一种铜铬锆合金线材的制备方法与流程

本发明涉及铜合金材料及工艺
技术领域：
，尤其涉及一种铜铬锆合金线材的制备方法。
背景技术：
：铜铬锆合金，相较于一般的铜合金，具有优异的导电性、抗拉强度、弹性和耐高温软化性能，可用于制造引线框架材料、弹性材料、航空航天线缆、大规模集成电路引线、汽车和电子控制系统点焊电极和线束等。在电子产品、航空航天、汽车零部件、机械电器等产业领域的应用前景广阔。这种材料以铜为基，添加金属铬和金属锆，由于铬和锆在高温熔炼铸造条件下与氧的亲和力极强，在熔炼和铸造过程中极易氧化挥发，因而，生产难度较大。一般情况下需要采用真空熔炼和铸造的方法，以减少氧化和挥发，保证产品最终具有符合要求的化学成分。现有铜铬锆合金的冶炼工艺主要有两种，一种是真空熔炼+挤压工艺，由于真空感应电炉所固有的结构，其生产方式仅局限于周期性作业的产品，单件铸造重量或长度受到坩锅容量的限制，无法生产较大重量或理论上无限长度的产品且生产成本较高；另一种是非真空熔炼+连铸+挤压工艺，其缺点在于合金中成分很难控制，且与真空熔炼+挤压的工艺一样无法生产较大重量或理论上无限长度的产品。并且现有技术中的结晶器内衬采用的是石墨内衬，铜铬锆合金中的锆元素与石墨内衬发生反应，导致石墨内衬被腐蚀，铸造过程中铸锭表面开裂、拉断，还使得铜铬锆合金中的锆元素损失。因此，需要一种能稳定控制锆和铬含量的短流程、连续化的铜铬锆合金线材的制备方法。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状提供一种能稳定控制锆和铬含量的短流程、连续化的铜铬锆合金线材的制备方法。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种铜铬锆合金线材的制备方法，包括以下步骤：(1)配料：按照铜铬锆合金的组分配比对原料进行称料；(2)熔炼；将各个组分的所述原料进行分次熔化，转入充有保护气体的保温炉；(3)连续铸造：保温炉温度达到铸造温度时，采用内衬为添加铬元素的氮化硅材质的结晶器进行连续铸造，得到铸坯，同时将外层是铜皮内层是锆芯的铜锆合金芯线，根据锆的烧损规律，通过喂丝的方法向保温炉中添加铜锆合金芯线，控制锆含量的稳定；(4)对铸坯进行塑性加工，根据需要进行或不进行去除表面缺陷处理，得到线材；(5)对所述线材进行多级阶梯时效处理。为了更好的线材品质，进行步骤(6)对线材表面清洗、表面研磨抛光矫直。优选的，所述原料包括金属cu、金属cr、以及钇含量15～20％的铜钇中间合金，所述步骤(2)的分次熔化包括以下步骤：将cu加入熔化后，加入覆盖剂覆盖，添加脱氧剂进行脱氧处理；温度升至1250～1350℃，开始加入cr，保温15～45分钟后，加入铜钇中间合金，将温度控制在1200～1400℃。其中稀土钇在铜铬锆合金线材铸造过程中与产生包晶反应，阻止铸造过程中cr颗粒的富集长大，从而提高铜铬锆合金的弥散强化作用，确保优良的性能。优选的，所述铜铬锆合金线材的各组分的质量百分数为：cr0.7-1％；zr0.05-0.15％；y0.02-0.1％；余量为铜；所述脱氧剂为0.05～0.1％mg，添加mg同时还有提高抗高温软化作用。对于该种铜铬锆合金线材本发明的铸造温度为1250～1350℃。为了准确控制好锆的含量，所述步骤(3)的所述铜锆合金芯线的锆含量为20～30wt％，按照1分钟0.005～0.02wt％锆烧损规律，采用自动喂丝机连续添加铜锆合金芯线，从而将锆含量控制在0.05～0.15wt％的范围。优选的，所述覆盖剂的各组分的质量分数为冰晶石30-40％，碳酸钠30-40％和氟化钙30-40％。进一步优选的，所述覆盖剂由冰晶石，碳酸钠和氟化钙按1:1:1组成。该种覆盖剂具有覆盖，防止元素烧损、除气作用。除此之外，覆盖剂使用公开号为cn108977679a(申请号为cn201810814454.0)的中国发明《一种铬锆铜熔炼用覆盖剂及其制备和使用方法》中提及的覆盖剂，或是本领域常用的其他覆盖剂均可行。优选的，所述内衬的铬元素的含量为0-0.5％(不包括0)。进一步优选的，所述铬元素的含量为0.1％。为了实现在线固溶，在所述步骤(3)连续铸造时将所述铸坯出结晶器的表面温度控制在750～850℃；并在所述结晶器的出口的铸坯表面喷二次强冷却水，冷却水水温15～30℃，水压为0.2～0.5mpa。为了控制好铸坯表面的温度，本发明的拉铸棒坯规格φ12～50mm，拉铸速度控制0.6～2.0m/min。为了进一步提高性能，所述多级时效包括以下步骤：先将时效温度升至500～550℃，保温0.5～1h，然后再将温度降至400～450℃，保温2～3h。优选的，所述步骤(4)的所述塑性加工依次进行冷轧、拉拔、随后进行扒皮处理以去除表面缺陷。为了防止铬、锆烧损减少，所述保护气体为氩气，氩气正压维持在0.005～0.05mpa。本发明制得的铜铬锆合金线材具有良好的加工性能和铸造性能，同时合金强度高，导电率良好，弹性优良，高温耐应力松弛特性好。与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明选用内衬为添加铬元素的氮化硅材质的结晶器，氮化硅材质不会与铬和锆反应，并且进一步添加铬元素可以提高内衬的抗高温氧化性能，可以防止铬和锆的损失，实现短流程、连续化的铜铬锆合金线材；本发明在连续铸造的过程中根据锆的烧损规律，通过喂丝的方式来补充锆，从而能够控制锆含量的稳定，能够稳定控制所得铜铬锆合金线材的性能。附图说明图1为本发明的实施例2的金相照片；图2为本发明的实施例2的金相照片。具体实施方式下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。如下表1所示为本发明的四个实施例的铜铬锆合金带材的组分配比：表1：本发明实施例合金化学成分(wt％)材料编号crzrmg(脱氧剂)ycu实施例110.150.030.02余量实施例21.20.10.040.03余量实施例30.90.070.020.1余量实施例40.70.120.020.1余量实施例11)配料、熔炼：按照表1的铜铬锆合金线材的组分配比进行称料，将cu加入熔炼炉中升温熔化；待cu熔化后，加入覆盖剂覆盖；添加0.03％镁进行脱氧处理。温度升至1300℃，开始加入cr，保温20分钟后，加入铜钇中间合金，加入的铜钇中间合金量为原料重量的0.07％，铜钇中间合金中的钇含量15～20％。将温度控制在1250℃，转入保温炉，保温炉采用惰性气体保护，保温炉中的氩气正压维持在0.005～0.05mpa，确保保温炉中的铬、特别极易氧化的锆烧损减少。本实施例的覆盖剂由冰晶石，碳酸钠和氟化钙按1:1:1的质量分数组成。2)保温炉温度达到铸造温度1300℃时，采用添加了0.5％铬的氮化硅内衬的结晶器进行连续铸造。拉铸棒坯规格φ28mm，拉铸速度控制0.9m/min，铸坯出结晶器的表面温度控制在800℃。结晶器出口铸坯处采用强冷却水，冷却水水温15℃，水压为0.2mpa，实现铬锆铜铸坯在线固溶效果。同时根据锆烧损规律，然后按照分钟0.006％锆烧损规律，在保温炉中采用自动喂丝机连续添加铜锆合金包芯线,确保锆稳定控制。3)铸坯从φ28mm冷轧至φ20mm，然后拉拔至φ19mm4)φ19mm扒皮至φ18.7mm。5)从φ18.7mm经过多道拉拔至φ12mm。6)将时效温度升至500℃，保温1h，然后再将温度降至430℃，保温3h。7)成品表面清洗、表面研磨抛光矫直。实施例21)配料、熔炼：按照表1的铜铬锆合金线材的组分配比进行称料，将cu加入熔炼炉中升温熔化；待cu熔化后，加入覆盖剂覆盖，添加0.04％镁进行脱氧处理，同时还能起到提高抗高温软化作用。温度升至1320℃，开始加入cr，保温25分钟后，加入铜钇中间合金，加入的铜钇中间合金量为原料重量的0.08％，铜钇中间合金中的钇含量15～20％。将温度控制在1300℃，转入保温炉，保温炉采用惰性气体氩气保户，保温炉中的氩气正压维持在0.005～0.05mpa，确保保温炉中的铬、特别极易氧化的锆烧损减少。本实施例的覆盖剂由冰晶石，碳酸钠和氟化钙按30:30:40的质量分数组成。2)保温炉温度达到铸造温度1280℃时，采用添加了0.1％铬的氮化硅内衬的的结晶器进行连续铸造。拉铸棒坯规格φ30mm，拉铸速度控制1.1m/min，铸坯出结晶器的表面温度控制在830℃。结晶器出口铸坯处采用强冷却水，冷却水水温30℃，水压为0.5mpa，实现铬锆铜铸坯在线固溶效果。同时根据锆烧损规律，然后按照分钟0.006％锆烧损规律，在保温炉中采用自动喂丝机连续添加铜锆合金包芯线,确保锆稳定控制。3)铸坯从φ30mm冷轧至φ22mm，然后拉拔至φ20mm4)φ20mm扒皮至φ19.7mm。5)从φ19.7mm经过多道拉拔至φ12mm。6)将时效温度升至550℃，保温0.5h，然后再将温度降至430℃，保温3h。7)成品表面清洗、表面研磨抛光矫直。实施例31)配料、熔炼：按照铜铬锆合金线材的组分配比进行称料，将cu加入熔炼炉中升温熔化；待cu熔化后，加入覆盖剂覆盖，添加0.02％镁进行脱氧处理。温度升至1310℃，开始加入cr，保温30分钟后，加入铜钇中间合金，加入的铜钇中间合金量为原料重量的0.09％，铜钇中间合金中的钇含量15～20％。将温度控制在1350℃，转入保温炉，保温炉采用惰性气体氩气保护，保温炉中的氩气正压维持在0.005～0.05mpa，确保保温炉中的铬、特别极易氧化的锆烧损减少。本实施例的覆盖剂由冰晶石，碳酸钠和氟化钙按30:40:30的质量分数组成。2)保温炉温度达到铸造温度1310℃时，采用添加了0.3％铬的氮化硅内衬的结晶器进行连续铸造。拉铸棒坯规格φ26mm，拉铸速度控制1.3m/min，铸坯出结晶器的表面温度控制在790℃。结晶器出口铸坯处采用强冷却水，冷却水水温20℃，水压为0.3mpa，实现铬锆铜铸坯在线固溶效果。同时根据锆烧损规律，然后按照分钟0.005％锆烧损规律，在保温炉中采用自动喂丝机连续添加铜锆合金包芯线,确保锆稳定控制。3)铸坯从φ26mm冷轧至φ19mm，然后拉拔至φ18mm4)φ18mm扒皮至φ17.8mm。5)从φ17.8mm经过多道拉拔至φ12mm。6)将时效温度升至500℃，保温0.7h，然后再将温度降至420℃，保温3h。7)成品表面清洗、表面研磨抛光矫直。实施例41)配料、熔炼：按照铜铬锆合金线材的组分配比进行称料，将cu加入熔炼炉中升温熔化；待cu熔化后，加入覆盖剂覆盖。添加0.02％镁进行脱氧处理。温度升至1350℃，开始加入cr，保温15分钟后，加入铜钇中间合金，加入的铜钇中间合金量为原料重量的0.05％，铜钇中间合金中的钇含量15～20％。将温度控制在1320℃，转入保温炉，保温炉采用惰性气体氩气保护，保温炉中的氩气正压维持在0.005～0.05mpa，确保保温炉中的铬、特别极易氧化的锆烧损减少。本实施例的覆盖剂由冰晶石，碳酸钠和氟化钙按40:30:30的质量分数组成。2)保温炉温度达到铸造温度1350℃时，采用添加了0.2％铬的氮化硅内衬的结晶器进行连续铸造。拉铸棒坯规格φ24mm，拉铸速度控制1.5m/min，铸坯出结晶器的表面温度控制在820℃。结晶器出口铸坯处采用强冷却水，冷却水水温18℃，水压为0.4mpa，实现铬锆铜铸坯在线固溶效果。同时根据锆烧损规律，然后按照分钟0.006％锆烧损规律，在保温炉中采用自动喂丝机连续添加铜锆合金包芯线,确保锆稳定控制。3)铸坯从φ24mm冷轧至φ18mm，然后拉拔至φ17mm4)φ17mm扒皮至φ16.8mm。5)从φ16.8mm经过多道拉拔至φ10mm。6)将时效温度升至500℃，保温0.5h，然后再将温度降至400℃，保温3h。7)成品表面清洗、表面研磨抛光矫直。上述四个实施例制备的铜铬锆合金线材的性能测试结果如表2所示：表2产品性能参数从表2可以看到本发明制备的铜铬锆合金带材具有强度高，导电率良好，弹性优良，高温耐应力松弛特性好等特点。本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。当前第1页12