專利名稱：一種新型的銅基合金及其工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種新型的銅基合金及其工藝，它是通過對銅基合金成分的合理調(diào)整和工藝方法的優(yōu)化使其達到高軟化溫度，高導(dǎo)電率及高硬度的目的。
在電阻焊領(lǐng)域中應(yīng)用鉻鋯銅合金已有多年歷史，這種銅合金含鉻0.5-1％，鋯0.08-0.12％，它具有一定的強度，且導(dǎo)電率也能保持在75％左右(國家標(biāo)準(zhǔn)為75％)。但是在導(dǎo)電率方面，不能完全滿足輕合金，特別是鋁合金和鍍層鋼板的點焊、縫焊的要求，在硬度和軟化溫度方面，它又不能適應(yīng)不銹鋼板、耐熱合金、鈦合金板材的電阻焊要求，因此有必要進一步改善其性能。為此，國內(nèi)外紛紛涉是該領(lǐng)域，進行了人量的研究。例如美國專利4049426(1997年9月20日)公開了含鉻0.05-1.25％、鋯0.05-1.00％、鈮0.05-1.15％的銅基合金及其工藝方法，所列性能數(shù)據(jù)表明該銅基合金的導(dǎo)電率較以前有所提高，但機械性能則仍維持在該發(fā)明之前的水平。又例如英國專利652997(1976年1月28日)和蘇聯(lián)專利185068闡明了在鉻鋯銅中加釩的作用；美國專利4224066通過在鉻鋯銅中添加適量鐵以增加其沉淀硬化過程的可控性。日本佳友輕金屬工業(yè)公司則采取在純銅、鉻鋯銅的基礎(chǔ)上，用擠壓加真空擴散的方法，在工作端加工出帶有鋁或鋁合金擴散層的電極來(JP58-163586)，使之具有使用壽命長和不易發(fā)生熔粘現(xiàn)象的優(yōu)點，據(jù)稱特別適宜于作為焊接鋁材及鍍層鋼板的點焊電極，但其工藝復(fù)雜、電極制作成本高，而且導(dǎo)電率的提高也不明顯。再例如日本專利9-76074(公告日1997年3月25日)闡述了“電阻焊用電極材料和電阻焊用復(fù)合電極及其制造方法”，該電阻焊材料的組成成份及重量配比為鉻0.3-1.5、鋯0.02-0.22％、銀0.01-0.5％、鎢0.1-5.0％、其余為銅，其制造方法是將上述材料的粉末混合后，放入用脫氧銅制成的銅罐中密封起來，采取抽真空排除空氣用密封方式制造小坯的燒結(jié)方法，燒結(jié)完后，用水將小坯擠壓出來，再熱鍛和冷拉伸使之形成芯部材料，將芯部材料插埋入電極體前端部位中央的凹槽(已經(jīng)切削加工后形成的)內(nèi)，使之成為一體化的復(fù)合電極，這種電極材料和電極的加工工藝相當(dāng)復(fù)雜，制造成本高。
本發(fā)明的目的是要在鉻鋯銅技術(shù)的基礎(chǔ)上再制造出一種在硬度、導(dǎo)電率、軟化溫度性能均獲得穩(wěn)定提高的銅基合金，它既具有較高的導(dǎo)電率，也具有較高的常溫硬度及高溫軟化溫度。為社會提供一種優(yōu)質(zhì)的，多用途的通用于輕合金以及鍍層鋼板，不銹鋼板、耐熱鋼、鈦合金板的點焊及縫焊電極材料，從而取代并優(yōu)于鉻銅、鉻鋁鎂銅、鉻鋯銅及含有害元素的鎘銅、鈹鈷銅鈹(含鈹0.2-0.7％、鈷2-3％)等電阻焊電極材料。
本發(fā)明的另一目的是在于提供一種制造上述銅合金成品的工藝方法，以滿足大批量生產(chǎn)降低生產(chǎn)成本的要求。
本發(fā)明的目的是通過如下工藝實施方法達到的，即首先采用多元、少量、合金化原則，選擇添加元素及它們的成分重量配比和工藝參數(shù)。故要首先分析添加的元素能否從固溶體中析出，如能從固溶體中析出，則對合金導(dǎo)電率不良影響將小于單質(zhì)元素。這就是說金屬化合物使合金的導(dǎo)電率下降幅度小，而單質(zhì)元素使合金的導(dǎo)電率下降幅度大，曾在各類青銅合金中已出現(xiàn)過有關(guān)這方面的論述。
本發(fā)明的具體做法是在銅中加入下述元素鉻0.20-0.80、鋯0.06-0.28％、硼0.02-0.15％、鈮和稀上(鈰)各0.02-0.08％。同時對銅合金工藝做了較大的改進1、熔煉含鉻10-20％以上的銅中間合金，并以中間合金的形式加入銅中，使鉻充分溶解到銅液中，對提高銅合金的塑性變形大有益處；2、設(shè)計合理的澆鑄模具，該模具應(yīng)具有如下特點垂直分型、啟合方便、易于排氣和迅速散熱，并具有合理的熱分布，有利于注滿型腔，減少鑄錠冷隔；模腔尺寸為上大下小，有利于自下而上的順序凝固，這樣便能充分提高自補縮能力，從而使鑄錠表面光滑、無氣孔、無夾雜，排除了鑄錠的實物質(zhì)量缺陷，便可提高成材率15％左右；3、鑄錠熱鍛后，為固溶處理所需的水池安裝在箱式爐底前部、可提高工件落水的溫度，其激冷介質(zhì)為溫度低于3℃的冰鹽(含鹽15％)水，故可獲得快速冷卻的效果；4、在強塑性冷變形(變形量為55-70％)之后，采用分級等溫時效加補充時效處理(400℃×2小時加500℃×3小時，出爐空冷后再加480℃×3小時保溫)的方法。
在鉻鋯銅中添加少量硼的目的，是為了提高合金的硬度，當(dāng)所加入硼的量低于0.02％時，其合金硬度達不到理想值，若加入量超過0.15％時，便會對合金的導(dǎo)電率產(chǎn)生不良影響。在鉻鋯銅中添加微量鈮，主要是起到細化晶粒，提高強度和耐高溫性能的作用，同時也改善了澆鑄及加工性能。在鉻鋯銅中添加微量稀土(鈰)或混合稀上，可促使鑄態(tài)合金品粒細化。提高熱塑性和耐熱性，改善銅的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能。實踐證明，本發(fā)明合金的最佳成分重量配比為鉻0.25-0.50％、鋯0.10-0.16％、硼0.03-0.08％，鈮和稀上(鈰)各含0.02-0.06％。
將符合本發(fā)明所要求的合金元素及重量配比的銅合金鑄錠再按下述工藝進行加工熱鍛后固溶溫度800℃×0.5小時，保溫再升至980℃×2小時保溫，快速出爐投入溫度低于3℃的15％的冰鹽水中激冷，激冷后進行55-70％的強冷變形，最后進行二級等溫時效處理再加補充時效(400℃×2小時加500℃×3小時出爐空冷后再加480℃×3小時補充時效)。因為固溶處理的冷卻速度對合金的強化效果也有較大的影響，故當(dāng)冷卻速度較慢時，會減少固溶體中空位濃度，甚至發(fā)生固溶分解，從而降低時效強化的效果，因此在低于3℃的冰鹽水(含鹽15％)中激冷，固溶效果較為理想。鹽對水冷卻性能之所以產(chǎn)生強烈的影響，主要是由于鹽的爆炸作用，使蒸氣膜迅速破裂，縮短了膜狀沸騰期，有利于熱能傳遞，提高淬透性和均勻性，同時也有利于過飽和固溶體形成；而采用分級等溫時效處理，對提高和穩(wěn)定合金的綜合性能具有明顯的效果。
實踐證明，按本發(fā)明提供的銅基合金的組成成分重量配比及其工藝方法所要求而制造的銅合金，其性能參數(shù)較以前的鉻鋯銅有較明顯的提高，取得了比較理想的效果，主要包括一、主要性能參數(shù)1、其常溫硬度由本發(fā)明前的HRB75-80提高到MRB84-92，2、導(dǎo)電率由43MS/m提高到45MS/m，3、軟化溫度由575℃提高到620℃-650℃。
二、采用含鉻10-20％以上的銅中間合金，提高了銅合金塑性變形；合理的澆鑄模具，又提高了自補縮能力，明顯地提高了鑄錠的實物質(zhì)量，故成材率提高15％左右。
三、由于采用二級等溫時效加補充時效處理，明顯地抑制了不連續(xù)析出現(xiàn)象，而使第二相變得更加彌散、均勻，因此使銅合金綜合性能在大批量生產(chǎn)過程中得到有效而穩(wěn)定的控制。
四、由于本發(fā)明的銅基合金組成成分重量配比合理，工藝先進、可靠，成材率高，故生產(chǎn)成本有所降低，經(jīng)濟效益好。
綜上所述，按本發(fā)明生產(chǎn)的銅基合金，其導(dǎo)電率平均為45MS/m，常溫硬度平均為HRB88，軟化溫度大于620℃，在批量生產(chǎn)過程中其成材率明顯提高，由于其綜合性能明顯優(yōu)于鉻鋯銅，故適合用于輕合金板、鋼板、鍍層鋼板、不銹鋼板和鈦合金板的電阻焊電極材料。
關(guān)于本發(fā)明的實施例說明如下用本發(fā)明的方法獲取有如實施例參數(shù)表所列(3批18爐)組成成分及重量配比的銅合金鑄錠，即含鉻0.21-0.71％、鋯0.08-0.22％、硼0.03-0.134％、鈮0.02-0.08％、鈰0.02-0.06％，將該銅合金鑄錠經(jīng)下述工序處理，即熱鍛(反復(fù)鍛撥一次)→固溶→強冷變形→時效→空冷，所得到的銅合金經(jīng)檢測，具有如下性能常溫硬度HRB84-92，導(dǎo)電率43.5-47MS/m，軟化溫度620℃-680℃。
本發(fā)明實施例參數(shù)表
權(quán)利要求
1.一種銅基合金，含合金元素成份重量配比為鉻0.20-0.80、鋯0.06-0.28％，其特征在于它還含有合金元素硼、鈮和稀上且其含量為硼0.02-0.15％、鈮和稀上各含0.02-0.08％。
2.據(jù)權(quán)利要求1所述的銅基合金，其特征在于所含合金元素的最佳成分重量配比為鉻0.25-0.50％，鋯0.10-0.16％，硼0.03-0.08％，鈮和鈰各含0.02-0.06％。
3.一種獲得上述銅基合金的工藝方法，其特征在于包括如下工序步驟即銅基合金鑄錠→熱鍛→分級等溫固溶→室溫下強塑冷變形→分級等溫時效。
4.據(jù)權(quán)利要求3所述的工藝方法，其特征在于先熔煉含鉻10-20％的銅中間合金，并以中間合金方式加入銅中，采用垂直分型鑄模，模腔為上大而下小，反冒口模。
5.據(jù)權(quán)利要求3所述的工藝方法，其特征在于為固溶處理所需的水池安裝在箱式爐底前部。
6.據(jù)權(quán)利要求3所述的工藝方法，其特征在于激冷介質(zhì)為溫度低于3℃的15％的冰鹽水。
7.據(jù)權(quán)利要求3所述的工藝方法，其特征在于強塑性冷變形的變形量為55-70％。
8.據(jù)權(quán)利要求3所述的工藝方法，其特征在于采用分級等溫時效加補充時效處理的方法即400℃×2小時加500℃×3小時，出爐空冷后再加480℃×3小時保溫。
全文摘要
一種銅基合金,其成分為鉻0.20—0.80%,鋯0.06—0.28%,硼0.02—0.15%,鈮和稀土(鈰)各含0.02—0.08%,其余為銅;經(jīng)本發(fā)明提供的工藝處理后,其導(dǎo)電率達45MS/m,常溫硬度HRB達84—92、軟化溫度大于620℃;該銅合金批量生產(chǎn)成品率高,適合于用來作為輕合金板、鋼板、鍍層鋼板、不銹鋼板和鈦合金板的電阻焊電極材料;可取代并優(yōu)于鉻銅、鉻鋁鎂銅、鉻鋯銅及含有害元素的鎘銅、鈹鈷銅(低鈹銅合金)等電阻焊電極材料。
文檔編號C22C9/00GK1250816SQ9811267
公開日2000年4月19日 申請日期1998年10月9日 優(yōu)先權(quán)日1998年10月9日
發(fā)明者陳丕文 申請人:陳丕文