本發明專利技術公開了一種高強度高導熱Cu-Cr-B合金材料及其制備方法。該Cu-Cr-B合金材料的成分組成為：Cu?97.5wt％-99.5wt％，Cr?0.45wt％-1.5wt％，B?0.1wt％-1.0wt％。其制備方法包括以下步驟：(1)以純度大于99.99％的Cr、B、Cu為原料，按照成分配比配料，在真空感應熔煉爐中進行熔煉，在金屬模中澆鑄成合金坯料；(2)將合金坯料進行總變形量為60-80％的變形；變形后的合金坯料再進行固溶處理，水冷淬火至室溫；(3)固溶處理后的合金坯料經過表面清理；(4)將清理后的合金坯料在300℃-550℃下時效處理1h-4h，空冷至室溫。本發明專利技術實現了鑄態組織的細化，進而增加了富鉻析出相在時效析出過程中的形核點，實現了對鉻化物的細化控制，提高了合金的力學性能。
High strength and high thermal conductivity Cu-Cr-B alloy material and preparation method thereof
The invention discloses a high strength and high thermal conductivity Cu-Cr-B alloy material and a preparation method thereof. The Cu-Cr-B alloy composition is: Cu 97.5wt%-99.5wt% Cr, 0.45wt%-1.5wt% B, 0.1wt%-1.0wt%. The preparation method comprises the following steps: (1) with a purity of more than 99.99% Cr, B and Cu as raw materials, in accordance with the composition ratio of ingredients, melting in vacuum induction melting furnace, casting into billets in metal mold; (2) the total deformation of alloy billets for deformation of 60-80% alloy; the deformation after solution treatment, quenching to room temperature; (3) solid solution alloys treated by surface cleaning; (4) the alloy billet cleaned at 300 DEG -550 DEG 1h-4h aging treatment, cooling to room temperature. The invention realizes the refinement of as cast microstructure, thereby increasing the chromium precipitates in the aging process of the nucleation, the refinement of the chromium compound control, improve the mechanical properties of the alloy.
【技術實現步驟摘要】
一種高強度高導熱Cu-Cr-B合金材料及其制備方法
本專利技術涉及一種高強度高導熱Cu-Cr-B合金材料及其制備方法，屬于銅合金材料
技術介紹
鉻青銅(銅-鉻系合金)是一種重要的高強高導銅合金材料，以其較高的強度、硬度、耐磨性和耐蝕性以及良好的導電導熱性能，在電工、電子、電機行業中備受關注。該合金具有很好的冷加工性、良好的熱加工性、耐熱性和較高的電導率，適用于對電導率有一定要求，同時機械性能比較高且抗蠕變性能較好的場合。另外，由于鉻青銅還具有大的開斷電流能力、高耐電壓強度等優異的性能，主要應用于高壓開關觸頭、連鑄機結晶器、電阻焊電極、集電環、滾輪、夾持器以及集成電路引線框架等方面。但是，這種合金材料對于富鉻析出物的尺寸、雜質含量等控制水平的要求較高，國內目前還難以實現批量生產，主要從德國等歐洲國家進口。鉻青銅產品制備過程中存在的主要問題是富鉻析出物或銅鉻共晶組織的細化和尺寸控制。由于鉻在銅中的溶解度隨著溫度的降低而急劇下降，因此通常通過變形時效工藝使鉻青銅具有高強度和導電、導熱性能。由于較低溫度下鉻在銅中的溶解度極低，因此鉻容易在熱處理和熱變形過程中富集長大，進而影響合金的力學性能和耐磨性能。另外，鑄態組織粗大也會促進鉻的富集和長大。
技術實現思路
基于現有技術中所存在的技術問題，本專利技術的目的在于提供一種高強度高導熱Cu-Cr-B合金材料，以實現合金的凈化以及鑄態組織的細化。本專利技術的另一目的在于提供一種所述高強度高導熱Cu-Cr-B合金材料的制備方法，該方法能夠實現富鉻析出相的細化和尺寸控制，提高合金的力學性能。為實現上述目的，本專利技術采用以下技術方案：一種高強度高導熱Cu-Cr-B合金材料，其成分組成為：Cu97.5wt％-99.5wt％，Cr0.45wt％-1.5wt％，B0.1wt％-1.0wt％。本專利技術在Cu-Cr合金體系中添加B元素，起到凈化合金并且細化鑄態組織的作用。優選地，在該合金材料中，Cr元素與B元素的總含量控制在1.0wt％-2.5wt％。本專利技術提供一種所述Cu-Cr-B合金材料的制備方法，采用指合金熔煉、熱成形/時效組合工藝，具體包括以下步驟：(1)坯料熔鑄：以純度大于99.99％的Cr、B、Cu為原料，按照成分配比配料，在真空感應熔煉爐中進行熔煉，在金屬模中澆鑄成合金坯料；(2)變形工藝：將合金坯料進行總變形量為60-80％的變形；變形后的合金坯料再進行固溶處理，水冷淬火至室溫；(3)固溶處理后的合金坯料經過表面清理；(4)時效熱處理：將清理后的合金坯料在300℃-550℃下時效處理1h-4h，空冷至室溫。其中，在所述步驟(1)中，原料在1250℃-1400℃下進行熔煉，合金完全熔化后保溫20-30min，以確保其中的溶質原子充分溶解并且擴散均勻。所述步驟(2)中的變形方式為熱軋、熱擠壓或熱鍛造。首先將合金坯料加熱到900℃-1000℃下保溫3-4h，使各溶質元素充分擴散均勻，隨后在該溫度下進行總變形量為60％-80％的熱變形。所述步驟(2)中的固溶處理為將變形后的合金坯料再加熱到900-1050℃，保溫0.5h-2h，水冷淬火至室溫。本專利技術的優點在于：(1)本專利技術通過在Cu-Cr合金體系中添加B元素，一方面起到提高基體合金純凈度的作用，另一方面細化鑄態組織，進而增加富鉻析出相在時效析出過程中的形核點，最終實現了細化析出相和控制其尺寸、分布的目標。(2)本專利技術能夠顯著提高合金材料的力學性能，并且保持良好的導電、導熱性：屈服強度500MPa-600MPa，抗拉強度600MPa-750MPa，延伸率15％-30％，電導率70％IACS-90％IACS。(3)本專利技術提出的合金系列，并未增加合金的冶煉難度，成本較低，具有良好的推廣價值。具體實施方式以下通過具體實施例對本專利技術做進一步詳細描述，但專利技術的實施方式不僅限于此。實施例1一種高強度高導熱Cu-Cr-B合金材料的制備方法，包括如下步驟：(1)坯料熔鑄：以純度大于99.99％的純Cr、純B、純Cu為原料，按照成分配比配料：Cu元素為98.7wt％，Cr元素為0.8wt％，B元素為0.5wt％，在真空感應熔煉爐中1300℃下進行熔煉，保溫25min，在金屬模中澆鑄成合金坯料；(2)變形工藝：將合金坯料加熱至1000℃，保溫3h，進行總變形量為80％的熱鍛造成形；成形后的合金坯料在950℃進行固溶處理2h，水冷淬火至室溫；(3)固溶處理后的合金坯料經過表面清理；(4)時效熱處理：將清理后的合金坯料在400℃下時效處理1h-4h，空冷至室溫。所得合金材料的性能見下表1。表1實施例1中所得Cu-Cr-B合金材料的性能實施例2一種高強度高導熱Cu-Cr-B合金材料的制備方法，包括如下步驟：(1)坯料熔鑄：以純度大于99.99％的純Cr、純B、純Cu為原料，按照成分配比配料：Cu元素為99.45wt％，Cr元素為0.45wt％，B元素為0.1wt％，在真空感應熔煉爐中1250℃下進行熔煉，保溫30min，在金屬模中澆鑄成合金坯料；(2)變形工藝：將合金坯料加熱至900℃，保溫4h，進行總變形量為80％的熱軋；成形后的合金坯料在900℃進行固溶處理2h，水冷淬火至室溫；(3)固溶處理后的合金坯料經過表面清理；(4)時效熱處理：將清理后的合金坯料在420℃下時效處理1h-4h，空冷至室溫。所得合金材料的性能見下表2。表2實施例2中所得Cu-Cr-B合金材料的性能實施例3一種高強度高導熱Cu-Cr-B合金材料的制備方法，包括如下步驟：(1)坯料熔鑄：以純度大于99.99％的純Cr、純B、純Cu為原料，按照成分配比配料：Cu元素為98.0wt％，Cr元素為1.5wt％，B元素為0.5wt％，在真空感應熔煉爐中1350℃下進行熔煉，保溫30min，在金屬模中澆鑄成合金坯料；(2)變形工藝：將合金坯料加熱至1000℃，保溫4h，進行總變形量為80％的熱軋；成形后的合金坯料在1050℃進行固溶處理2h，水冷淬火至室溫；(3)固溶處理后的合金坯料經過表面清理；(4)時效熱處理：將清理后的合金坯料在450℃下時效處理1h-4h，空冷至室溫。所得合金材料的性能見下表3。表3實施例3中所得Cu-Cr-B合金材料的性能實施例4一種高強度高導熱Cu-Cr-B合金材料的制備方法，包括如下步驟：(1)坯料熔鑄：以純度大于99.99％的純Cr、純B、純Cu為原料，按照成分配比配料：Cu元素為98.0wt％，Cr元素為1.0wt％，B元素為1.0wt％，在真空感應熔煉爐中1450℃下進行熔煉，保溫20min，在金屬模中澆鑄成合金坯料；(2)變形工藝：將合金坯料加熱至1000℃，保溫3h，進行總變形量為80％的熱鍛造成形；成形后的合金坯料在1050℃進行固溶處理2h，水冷淬火至室溫；(3)固溶處理后的合金坯料經過表面清理；(4)時效熱處理：將清理后的合金坯料在550℃下時效處理1h-4h，空冷至室溫。所得合金材料的性能見下表4。表4實施例4中所得Cu-Cr-B合金材料的性能實施例5一種高強度高導熱Cu-Cr-B合金材料的制備方法，包括如下步驟：(1)坯料熔鑄：以純度大于99.99％的純Cr、純B、純Cu為原料，按照成分配比配料：Cu元素為98.4wt％本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種高強度高導熱Cu?Cr?B合金材料，其特征在于，其成分組成為：Cu?97.5wt％?99.5wt％，Cr?0.45wt％?1.5wt％，B?0.1wt％?1.0wt％。
【技術特征摘要】
1.一種高強度高導熱Cu-Cr-B合金材料，其特征在于，其成分組成為：Cu97.5wt％-99.5wt％，Cr0.45wt％-1.5wt％，B0.1wt％-1.0wt％。2.根據權利要求1所述的Cu-Cr-B合金材料，其特征在于，Cr元素與B元素的總含量為1.0wt％-2.5wt％。3.一種權利要求1或2所述的Cu-Cr-B合金材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)坯料熔鑄：以純度大于99.99％的Cr、B、Cu為原料，按照成分配比配料，在真空感應熔煉爐中進行熔煉，在金屬模中澆鑄成合金坯料；(2)變形工藝：將合金坯料進行總變形量為60-80％的變形；變形后的合金坯料再進行固溶處理，水冷淬火至室溫；(3)固溶處理后的合金坯料經...
【專利技術屬性】
技術研發人員：解國良，王強松，劉冬梅，謝偉濱，高學成，
申請(專利權)人：北京有色金屬研究總院，
類型：發明
國別省市：北京,11
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