一种新型弹性锡磷青铜合金及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于工程材料制造技术领域，更具体的说，涉及一种新型弹性锡磷青铜合 金及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 锡磷青铜合金通过固溶处理、冷变形处理和低温热处理等方式可以改善其组织与 性能，是当前最常用，也是很重要的一种弹性铜合金材料。经研究发现，锡磷青铜合金的力 学性能，例如强度与硬度会随着Sn元素含量的增加而逐渐提高，Sn含量在4% -9%的锡磷 青铜合金大量被用于制造多种电器开关、继电器、鼠标弹片等电子类元件。由于锡磷青铜合 金在生产过程中冷加工次数多、加工硬化率高，热处理道次多，会使合金性能不稳定；锡磷 青铜价格随着Sn含量的增加而逐渐增加，现在的研究人员致力于研制低Sn或无Sn合金来 代替锡磷青铜，如 Cu-9Ni-2. 3Sn(C72500)、Cu-22. 7Zn-3. 0A1-0. 4C〇(C68800)等合金，但是 拥有和锡磷青铜相当的强度，却难以投入生产，可见锡磷青铜在现如今弹性铜合金市场还 将继续占有重要位置。
[0003] 锡磷青铜材料广泛运用于电子连接器行业中，接触面、插拔力和插拔次数是决定 连接器力学性能的三大因素。实践证明，决定材料插拔力和插拔次数的关键因素是合金材 料的屈强比，即在材料所要求的抗拉强度下，尽可能获得较高的屈服强度，以提高材料的屈 强比，从而提高连接器的插拔次数，延长插拔件的使用频次和寿命，提高电子接插件的质 量。
[0004] 目前，中国从国外引进并改造出具有先进科技的铜合金板带材生产线，但是由于 锡磷青铜合金自身的特殊性以及国内的工艺水平，在生产过程中仍会出现各种对合金性能 不利的因素。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种合金组织致密均 匀、力学性能优异、符合企业要求的高性能弹性锡磷青铜合金及其制备方法，以满足电子工 业高性能弹性器件对高使用频次和高寿命弹性铜合金的需求。
[0006] 为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
[0007] -种新型弹性锡磷青铜合金，所述合金成分质量百分比为：
[0008] Sn:5. 5 ~6. 5wt% ;
[0009] P:0. 05 ~0? 19wt% ;
[0010] Ni:0. 033 ~0. 201wt% ;
[0011] A1:0 ~0. 002wt% ;
[0012] Zn:0 ~0? 3wt% ;
[0013] Fe:0 ~0? 05wt% ;
[0014] Pb:0 ~0? 02wt% ;
[0015] 其余为Cu和不可避免的杂质。
[0016] 优选地，所述合金成分质量百分比为：
[0017] Sn:6. 08wt% ；
[0018] P:0. 14wt% ；
[0019] Ni:0. 151wt% ；
[0020] A1:0 ~0? 002wt% ;
[0021] Zn:0 ~0? 3wt% ;
[0022] Fe:0 ~0? 05wt% ;
[0023] Pb:0 ~0? 02wt% ;
[0024] 其余为Cu和不可避免的杂质。
[0025] 优选地，所述合金成分中Cu、Sn及P的质量百分比之和不少于99. 5wt%。
[0026] -种新型弹性锡磷青铜合金的制备方法，包括以下步骤：
[0027] a.测定成分：首先选用C5191锡磷青铜废料为原料，并对原料经直读光谱仪测定 其成分；
[0028] b.原料熔炼：将原料经带有Ar气气氛保护的中频保护炉中熔炼，并加热至 1300-1400°C保温，加入中间合金，充分熔化后，保温40min后空冷；
[0029] c.水平连铸：将空冷后的合金经水平连铸机生产出铸态样；
[0030] d.均匀化退火：将铸态样车光后经650°C、4h均匀化退火，并在均匀化退火后多次 冷乳并加工至厚度为〇. 225_的铜带样；
[0031] e.低温退火：将铜带样进行200~230°C下保温4h的低温退火。
[0032] 优选的，步骤b中所述中间合金为Sn、P、Ni、Al、Zn、Fe与Pb中一种或几种的混合 物。
[0033] 优选的，步骤d中冷乳道次至少2次，且冷乳的总变形量为40~80%。
[0034] 综上所述，本发明具有以下优点：
[0035] (1)本发明中原料为C5191锡磷青铜废料，采用直读光谱仪对原料测定成分后，在 熔炼过程加入原料中不足的中间合金元素，明显降低了生产成本、减少了材料的损耗、符合 节能减排的环保理念。
[0036] (2)本发明中对于Sn的含量控制合理，对C5191锡磷青铜合金组织未有很大影响， 合金的抗拉强度和屈服强度有一定幅度的提高。
[0037] (3)本发明中对于P的含量控制合理，C5191锡磷青铜合金组织中晶粒的生长被逐 渐抑制，合金的硬度随P元素含量增加有小幅度提升，抗拉强度和屈服强度都是先升高后 降低，屈强比较高。
[0038] (4)本发明中对于Ni的含量控制合理，C5191锡磷青铜合金中y相的生长被抑 制，合金的硬度随Ni元素增加先降低后升高，抗拉强度与屈服强度都随Ni含量的增加先升 高后降低，屈强比较高。
[0039] (5) C5191锡磷青铜合金在冷变形后进行低温退火，合金内部出现大量溶质原子偏 聚在形变孪晶区域说明了冷变形是在低温退火之前所必须经历的过程，也是能够起到强化 作用的前提条件，不仅提供了附加能量，还于组织内部产生有序畴，在退火后提高了合金的 硬度与强度。
[0040] (6)低温退火条件下的C5191锡磷青铜屈服强度比没有退火的高，随着退火温度 的下降，延伸率随之下降，屈服强度不断提高，而抗拉强度略微减小，可能是因为低温退火 抑制了晶粒的长大，屈强比不断提高。
【附图说明】
[0041] 图1为本发明所述的一种新型弹性锡磷青铜合金在实施例1中的的金相显微组织 图；
[0042] 图2为本发明所述的一种新型弹性锡磷青铜合金在实施例2中的的金相显微组织 图；
[0043] 图3为本发明所述的一种新型弹性锡磷青铜合金在实施例3中的的金相显微组织 图；
[0044] 图4为本发明所述的一种新型弹性锡磷青铜合金在实施例4中的的金相显微组织 图；
【具体实施方式】
[0045] 下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述，以下实施例可以使本专业技术人 员更全面的理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
[0046] 实施例1
[0047] -种新型弹性锡磷青铜合金，所述合金成分质量百分比为：
[0048] Sn:6. 08wt% ；
[0049] P:0. 14wt% ；
[0050] Ni:0. 151wt% ；
[0051] A1:0. 002wt% ；
[0052] Zn:0. 22wt% ；
[0053] Fe:0. 035wt% ；
[0054] Pb:0.0 lwt% ；
[0055] 其余为Cu和不可避免的杂质。
[0056] 在本实例中，所述合金成分中Cu、Sn及P的质量百分比之和不少于99. 5wt%。
[0057] -种新型弹性锡磷青铜合金的制备方法，包括以下步骤：
[0058] a.测定成分：首先选用C5191锡磷青铜废料为原料，并对原料经直读光谱仪测定 其成分；
[0059] b.原料熔炼：将原料经带有Ar气气氛保护的中频保护炉中熔炼，并加热至 1300-1400