本发明涉及合金线材制造技术领域,尤其是涉及一种高强度高导电率铜合金线材及其制备工艺。
背景技术:
由于铜合金具有较多优良的性能,因而在国民经济的有着广泛的的用途,如机械、电子、汽车、电力、通信、交通和轻工部门铜线材的消费量都很大。铜合金线材按照合金牌号分为黄铜线、青铜线和白铜线。近年来,铜合金线的合金品种增加很快,青铜、白铜和特殊合金线的利用空间远高于普通的黄铜线,已成为线材发展的热点。铜合金线的主要品种有条帽铅黄铜线、接插线用青铜线、圆珠笔芯线、镜架线、保护气体焊丝、铜磷焊丝和铜银焊丝等,广泛应用于it产业、汽车、机械、电气、服装、装饰、五金、航空航天等诸多领域。
目前世界上铜合金线材市场需求的增长速度,高于板带、管棒等铜材品种。铜合金线材占铜线材比例为5-6%,占铜加工材的比例为2-3%。
以往,我国作为输电线用的电线主要成分是铜。现在输电线路上用的普通钢芯铜导线、铜包钢芯导线、耐热铜导线和高强铜导线等等。但现有的铜合金线材存在导电率不高、强度不高、不耐热、不同环境中导电率差异大、线耗高等一系列问题。为了改善此现象,必须对轧制后的铜合金线材以高温、长时间地实施固溶处理,从而产生大幅度提高成本的问题。
因此研发出一种高强度高导电率性能优良铜合金线材刻不容缓,不仅能减少对能源的消耗,还能降低生产成本,对推动国民经济的发展具有重大意义。
技术实现要素:
本发明的目的是针对现有技术的问题,提供一种高强度高导电率铜合金线材及其制备工艺,该种铜合金线材强度高、导电性优良、抗腐蚀性强,经久耐用。
为了达到上述目的,本发明通过以下技术方案来实现的:
一种高强度高导电率铜合金线材,由以下重量百分数的成分组成:si1.6-2.2%、p0.32-0.38%、al1.2-1.6%、sn0.8-1%、ca0.6-0.8%、cr0.5-0.7%、ti0.4-0.6%、mo0.2-0.3%、ni0.1-0.3%、nb0.08-0.09%、ba0.06-0.08%、re0.06-0.08%、hf0.03-0.05%,剩余量为cu和不可避免的非金属杂质。
进一步地,所述铜合金线材由以下重量百分数的成分组成:si1.9%、p0.35%、al1.4%、sn0.9%、ca0.7%、cr0.6%、ti0.5%、mo0.25%、ni0.2%、nb0.085%、ba0.07%、re0.07%、hf0.04%,剩余量为cu和不可避免的非金属杂质,且所述非金属杂质所含重量百分数≤0.05%。
本发明的高强度高导电率铜合金线材的制备工艺,按照以下步骤进行:
(1)将上述原料成份分ⅰ、ⅱ、ⅲ阶段置于充满稀有气体的熔炼炉中进行熔炼合金;
ⅰ阶段:将所述cu、al、sn、ca置于所述熔炼炉熔炼合金,熔炼温度为850-950℃,熔炼时间为20-40min;
ⅱ阶段:再将si、p、cr、ti置于所述熔炼炉中熔炼合金,熔炼温度为820-880℃,熔炼时间为40-60min;
ⅲ阶段:最后将所述mo、ni、nb、ba、re、hf置于所述熔炼炉中熔炼合金,熔炼温度为760-820℃,熔炼时间为1-2h;
(2)待熔炼结束充分搅拌至熔清,静置1-2h后进行扒渣,得铜合金熔炼液;
(3)将所述铜合金熔炼液用精炼剂进行精炼,得铜合金精炼液;
(4)将所述铜合金精炼液浇铸成直径为80-100mm的铜合金棒材;
(5)将所述铜合金棒材进行固溶处理;
(6)将经过固溶处理的所述铜合金棒材进行淬火处理,之后放入到650-750℃的电阻炉中进行人工时效4-6小时,制得铜合金坯件;
(7)将所述铜合金坯件加热至750-850℃,保温1-2小时后,采用多道次小变形量的方法,将铜合金坯件制成直径为1-3mm的铜合金线材;
(8)最后对所述铜合金线材进行清洗、剪切、矫直、检验以及包装,便制得本发明的铜合金线材成品。
优选地,所述稀有气体为氮气或者氩气。
作为本发明的进一步的优化方案,所述所述精炼剂为苏打和冰晶石的混合物。
作为本发明的进一步的优化方案,所述精炼温度为780-860℃,精炼时间为20-30min。
作为本发明的进一步的优化方案,所述浇铸温度为750-830℃、铸造速度为95-115mm/min、冷却水温度为15-25℃、冷却水强度为0.10-0.12mpa。
作为本发明的进一步的优化方案,所述固溶处理的温度为760-840℃,固溶处理时间为12-16h。
本发明的铜合金线材与现有的铜合金线材相比,具有更高强度和更优良导电性能,经科研部长期实验测得其抗拉强度达到545mpa,导电率可达到86.7%iacs,其耐热久性能可在250℃状态下正常工作2年以上,且抗腐蚀性能强、经久耐用,并且其制备方法简便,适宜推广应用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一、线材成分
一种高强度高导电率铜合金线材,由以下重量百分数的成分组成:si1.6%、p0.32%、al1.2%、sn0.8%、ca0.6%、cr0.5%、ti0.4%、mo0.2%、ni0.1%、nb0.08%、ba0.06%、re0.06%、hf0.03%,剩余量为cu和不可避免的非金属杂质,且所述非金属杂质所含重量百分数≤0.05%。
二、制备工艺
(1)将上述原料成份分ⅰ、ⅱ、ⅲ阶段置于充满氩气的熔炼炉中进行熔炼合金;
ⅰ阶段:将所述cu、al、sn、ca置于所述熔炼炉熔炼合金,熔炼温度为850℃,熔炼时间为40min;
ⅱ阶段:再将si、p、cr、ti置于所述熔炼炉中熔炼合金,熔炼温度为820℃,熔炼时间为60min;
ⅲ阶段:最后将所述mo、ni、nb、ba、re、hf置于所述熔炼炉中熔炼合金,熔炼温度为760℃,熔炼时间为2h;
(2)待熔炼结束充分搅拌至熔清,静置1h后进行扒渣,得铜合金熔炼液;
(3)将所述铜合金熔炼液用精炼剂进行精炼,得铜合金精炼液,其中,所述所述精炼剂为苏打和冰晶石的混合物,所述精炼温度为780℃,精炼时间为30min;
(4)将所述铜合金精炼液浇铸成直径为80mm的铜合金棒材,其中,所述浇铸温度为750℃、铸造速度为95mm/min、冷却水温度为15℃、冷却水强度为0.10mpa;
(5)将所述铜合金棒材进行固溶处理,其中,所述固溶处理的温度为760℃,固溶处理时间为16h;
(6)将经过固溶处理的所述铜合金棒材进行淬火处理,之后放入到650℃的电阻炉中进行人工时效6小时,制得铜合金坯件;
(7)将所述铜合金坯件加热至750℃,保温2小时后,采用多道次小变形量的方法,将铜合金坯件制成直径为1mm的铜合金线材;
(8)最后对所述铜合金线材进行清洗、剪切、矫直、检验以及包装,便制得本发明的铜合金线材成品。
三、性能检测:抗拉强度达到536mpa,导电率可达到84.5%iacs,其耐热久性能可在250℃状态下正常工作2年以上。
实施例2
一、线材成分
一种高强度高导电率铜合金线材,由以下重量百分数的成分组成:si1.9%、p0.35%、al1.4%、sn0.9%、ca0.7%、cr0.6%、ti0.5%、mo0.25%、ni0.2%、nb0.085%、ba0.07%、re0.07%、hf0.04%,剩余量为cu和不可避免的非金属杂质,且所述非金属杂质所含重量百分数≤0.05%。
二、制备工艺
(1)将上述原料成份分ⅰ、ⅱ、ⅲ阶段置于充满氩气的熔炼炉中进行熔炼合金;
ⅰ阶段:将所述cu、al、sn、ca置于所述熔炼炉熔炼合金,熔炼温度为900℃,熔炼时间为30min;
ⅱ阶段:再将si、p、cr、ti置于所述熔炼炉中熔炼合金,熔炼温度为850℃,熔炼时间为50min;
ⅲ阶段:最后将所述mo、ni、nb、ba、re、hf置于所述熔炼炉中熔炼合金,熔炼温度为790℃,熔炼时间为1.5h;
(2)待熔炼结束充分搅拌至熔清,静置1.5h后进行扒渣,得铜合金熔炼液;
(3)将所述铜合金熔炼液用精炼剂进行精炼,得铜合金精炼液,其中,所述所述精炼剂为苏打和冰晶石的混合物,所述精炼温度为820℃,精炼时间为25min;
(4)将所述铜合金精炼液浇铸成直径为90mm的铜合金棒材,其中,所述浇铸温度为790℃、铸造速度为105mm/min、冷却水温度为20℃、冷却水强度为0.11mpa;
(5)将所述铜合金棒材进行固溶处理,其中,所述固溶处理的温度为800℃,固溶处理时间为14h;
(6)将经过固溶处理的所述铜合金棒材进行淬火处理,之后放入到700℃的电阻炉中进行人工时效5小时,制得铜合金坯件;
(7)将所述铜合金坯件加热至800℃,保温1.5小时后,采用多道次小变形量的方法,将铜合金坯件制成直径为2mm的铜合金线材;
(8)最后对所述铜合金线材进行清洗、剪切、矫直、检验以及包装,便制得本发明的铜合金线材成品。
三、性能检测:抗拉强度达到545mpa,导电率可达到86.7%iacs,其耐热久性能可在250℃状态下正常工作2年以上。
实施例3
一、线材成分
一种高强度高导电率铜合金线材,由以下重量百分数的成分组成:si2.2%、p0.38%、al1.6%、sn1.0%、ca0.8%、cr0.7%、ti0.6%、mo0.3%、ni0.3%、nb0.09%、ba0.08%、re0.08%、hf0.05%,剩余量为cu和不可避免的非金属杂质,且所述非金属杂质所含重量百分数≤0.05%。
二、制备工艺
(1)将上述原料成份分ⅰ、ⅱ、ⅲ阶段置于充满氮气的熔炼炉中进行熔炼合金;
ⅰ阶段:将所述cu、al、sn、ca置于所述熔炼炉熔炼合金,熔炼温度为950℃,熔炼时间为20min;
ⅱ阶段:再将si、p、cr、ti置于所述熔炼炉中熔炼合金,熔炼温度为880℃,熔炼时间为40min;
ⅲ阶段:最后将所述mo、ni、nb、ba、re、hf置于所述熔炼炉中熔炼合金,熔炼温度为820℃,熔炼时间为1h;
(2)待熔炼结束充分搅拌至熔清,静置2h后进行扒渣,得铜合金熔炼液;
(3)将所述铜合金熔炼液用精炼剂进行精炼,得铜合金精炼液,其中,所述所述精炼剂为苏打和冰晶石的混合物,所述精炼温度为860℃,精炼时间为20min;
(4)将所述铜合金精炼液浇铸成直径为100mm的铜合金棒材,其中,所述浇铸温度为830℃、铸造速度为115mm/min、冷却水温度为25℃、冷却水强度为0.12mpa;
(5)将所述铜合金棒材进行固溶处理,其中,所述固溶处理的温度为840℃,固溶处理时间为12h;
(6)将经过固溶处理的所述铜合金棒材进行淬火处理,之后放入到750℃的电阻炉中进行人工时效4小时,制得铜合金坯件;
(7)将所述铜合金坯件加热至850℃,保温1小时后,采用多道次小变形量的方法,将铜合金坯件制成直径为3mm的铜合金线材;
(8)最后对所述铜合金线材进行清洗、剪切、矫直、检验以及包装,便制得本发明的铜合金线材成品。
三、性能检测:抗拉强度达到536mpa,导电率可达到85.0%iacs,其耐热久性能可在250℃状态下正常工作2年以上。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。