时效后性能成分抗拉强度均匀伸长率电导率cu0.4cr0.2zr5952.4880.46cu0.4cr0.2zr0.2hf6294.6080.35结果表明，本发明产品经过基本相同的形变热处理后抗拉强度和电导率与cu0.4cr0.2zr合金相同，但均匀伸长率由3.91％提升至6.07％，提高了55％；本发明产品经过基本相同的两步轧制-时效处理后，抗拉强度提升6％、均匀伸长率提升82％，而电导率基本相同。以上的结果表明，本发明产品能够同时实现高强度、高导电性和高塑性。实施例2本实施例公开了另一种高强度高导电高塑性的铜合金的制备方法，包括以下步骤：1、将电解纯铜通过电解抛光去除氧化皮等表面物质，用无水乙醇通过超声波清洗原料，在鼓风干燥箱中50℃烘干30min；2、配料，总重2500g，cr质量分数0.4％(10g)，zr质量分数0.1％(2.5g)，hf质量分数0.3％(7.5g)，zr与hf质量比为0.33，中间合金中cu颗粒60g，其余为cu块(2420g)进行称重配料；3、zr和hf元素以中间合金形式加入铜熔体中，使用真空非自耗电弧炉制备中间合金，其中cu颗粒(60g)与zr和hf原料总和(10g)的质量比为6，反复熔炼5次；4、使用真空中频感应熔炼炉制备该合金，先把纯铜块(2420g)放进石墨坩埚中加热熔化，温度升至1250℃后精炼保温15min；5、通过二次加料斗加入cr片，保温10min，熔体温度控制在1320℃；6、调节功率降温，当温度降至1180℃时加入cuzrhf中间合金，保温3min，1080℃时缓慢浇注到方型铸模中，获得铸态样品。为了考察本发明合金的性能，以传统合金cu0.4cr0.2zr为参照，对比了经过形变热处理工艺(均匀化+热轧+固溶+室温轧制90％+时效)后性能；从图3和表3中可以看出，本发明的cucrzrhf抗拉强度基本与cucrzr合金保持相同，但均匀伸长率由3.91％提升至5.41％，提高了38％，大幅度提高了塑性。表3本产品与cucrzr系合金经过形变热处理后性能成分抗拉强度均匀伸长率电导率cu0.4cr0.2zr5833.9180.24cu0.4cr0.1zr0.3hf5885.4180.00最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。当前第1页12