本發(fā)明涉及高性能銅合金的加工制備方法，特別涉及一種超聲波強化高性能銅合金的制備方法。
背景技術(shù)：
：近幾年國內(nèi)高強彈性銅合金材料用量持續(xù)上升。國外彈性材料已形成很多系列70多個品種，而國內(nèi)只有鈹銅、錫磷青銅和鋅白銅系列，每年產(chǎn)量大約8萬噸。與上述幾種銅合金相比，Cu-Ni-Si合金具有更高性能且更低的成本，該材料在國外的高性能彈性銅合金材料領(lǐng)域己被廣泛使用，但在國內(nèi)該領(lǐng)域仍然依靠大量進口C7025，因此，開發(fā)先進的Cu-Ni-Si合金材料及其熱處理加工技術(shù)具有重要意義。生產(chǎn)Cu-Ni-Si銅合金板帶材的關(guān)鍵技術(shù)是熔煉鑄造和固溶處理。例如，鑄坯晶粒的細化可有效提高其抗拉強度；合金板帶表面質(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)量要好，就需要鑄造一個沒疏松、氣孔等缺陷的鑄錠。為此，北京有色金屬研究總院的肖翔鵬等為了獲得高質(zhì)量的Cu-Ni-Si鑄坯，采用機械振動結(jié)晶器獲得了細化晶粒的鑄錠，提高了合金的抗拉強度，但機械振動結(jié)晶器振動頻率低，鑄錠晶粒細化效果有限。在金屬或合金凝固過程中施加振動是改善其組織結(jié)構(gòu)、提高機械性能的最有效方法之一。1869年，俄國Chernov就成功地用搖晃鑄模的方法細化了鋼錠的晶粒。1941年后，振動效應(yīng)對凝固的影響被廣泛的研究，例如機械振動、電磁激振、氣振振動和超聲振動等。其中，超聲振動的高能量及其它的特殊效應(yīng)，極大地提高了振動對凝固的作用效果，公認的效果有：細化晶粒、組織均勻化、組織凈化等。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明通過對銅合金合成工藝進行多次研究，發(fā)現(xiàn)在Cu-Ni-Si時效強化合金加工過程中，合金鑄坯質(zhì)量和固溶效果對成品帶材的強度和導(dǎo)電性有著重要的影響，晶粒均勻細化的鑄坯有助于提升合金的強度和導(dǎo)電性。本發(fā)明的目的在于提供一種超聲波強化高性能銅合金的制備方法，通過采用超聲波強化振動的方式進一步提升Cu-Ni-Si合金的熔鑄和固溶效果，以獲得高強度、高導(dǎo)電性、耐熱性好、滿足現(xiàn)代電子元件要求的高質(zhì)量Cu-Ni-Si合金。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一種超聲波強化高性能銅合金的制備方法在Cu-Ni-Si合金制備過程中的澆鑄環(huán)節(jié)施加超聲場，使熔鑄后的合金鑄坯晶粒均勻、細化、方向性好，并在Cu-Ni-Si合金中添加Co、Cr元素，以進一步提升Cu-Ni-Si合金的性能；操作步驟如下：（1）按照質(zhì)量百分比為Ni0.5%~3.5%、Si0.3%~1%、Co0.3%~1.2%、Cr0.01%~0.3%、其余為銅進行配料，再進行投料和熔煉；（2）熔煉完后出爐，超聲場澆鑄；（3）銑面；（4）熱軋；（5）退火；（6）冷軋；（7）一次時效處理；（8）冷軋；（9）二次時效處理；（10）酸洗；（11）成品退火，獲得高質(zhì)量的Cu-Ni-Si合金產(chǎn)品。所述步驟（1）中的投料順序為：先加入Cu和Ni，采用質(zhì)量比為硼砂：玻璃粉=2:1的混合物進行覆蓋，熔化后再加入Co和Cr，熔煉完成后加入Si，熔煉溫度為1050℃~1400℃。所述步驟（2）中，澆鑄溫度為1000℃~1200℃，超聲場頻率為20~100KHz。所述步驟（4）中熱軋溫度為750℃~980℃。所述步驟（5）中退火溫度為900℃~1000℃，時間為0.5~8h。所述步驟（7）中一次時效處理溫度為350℃~600℃，時間為1~15h。所述步驟（9）中二次時效處理溫度為300℃~500℃，時間為1~15h。上述超聲波強化高性能銅合金的制備方法能鑄造出高性能的銅合金鑄坯，再經(jīng)過熱軋、固溶、冷軋和時效處理等操作工序，即可獲得高質(zhì)量的Cu-Ni-Si合金。此外，該方法通過在傳統(tǒng)的Cu-Ni-Si合金中添加少量的Cr與Co元素，使得合金性能得到進一步提升。該合金具有高強度，高導(dǎo)電性，耐熱性好，適應(yīng)現(xiàn)代電子元件對材料的要求。本發(fā)明一種超聲波強化高性能銅合金的制備方法，能細化銅合金晶粒，提高合金強度，提高合金導(dǎo)電性，具有以下有益效果：（1）本發(fā)明采用超聲場強化熔鑄過程，使熔鑄后的合金鑄坯晶粒均勻、細化、方向性好。（2）本發(fā)明在Cu-Ni-Si合金中添加了少量Co、Cr元素，進一步提升了Cu-Ni-Si合金的性能。（3）本發(fā)明的新型高強度高導(dǎo)電銅合金抗拉強度σb可達到660~950Mpa，塑性延伸率δ為5%~11%，電導(dǎo)率為36~54%ICAS。（4）本發(fā)明銅合金具有高彈性、高強度、高疲勞性、耐熱性好，并兼?zhèn)淞烁唠娦缘膬?yōu)點。具體實施方式以下結(jié)合具體實施方式對本發(fā)明一種超聲波強化高性能銅合金的制備方法作進一步詳細說明。本發(fā)明一種超聲波強化高性能銅合金的制備方法，操作步驟是先按照質(zhì)量百分比配比稱取原料，再將原料按照一定的次序投料熔煉，隨后依次進行超聲場澆鑄、銑面、熱軋、退火、冷軋、一次時效處理、冷軋、二次時效處理、酸洗、成品退火工序。各操作步驟的工藝參數(shù)如下：原料的成分：按照質(zhì)量百分比為Ni0.5%~3.5%、Si0.3%~1%、Co0.1%~1%、Cr0.01%~0.4%、其余為銅；投料與熔煉：先加入Cu和Ni，采用硼砂與玻璃粉的混合物進行覆蓋，硼砂與玻璃粉的質(zhì)量比例為2:1，熔化后再加入Co、Cr，熔煉完成后加入Si，熔煉溫度為1050℃~1400℃；超聲場澆鑄：澆鑄溫度為1000℃~1200℃，超聲場頻率為10~100KHz；熱軋：溫度為750℃~980℃；退火：溫度為900℃~1000℃，時間為0.5~8h；一次時效處理：溫度為350℃~600℃，時間為1~15h；二次時效處理：溫度為300℃~500℃，時間為1~15h；實施例1（1）按照質(zhì)量百分比為Ni1.9%、Si0.45%、Co0.4%、Cr0.02%、其余為銅進行配料；（2）首先，往坩堝中加入電解銅和電解鎳，采用硼砂與玻璃粉的混合物進行覆蓋，硼砂與玻璃粉的質(zhì)量比例為2:1，熔化后再加入Co、Cr，熔煉完成后加入Si，熔煉溫度為1050℃~1400℃；（3）出爐、拔渣、鐵模澆鑄、啟動超聲場，超聲場強度30KHz，澆鑄溫度控制在1100℃，得到合金鑄坯；（4）將獲得的合金鑄坯進行銑面，上下表面各銑0.9mm；隨后進行熱軋，熱軋溫度890℃，熱軋時間6h，熱軋形變量ε=70%；（5）將上述的熱軋坯放入退火爐中進行退火固溶，退火溫度950℃，退火時間3h，之后取出水冷；（6）先將水冷鑄坯進行一次冷軋，冷軋形變量ε=70%；隨后進行一次時效處理，時效溫度605℃，時效時間5h；再進行二次冷軋，冷軋形變量ε=50%；其后進行二次時效，時效溫度350℃，時效時間5h；（7）將二次時效處理后的帶材進行酸洗和成品退火，獲得產(chǎn)品。實施例2（1）按照質(zhì)量百分比為Ni2.4%、Si0.5%、Co0.6%、Cr0.02%、其余為銅進行配料；（2）首先，往坩堝中加入電解銅和電解鎳，采用硼砂與玻璃粉的混合物進行覆蓋，硼砂與玻璃粉的質(zhì)量比例為2:1，熔化后再加入Co、Cr，熔煉完成后加入Si，熔煉溫度為1050℃~1400℃；（3）出爐、拔渣、鐵模澆鑄、啟動超聲場，超聲場強度35KHz，澆鑄溫度控制在1100℃，得到合金鑄坯；（4）將獲得的合金鑄坯進行銑面，上下表面各銑0.9mm；隨后進行熱軋，熱軋溫度890℃，熱軋時間6h，熱軋形變量ε=70%；（5）將上述的熱軋坯放入退火爐中進行退火固溶，退火溫度950℃，退火時間3h，之后取出水冷；（6）先將水冷鑄坯進行一次冷軋，冷軋形變量ε=70%；隨后進行一次時效處理，時效溫度605℃，時效時間5h；再進行二次冷軋，冷軋形變量ε=50%；其后進行二次時效，時效溫度350℃，時效時間5h；（7）將二次時效處理后的帶材進行酸洗和成品退火，獲得產(chǎn)品。實施例3（1）按照質(zhì)量百分比為Ni1.8%、Si0.45%、Co0.5%、Cr0.05%、其余為銅進行配料；（2）首先，往坩堝中加入電解銅和電解鎳，采用硼砂與玻璃粉的混合物進行覆蓋，硼砂與玻璃粉的質(zhì)量比例為2:1，熔化后再加入Co、Cr，熔煉完成后加入Si，熔煉溫度為1050℃~1400℃；（3）出爐、拔渣、鐵模澆鑄、啟動超聲場，超聲場強度25KHz，澆鑄溫度控制在1100℃，得到合金鑄坯；（4）將獲得的合金鑄坯進行銑面，上下表面各銑0.9mm；隨后進行熱軋，熱軋溫度890℃，熱軋時間6h，熱軋形變量ε=70%；（5）將上述的熱軋坯放入退火爐中進行退火固溶，退火溫度950℃，退火時間3h，之后取出水冷；（6）先將水冷鑄坯進行一次冷軋，冷軋形變量ε=70%；隨后進行一次時效處理，時效溫度605℃，時效時間5h；再進行二次冷軋，冷軋形變量ε=50%；其后進行二次時效，時效溫度350℃，時效時間5h；（7）將二次時效處理后的帶材進行酸洗和成品退火，獲得產(chǎn)品。以上三個實施例的處理效果對比見表1，從表1可見3組實例所獲得的合金帶材中的抗拉強度與電導(dǎo)率較C7025合金材料均有顯著提升，且具有較好的延伸率，符合引線框架材料的發(fā)展需求。表1各實施例效果對比表性能延伸率抗拉強度電導(dǎo)率實例19%825Mpa46%實例28%790Mpa49%實例38%785Mpa47%C702510%705Mpa40%表1看出，實施例1獲得的銅合金帶材的綜合性能最好，是最佳實施例。應(yīng)當(dāng)說明的是，本發(fā)明的應(yīng)用不限于上述的舉例，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以根據(jù)上述說明加以改進或修飾，所有這些改進或修飾都應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3