一种具有高塑性的变形锌合金及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明设及锋合金材料及其应用领域，具体设及一种具有高塑性的变形锋合金及 其制备方法和应用，该合金材料可应用于电源插头、插片等电气行业及其他相关行业。
【背景技术】
[0002] 电源插头、插片是广泛应用于日常生活及工业生产的电气产品，目前绝大部分电 源插头和插片由铜合金制造。对电源插头的主要要求为；（1)优良的导电性，在长期的大电 流使用过程中不会出现过热、温升过高等危险现象；(2)良好的机械性能，由于同一产品上 电源插头数量较多，高效率的加工制造和组装方式，对于提高生产效率非常重要，因此对材 料的高速切削和压接加工要求较高，尤其需要材料具有较高的塑性；（3)良好的服役行为， 因为电源插头的应用领域很广，材料要能够适应各种使用环境，须具备一定的耐蚀性、强 度、抗跌落、抗弯曲等机械性能。该种看似简单的日常用品，对材料的综合物理、机械和加工 性能具有严格的要求，通常使用含铜量62% W上的铜合金。虽然传统铜合金能够满足上述 性能，但随着铜资源的不断开采和消耗，我国当前面临铜资源严重短缺的问题，国内资源供 给率已不足25%，寻找新的合金材料替代铜合金，已是行业未来发展的趋势所在。
[0003] 采用锋合金替代传统铜合金是业内近几年的研发热点。但因锋是密排六方结构晶 体，铸造锋合金较脆，而经过塑性加工得到的变形锋合金（椿、线等），由于晶粒尺寸的变小 及加工过程中的动态再结晶，变形锋合金虽具有一定的塑性，但强度较低。铸造锋合金的加 工性能较差，不能用于加工制造电源插头、插片等电气产品；现有的变形锋合金，其包括塑 性在内的综合性能指标难W满足电源插头、插片的加工和使用要求。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是，提供一种具有高塑性的变形锋合金及其制备方法 和应用，该变形锋合金具有较高的延伸率，可应用于电气行业及其他相关行业，满足电源插 头、插片等的加工和使用要求。
[0005] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为；一种具有高塑性的变形锋合金， 该变形锋合金的重量百分比组成包括；〇. Cu《5%，0. 01%《Ti《2%，余量为化和 不可避免的杂质，该变形锋合金的微观组织包含n相和e相，所述的n相为铜置换锋的 固溶体，所述的e相由铜锋金属间化合物和锋铜铁金属间化合物组成。
[0006] 本发明是W化-化为基体并添加一定量的Ti元素的变形锋合金。通过XRD分析 可知，该基体包含两个相即n相和e相，其中n相是W少量化置换化的固溶体形式存 化e相是W析出的化挪铜锋金属间化合物和锋铜铁金属间化合物形式存在。
[0007] 本发明添加0. 1-5%化，化是W固溶于化基体的方式存在于锋合金中，起到固溶 强化的作用。化在420°C左右时，固溶度不超过3%，随着温度的降低，在常温下化在化基 体即n相中的固溶度降低到不足1%，n相具有一定的强度和较高的塑性，可保证锋合金 的强度和塑性，再加上Ti的强化作用，使本发明变形锋合金特别适用于插头、插片等需要 压接、冷徵等工艺的电气元件。本发明合金的化含量小于0. 1%时，起不到固溶强化的作 用，超过5%时，从n相中析出的富化相虽然提高了强度，但材料的塑性大大降低，不利于 材料的后续使用，特别是不利于电气插头、插片的压接冷徵等工艺成型。
[000引本发明在化-化基的基础上添加一定量的Ti，虽然化-化基具有一定的机械强度， 但强度依然较低，不能满足电源插头、插片对强度的要求，因此本发明通过添加Ti，与锋、 铜形成e相，在基体中弥散分布，在不影响塑性的同时，辅助zn-化基，与Zn-化基协同作 用，起到改善基体强度的作用。Ti在Zn中的溶解度较低，多余的Ti析出与Cu、Zn形成锋 铜铁金属间化合物即e相，起到提高基体强度和硬度的作用，在本发明中Ti的添加量为 0. 01% -2%，当Ti含量低于0. 01 %时，起不到提高强度和硬度的作用，当Ti含量超过2% 时，虽然强度大幅提高，但后续的机械加工性能较差。
[0009] 该变形锋合金的微观组织中，所述的n相的体积分数为60-95%，所述的e相的 体积分数为5-40%，所述的e相的平均晶粒度小于8微米。
[0010] 本发明合金中的n相为基体相，是W少量化置换化的固溶体。该基体相为基体 提供一定的强度和高塑性，同时使基体具有较高的导电性能，其体积占到微观组织总体积 的60-95%，并呈均匀分布的细小等轴晶形式存在。e相是析出的化与化W及化、Ti与 化形成的金属间化合物，与n相相比具有更高的强度和硬度，满足电源插头、插片对机械 性能要求，e相的体积分数应控制在5-40%。
[0011] 本发明包含n相和e相，n相为基体提供高的塑性和导电率，对于采用压接、冷 徵等工艺成型的电源插头、插片来说，只有满足高的塑性（延伸率> 25% )才能够采用压 接、特别是冷徵成型，如果材料太脆，在压接特别是冷徵过程中会产生裂纹，同时n相属于 置换固溶体，对导电率没有很大的影响，能够满足插头、插片对导电率的要求。e相为基体 提供一定的强度，使得材料的强度可W达到200MPa W上。若材料强度太低，则成型效果差； 若e相比例太高，会影响材料的塑性，降低材料成型性能。本发明合金的两相在热变形过 程中，硬度、强度不同的两相可W形成较大的变形，挤压变形可将粗大的e相打碎，并改变 其分布，使e相呈带状、线状分布，SEM照片显示，该e相的晶粒度小于8微米，细小的晶 粒有利于提高合金强度、塑性和加工性，使本发明变形锋合金满足电源插头、插片的性能要 求。
[001引该变形锋合金的重量百分比组成包括；0. 1 %《Cu《2. 3 %，0. 05 % 《Ti《0. 5%。
[001引该变形锋合金的重量百分比组成包括；2. 35 %《Cu《4. 5 %，0. 05 % 《Ti《0. 5%。
[0014] 该变形锋合金的重量百分比组成还包括总量为0. 001-1 %的Zr和化中的至少 一种，本发明中少量的Zr固溶于e相中，起到提高强度和细化晶粒的作用，化与锋形成 化化17相，具有较好的与基体的变形协调性，可W提高合金强度和硬度而不降低其塑性。或 者，作为进一步优选，该变形锋合金的重量百分比组成还包括总量为0. 001-2%的Y、Sc、 RE、Be、Co、B和Mn中的至少一种。
[0015] Y和Sc在元素周期表中同属于IIIA族元素，在本发明中与锋分别形成YZn。和 ScZn。化合物，弥散分布于合金基体中，作为第二相提高基体的强度；少量Mn与化形成细 小的弥散强化相，能够起到强化作用；稀±元素RE在锋合金中可W起到净化晶界、细化晶 粒的作用，提高塑性与强度；由于Be和B的原子半径均较小，在本发明合金中少量的B和Be 固溶于Zn的基体中，形成间隙式固溶体，起到固溶强化的作用；Co为六方结构，少量的Co 与化基体形成代位式固溶体，能够提高强度。添加总量为0. 001-2%的Y、Sc、RE、Be、Co、 B和Mn中的至少一种元素，得到的高塑性的变形锋合金可W在高应变速率下承受大变形量 的塑性加工而不发生断裂，可广泛应用于冷徵、馴接等大加工量变形加工。
[0016] 该变形锋合金的延伸率为25 % W上，断面收缩率为40 % W上。
[0017] 上述具有高塑性的变形锋合金的制备方法，包括W下步骤；1)通过热顶铸造、半 连续铸造或水平连续铸造生产圆形或者矩形铸锭；2)铸锭挤压或者轴制，其挤压或轴制温 度为170-360°C;3)经过至少两次拉伸或者轴制和至少两次热处理后加工为成品，其中热处 理温度为；120-380°C，热处理时间为1-lOh。与其他变形锋合金不同，本发明Zn-化-Ti变 形锋合金经过冷轴后明显变软，同时硬度、强度降低，塑性提高，且冷加工率越大，软化程度 越大，因此如何控制挤压或轴制加工