本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)度高導(dǎo)熱Cu-Cr-B合金材料及其制備方法，屬于銅合金材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

鉻青銅(銅-鉻系合金)是一種重要的高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金材料，以其較高的強(qiáng)度、硬度、耐磨性和耐蝕性以及良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能，在電工、電子、電機(jī)行業(yè)中備受關(guān)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(dǎo)率，適用于對(duì)電導(dǎo)率有一定要求，同時(shí)機(jī)械性能比較高且抗蠕變性能較好的場(chǎng)合。另外，由于鉻青銅還具有大的開斷電流能力、高耐電壓強(qiáng)度等優(yōu)異的性能，主要應(yīng)用于高壓開關(guān)觸頭、連鑄機(jī)結(jié)晶器、電阻焊電極、集電環(huán)、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(duì)于富鉻析出物的尺寸、雜質(zhì)含量等控制水平的要求較高，國內(nèi)目前還難以實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，主要從德國等歐洲國家進(jìn)口。

鉻青銅產(chǎn)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(xì)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(shí)效工藝使鉻青銅具有高強(qiáng)度和導(dǎo)電、導(dǎo)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(jìn)而影響合金的力學(xué)性能和耐磨性能。另外，鑄態(tài)組織粗大也會(huì)促進(jìn)鉻的富集和長大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于現(xiàn)有技術(shù)中所存在的技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種高強(qiáng)度高導(dǎo)熱Cu-Cr-B合金材料，以實(shí)現(xiàn)合金的凈化以及鑄態(tài)組織的細(xì)化。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種所述高強(qiáng)度高導(dǎo)熱Cu-Cr-B合金材料的制備方法，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)富鉻析出相的細(xì)化和尺寸控制，提高合金的力學(xué)性能。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種高強(qiáng)度高導(dǎo)熱Cu-Cr-B合金材料，其成分組成為：Cu 97.5wt％-99.5wt％，Cr 0.45wt％-1.5wt％，B 0.1wt％-1.0wt％。

本發(fā)明在Cu-Cr合金體系中添加B元素，起到凈化合金并且細(xì)化鑄態(tài)組織 的作用。優(yōu)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％。

本發(fā)明提供一種所述Cu-Cr-B合金材料的制備方法，采用指合金熔煉、熱成形/時(shí)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(yīng)熔煉爐中進(jìn)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(jìn)行總變形量為60-80％的變形；變形后的合金坯料再進(jìn)行固溶處理，水冷淬火至室溫；

(3)固溶處理后的合金坯料經(jīng)過表面清理；

(4)時(shí)效熱處理：將清理后的合金坯料在300℃-550℃下時(shí)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(jìn)行熔煉，合金完全熔化后保溫20-30min，以確保其中的溶質(zhì)原子充分溶解并且擴(kuò)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(zhì)元素充分?jǐn)U散均勻，隨后在該溫度下進(jìn)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。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)本發(fā)明通過在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(xì)化鑄態(tài)組織，進(jìn)而增加富鉻析出相在時(shí)效析出過程中的形核點(diǎn)，最終實(shí)現(xiàn)了細(xì)化析出相和控制其尺寸、分布的目標(biāo)。

(2)本發(fā)明能夠顯著提高合金材料的力學(xué)性能，并且保持良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性：屈服強(qiáng)度500MPa-600MPa，抗拉強(qiáng)度600MPa-750MPa，延伸率15％-30％，電導(dǎo)率70％IACS-90％IACS。

(3)本發(fā)明提出的合金系列，并未增加合金的冶煉難度，成本較低，具有良好的推廣價(jià)值。

具體實(shí)施方式

以下通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述，但發(fā)明的實(shí)施方式不僅限于此。

實(shí)施例1

一種高強(qiáng)度高導(dǎo)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(yīng)熔煉爐中1300℃下進(jìn)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(jìn)行總變形量為80％的熱鍛造成形；成形后的合金坯料在950℃進(jìn)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(jīng)過表面清理；

(4)時(shí)效熱處理：將清理后的合金坯料在400℃下時(shí)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(shí)施例1中所得Cu-Cr-B合金材料的性能

實(shí)施例2

一種高強(qiáng)度高導(dǎo)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(yīng)熔煉爐中1250℃下進(jìn)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(jìn)行總變形量為80％的熱軋；成形后的合金坯料在900℃進(jìn)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(jīng)過表面清理；

(4)時(shí)效熱處理：將清理后的合金坯料在420℃下時(shí)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(shí)施例2中所得Cu-Cr-B合金材料的性能

實(shí)施例3

一種高強(qiáng)度高導(dǎo)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(yīng)熔煉爐中1350℃下進(jìn)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(jìn)行總變形量為80％的熱軋；成形后的合金坯料在1050℃進(jìn)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(jīng)過表面清理；

(4)時(shí)效熱處理：將清理后的合金坯料在450℃下時(shí)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(shí)施例3中所得Cu-Cr-B合金材料的性能

實(shí)施例4

一種高強(qiáng)度高導(dǎo)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(yīng)熔煉爐中1450℃下進(jìn)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(jìn)行總變形量為80％ 的熱鍛造成形；成形后的合金坯料在1050℃進(jìn)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(jīng)過表面清理；

(4)時(shí)效熱處理：將清理后的合金坯料在550℃下時(shí)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(shí)施例4中所得Cu-Cr-B合金材料的性能

實(shí)施例5

一種高強(qiáng)度高導(dǎo)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％，Cr元素為1.0wt％，B元素為0.6wt％，在真空感應(yīng)熔煉爐中1350℃下進(jìn)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3h，進(jìn)行總變形量為80％的熱擠壓；成形后的合金坯料在1020℃進(jìn)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(jīng)過表面清理；

(4)時(shí)效熱處理：將清理后的合金坯料在450℃下時(shí)效處理1h-4h，空冷至室溫。

所得合金材料的性能見下表5。

表5實(shí)施例5中所得Cu-Cr-B合金材料的性能