本发明涉及铜合金技术领域，更具体地说，本发明涉及一种高强度铍铜合金棒及其制备工艺。
背景技术：
铍铜合金是以铍为主要合金元素的铜合金，又称之为铍青铜。它是铜合金中性能最好的高级弹性材料，具有很高的强度、弹性、硬度、疲劳强度，弹性滞后小、耐蚀、耐磨、耐寒、高导电、无磁性、冲击不产生火花等一系列优良的物理、化学和力学性能。铍铜合金经过淬火调质后，具有高的强度，弹性，耐磨性，耐疲劳性和耐热性，同时铍铜合金还具有很高的导电性，导热性，耐寒性和无磁性，碰击时无火花，易于焊接和钎焊，在大气，淡水和海水中耐腐蚀性极好。腐蚀后，强度、延伸率均无变化，故在海水中可保持40年以上，是海底电缆中继器构造体不可替代的材料。而且广泛应用于航空航天、电子电气、石油化工、日用五金等领域。
铍的价格昂贵且为剧毒物质，低铍铜合金的铍含量为0.2％-0.7％，具有良好的导电性能及一定的强度而被广泛应用，且铍含量较tbe2等高强度含铍铜合金低，具有成本优势并有利于环保。随着tbe0.3-1.5、tbe0.4-1.8等低铍铜合金新增到国标中，低铍铜合金受到越来越多的关注。目前，国产低铍铜合金的时效后抗拉强度约为650-750mpa，电导率为45-60％iacs，由于合金中杂质元素等含量较高，电导率一般偏下限。国际知名厂商如ngk所产低铍铜合金材料的抗拉强度为700-950mpa，电导率为50-60％iacs；高强度铍铜合金中的铍含量为1.6％-2.1％，时效后抗拉强度最高可超过1400mpa，但电导率仅为22％iacs。对于铜合金本身，任何提高其强度的方法都会导致电导率降低，因此铜合金的高强度和高导电率是一对矛盾，不可兼得。
低铍铜合金在导电性能上具有较高的优势，随着铍铜合金中铍含量的逐渐增加，铍铜合金的强度越高，但是铍的价格昂贵，而且为剧毒物质，所以铍铜合金材料中铍的含量较低时，铍铜合金材料的强度不足，不能满足人们的使用需求。
技术实现要素：
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种高强度铍铜合金棒及其制备工艺，本发明所要解决的问题是：如何提高铍铜合金棒的强度，降低铍含量的使用。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高强度铍铜合金棒，包括按重量百分数计的如下元素：be：1-1.6％、si:0.1-0.5％、ni：0.5-1％、co：0.1-0.5％、zr:0.05-0.15％、ti:0.005-0.045％、v：0.05-0.15％、稀土元素：0.05-0.15％，余量为cu和不可避免的杂质。
在一个优选的实施方式中，包括按重量百分数计的如下元素：be：1.2-1.4％、si:0.2-0.4％、ni：0.7-0.8％、co：0.2-0.4％、zr:0.08-0.12％、ti:0.02-0.03％、v：0.08-0.12％、稀土元素：0.08-0.12％，余量为cu和不可避免的杂质。
在一个优选的实施方式中，包括按重量百分数计的如下元素：be：1.3％、si:0.3％、ni：0.75％、co：0.3％、zr:0.1％、ti:0.025％、v：0.1％、稀土元素：0.1％，余量为cu和不可避免的杂质。
在一个优选的实施方式中，所述不可避免的杂质含量低于0.005％，所述稀土元素为镧、钐和铈的混合物，且所述镧、钐、铈的质量比为(3-6)：(1-2)：(0.5-1)。
本发明还提供一种高强度铍铜合金棒的制备工艺，具体制备步骤如下：
步骤一：熔炼，按照上述重量百分比分别称取原料，将称取的原料依次投入到真空熔炼炉中，在真空熔炼炉中以1200-1300℃条件下熔炼40-60分钟，熔炼完成后在惰性气体的作用下将熔炼液导入到精炼炉中进行精炼；
步骤二：浇注锻造，精炼完成后降温至1050-1150℃条件下进行浇注，浇注完成后冷却脱模得到铸棒，将得到的铸棒经过铣面加工后加热至750-820℃，然后放入锻压机中进行锻造；
步骤三：热轧，将锻造后的铸件进行轧制，轧制时先对铸件进行初轧，初轧时的温度为800-850，初轧完成后进行精轧，精轧时的温度为700-780℃；
步骤四：固溶处理，将轧制后的铸件加热至760-800℃条件下进行保温2-4h，保温完成后进行淬火处理；
步骤五：将淬火处理完成的工件放入均质炉中进行均质化处理，均质化处理后进行时效处理，时效处理完成后得到高强度铍铜合金棒。
在一个优选的实施方式中，所述步骤一称取的si、ni、co、zr、ti和v分别以cu-si中间合金、cu-ni中间合金、cu-co中间合金、cu-zr中间合金、cu-ti中间合金和cu-v中间合金的形式加入。
在一个优选的实施方式中，所述步骤一中原料投入熔炼炉的顺序依次为铜、镍、钴、铬、锆、硅、钛、钒、铍和稀土元素，所述稀土元素加入前先混合均匀，所述步骤一中精炼时的温度为1350-1450℃，精炼时间为10-18分钟。
在一个优选的实施方式中，所述步骤三中初轧时有效轧制道次数为3-7，精轧时有效轧制道次数为2-6。
在一个优选的实施方式中，所述步骤四中淬火处理时温度为500-600℃，淬火处理时间为10-15分钟。
在一个优选的实施方式中，所述步骤五中均质化处理时温度为500-600℃，均质化处理的时间为3-4h，所述时效处理的温度为260-300℃，处理时间为10-15h，时效处理后进行空冷至室温。
本发明的技术效果和优点：
1、采用本发明的原料配方所制备出的高强度铍铜合金棒，铍铜合金中控制铍元素含量为1-1.6％，并在铍铜合金材料中加入镍、钴、锆、钛、钒和稀土元素，镍和钴的加入能够细化合金材料内部的晶粒，提高内部组织的均匀性，使得铍铜合金材料具有良好的力学性能，而且镍能够抑制合金材料淬火时的相变，抑制再结晶过程，锆能够提高铍铜合金的软化温度，细化再结晶晶粒，钛能够有效增强铍铜合金的强度，钒能够净化变质、细化晶粒，能够提高铍铜合金棒的耐磨性能，而稀土元素能够细化晶粒，使得晶粒均匀，能够有效提高皮铜合金棒的强度和耐腐蚀性能，本发明能够在保证铍含量较低的情况下提高铍铜合金棒的强度，提高铍铜合金棒的实用性，使得铍铜合金棒能够满足人们的使用需求；
2、本发明通过熔炼的方法将cu-si中间合金、cu-ni中间合金、cu-co中间合金、cu-zr中间合金、cu-ti中间合金和cu-v中间合金加入到铍铜合金中，对铍铜合金进行改性，并将得到的铸件进行热轧、固溶处理、淬火处理、均质化处理和时效处理，能够有效提高铍铜合金棒的强度。
具体实施方式
下面将结合本发明中的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
本发明提供了一种高强度铍铜合金棒，包括按重量百分数计的如下元素：be：1％、si:0.1％、ni：0.5％、co：0.1％、zr:0.05％、ti:0.005％、v：0.05％、稀土元素：0.05％，余量为cu和不可避免的杂质。
在一个优选的实施方式中，所述不可避免的杂质含量低于0.005％，所述稀土元素为镧、钐和铈的混合物，且所述镧、钐、铈的质量比为4：1.5：0.8。
本发明还提供一种高强度铍铜合金棒的制备工艺，具体制备步骤如下：
步骤一：熔炼，按照上述重量百分比分别称取原料，将称取的原料依次投入到真空熔炼炉中，在真空熔炼炉中以1250℃条件下熔炼50分钟，熔炼完成后在惰性气体的作用下将熔炼液导入到精炼炉中进行精炼；
步骤二：浇注锻造，精炼完成后降温至1100℃条件下进行浇注，浇注完成后冷却脱模得到铸棒，将得到的铸棒经过铣面加工后加热至780℃，然后放入锻压机中进行锻造；
步骤三：热轧，将锻造后的铸件进行轧制，轧制时先对铸件进行初轧，初轧时的温度为825，初轧完成后进行精轧，精轧时的温度为740℃；
步骤四：固溶处理，将轧制后的铸件加热至780℃条件下进行保温3h，保温完成后进行淬火处理；
步骤五：将淬火处理完成的工件放入均质炉中进行均质化处理，均质化处理后进行时效处理，时效处理完成后得到高强度铍铜合金棒。
在一个优选的实施方式中，所述步骤一称取的si、ni、co、zr、ti和v分别以cu-si中间合金、cu-ni中间合金、cu-co中间合金、cu-zr中间合金、cu-ti中间合金和cu-v中间合金的形式加入。
在一个优选的实施方式中，所述步骤一中原料投入熔炼炉的顺序依次为铜、镍、钴、铬、锆、硅、钛、钒、铍和稀土元素，所述稀土元素加入前先混合均匀，所述步骤一中精炼时的温度为1400℃，精炼时间为15分钟。
在一个优选的实施方式中，所述步骤三中初轧时有效轧制道次数为5，精轧时有效轧制道次数为4。
在一个优选的实施方式中，所述步骤四中淬火处理时温度为550℃，淬火处理时间为12分钟。
在一个优选的实施方式中，所述步骤五中均质化处理时温度为550℃，均质化处理的时间为3.5h，所述时效处理的温度为280℃，处理时间为13h，时效处理后进行空冷至室温。
实施例2：
与实施例1不同的是，所述高强度铍铜合金棒包括按重量百分数计的如下元素：be：1.3％、si:0.3％、ni：0.75％、co：0.3％、zr:0.1％、ti:0.025％、v：0.1％、稀土元素：0.1％，余量为cu和不可避免的杂质。
实施例3：
与实施例1-2均不同的是，所述高强度铍铜合金棒包括按重量百分数计的如下元素：be：1.6％、si:0.5％、ni：1％、co：0.5％、zr:0.15％、ti:0.045％、v：0.15％、稀土元素：0.15％，余量为cu和不可避免的杂质。
实施例4：
一种高强度铍铜合金棒，包括按重量百分数计的如下元素：be：1％、si:0.1％、ni：0.5％、co：0.1％、zr:0.05％、ti:0.005％、稀土元素：0.05％，余量为cu和不可避免的杂质。
在一个优选的实施方式中，所述不可避免的杂质含量低于0.005％，所述稀土元素为镧、钐和铈的混合物，且所述镧、钐、铈的质量比为4：1.5：0.8。
本发明还提供一种高强度铍铜合金棒的制备工艺，具体制备步骤如下：
步骤一：熔炼，按照上述重量百分比分别称取原料，将称取的原料依次投入到真空熔炼炉中，在真空熔炼炉中以1250℃条件下熔炼50分钟，熔炼完成后在惰性气体的作用下将熔炼液导入到精炼炉中进行精炼；
步骤二：浇注锻造，精炼完成后降温至1100℃条件下进行浇注，浇注完成后冷却脱模得到铸棒，将得到的铸棒经过铣面加工后加热至780℃，然后放入锻压机中进行锻造；
步骤三：热轧，将锻造后的铸件进行轧制，轧制时先对铸件进行初轧，初轧时的温度为825，初轧完成后进行精轧，精轧时的温度为740℃；
步骤四：固溶处理，将轧制后的铸件加热至780℃条件下进行保温3h，保温完成后进行淬火处理；
步骤五：将淬火处理完成的工件放入均质炉中进行均质化处理，均质化处理后进行时效处理，时效处理完成后得到高强度铍铜合金棒。
在一个优选的实施方式中，所述步骤一称取的si、ni、co、zr和v分别以cu-si中间合金、cu-ni中间合金、cu-co中间合金、cu-zr中间合金和cu-v中间合金的形式加入。
在一个优选的实施方式中，所述步骤一中原料投入熔炼炉的顺序依次为铜、镍、钴、铬、锆、硅、钛、铍和稀土元素，所述稀土元素加入前先混合均匀，所述步骤一中精炼时的温度为1400℃，精炼时间为15分钟。
在一个优选的实施方式中，所述步骤三中初轧时有效轧制道次数为5，精轧时有效轧制道次数为4。
在一个优选的实施方式中，所述步骤四中淬火处理时温度为550℃，淬火处理时间为12分钟。
在一个优选的实施方式中，所述步骤五中均质化处理时温度为550℃，均质化处理的时间为3.5h，所述时效处理的温度为280℃，处理时间为13h，时效处理后进行空冷至室温。
实施例5：
一种高强度铍铜合金棒，包括按重量百分数计的如下元素：be：1％、si:0.1％、ni：0.5％、co：0.1％、zr:0.05％、ti:0.005％、v：0.05％，余量为cu和不可避免的杂质。
在一个优选的实施方式中，所述不可避免的杂质含量低于0.005％。
本发明还提供一种高强度铍铜合金棒的制备工艺，具体制备步骤如下：
步骤一：熔炼，按照上述重量百分比分别称取原料，将称取的原料依次投入到真空熔炼炉中，在真空熔炼炉中以1250℃条件下熔炼50分钟，熔炼完成后在惰性气体的作用下将熔炼液导入到精炼炉中进行精炼；
步骤二：浇注锻造，精炼完成后降温至1100℃条件下进行浇注，浇注完成后冷却脱模得到铸棒，将得到的铸棒经过铣面加工后加热至780℃，然后放入锻压机中进行锻造；
步骤三：热轧，将锻造后的铸件进行轧制，轧制时先对铸件进行初轧，初轧时的温度为825，初轧完成后进行精轧，精轧时的温度为740℃；
步骤四：固溶处理，将轧制后的铸件加热至780℃条件下进行保温3h，保温完成后进行淬火处理；
步骤五：将淬火处理完成的工件放入均质炉中进行均质化处理，均质化处理后进行时效处理，时效处理完成后得到高强度铍铜合金棒。
在一个优选的实施方式中，所述步骤一称取的si、ni、co、zr、ti和v分别以cu-si中间合金、cu-ni中间合金、cu-co中间合金、cu-zr中间合金、cu-ti中间合金和cu-v中间合金的形式加入。
在一个优选的实施方式中，所述步骤一中原料投入熔炼炉的顺序依次为铜、镍、钴、铬、锆、硅、钛、钒和铍，所述步骤一中精炼时的温度为1400℃，精炼时间为15分钟。
在一个优选的实施方式中，所述步骤三中初轧时有效轧制道次数为5，精轧时有效轧制道次数为4。
在一个优选的实施方式中，所述步骤四中淬火处理时温度为550℃，淬火处理时间为12分钟。
在一个优选的实施方式中，所述步骤五中均质化处理时温度为550℃，均质化处理的时间为3.5h，所述时效处理的温度为280℃，处理时间为13h，时效处理后进行空冷至室温。
分别选取上述实施例1、实施例2、实施例3、实施例4和实施例5生产的铍铜合金棒分别作为实验组1、实验组2、实验组3、实验组4和实验组5，利用传统的铍铜合金棒作为对照组，分别测试选取的铍铜合金棒在20℃、200℃、250℃和300℃条件下的力学性能。测量结果如表一：
表一
由表一可知，本发明生产的铍铜合金棒传统的铍铜合金棒相比，屈服强度和抗拉强度均明显增加，而且本发明生产的铍铜合金棒在20-300℃之间随着温度的增加力学性能降低较少，实施例4和实施例5中分别缺少钒和稀土元素，而实施例4和实施例5生产的铍铜合金棒力学性能明显不足实施例1生产的铍铜合金棒，由此证明，本发明生产的铍铜合金棒中加入镍、钴、锆、钛、钒和稀土元素，镍和钴的加入能够细化合金材料内部的晶粒，提高内部组织的均匀性，使得铍铜合金材料具有良好的力学性能，而且镍能够抑制合金材料淬火时的相变，抑制再结晶过程，锆能够提高铍铜合金的软化温度，细化再结晶晶粒，钛能够有效增强铍铜合金的强度，钒能够净化变质、细化晶粒，能够提高铍铜合金棒的耐磨性能，而稀土元素能够细化晶粒，使得晶粒均匀，能够有效提高皮铜合金棒的强度和耐腐蚀性能，本发明能够在保证铍含量较低的情况下提高铍铜合金棒的强度，提高铍铜合金棒的实用性，使得铍铜合金棒能够满足人们的使用需求。
最后：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，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。