專利名稱：高強高彈抗應力松弛無鈹銅合金及其制備和加工方法
技術領域：
本發明涉及一種高強高彈抗應力松弛無鈹銅合金及其制備和加工方法，屬于有色金屬加工領域。
背景技術：
隨著人民生活水平日益提高、現代工業發展和國防建設的需要，高強度高彈性銅合金材料應用范圍日益廣 泛，需求量持續增加。高強度高彈性銅合金材料具有強度高、彈性好、耐疲勞、彈性滯后小、耐腐蝕等優良特性，被廣泛應用于電子、宇航、儀器、儀表及自動控制行業中，用于制造各種彈性簧片、電觸點、點焊極點、防爆工具等，且由于其性能穩定、使用壽命長、而被廣泛用于航空、航天、兵器、船舶、雷達系統等重要軍工部門中的特殊部件，主要為電接觸元器件、接插元器件及繼電器器件等。在計算機、高檔家用電器、防爆工具、化工、煤炭等行業中也有其巨大的潛在市場。高強高彈銅合金材料是我國工業各部門長期需求量比較大的金屬材料，但在應用上，尤其是一些高端器件的應用上，鈹銅材料一直牢牢占據著不可動搖的地位，并且多年來一直是進行塊式法的高能耗的低成材率的生產方式。但由于鈹青銅對環境保護要求比較高、生產工藝流程長、能耗大，導致生產成本較高。針對這種情況，在中高端應用領域急需研制一種新型高強高彈銅合金材料進行替代，目前此研究在國內相對落后，并沒有任何一種材料可以進行合理替代。所以，通過研究開發進行對鈹青銅材料的合理替代，迫在眉睫。

發明內容
本發明的目的是克服現有上述已有技術的不足，提供一種抗應力松弛、導電、導熱良好、耐磨、耐蝕、耐疲勞的高強高彈無鈹銅合金。為實現上述目的，本發明采取以下技術方案:一種高強高彈抗應力松弛無鈹銅合金，按照重量百分比，其基礎成分包括Ni0.7% 1.7%，Si 0.4% 0.8%，Co 0.8% 2.0%，其余為Cu，所述銅合金的成分滿足:(a) 3.4 ≤(Ni+Co) /Si ≤6.5 ； (b) 1.0 % ^ Ni+Co ^ 3.5% ; (c) 0.4 彡 Ni/Co ^ 1.3% ；
(d)2.0%^ Ni+Co+Si ^ 3.6% ； (e) 1.0%^ Ni/Si ≤3.6。作為本發明的優選方案，所述的高強高彈抗應力松弛無鈹銅合金，含有以重量百分比計的下述成分:Ni 0.8% 1.5%，Si 0.5% 0.7%，Co 1.0 % 1.8 %，其余為Cu，所述銅合金的成分滿足:(a) 3.5 ( (Ni+Co)/Si ^ 5.0 ； (b) 1.7 % ^ Ni+Co ^ 3.0 % ；(c)0.5 ( Ni/Co ^ 1.2% ； (d)2.5%^ Ni+Co+Si ^ 3.6% ； (e) 1.2%^ Ni/Si ( 3.6。所述高強高彈抗應力松弛無鈹銅合金中還可包含選自Ag、Sn、Cr、P和Zr中的至少一種微合金化附帶元素，其重量含量為Ag 0.01% 0.1%，Sn 0.1% 0.5%，Cr 0.1 % 0.5 %，P 0.01 % 0.5 % 和 / 或 Zr 0.1 0.5 %，總量應滿足 0.01 %(Ag+Sn+Cr+P+Zr ≤ 0.5%。所添加元素的作用:
鎳和鈷:鎳和鈷與硅結合，形成對時效硬化有效的硅化合物，抑止晶粒長大和提高抗應力松弛能力。鎳的含量應控制在0.7% 1.7%。當鎳的含量低于0.7%時，上述益處不明顯。當鎳的含量超過1.7%時，電導率和加工性能下降。鈷的含量應控制在0.8% 2.0%，當鈷的含量低于0.8%時，不能充分析出鈷的硅化物第二相粒子，所述益處也不明顯。當鈷的含量超過2.0%時，會導致析出鈷的硅化物第二相粒子過多，影響合金的加工性倉泛。硅:在本發明中，硅和鎳、鈷會形成硅化物第二相強化粒子來提高合金的強度。硅的含量應控制在0.4 0.8%。當硅含量低于0.4%時，合金經過時效后析出的硅化物第二相粒子過少，不能完全提高合金的強度。當硅含量高于0.8%時，會使合金的電導率和加工性能下降。銀、錫、鉻、磷、鋯:本發明的特點之一是添加一些微量元素(總量不高于0.5% )來提聞合金的性能。添加錫、憐等兀素能提聞合金的鑄造質量，增加合金的流動性，提聞合金的加工性能。添加銀能提高合金的抗應力松弛能力。添加鉻、鋯元素能提高合金的強度和電導率。添加磷元素能細化合金的晶粒。各微量元素的添加優選方案為:Ag 0.01%
0.1%, Sn 0.1% 0.5%, Cr 0.1% 0.5%, P 0.01% 0.5%, Zr 0.1 0.5%，總量應滿足 0.01 %彡 Ag+Sn+Cr+P+Zr 彡 0.5%。本發明的另一個目的是提供上述高強高彈抗應力松弛無鈹銅合金的制備和加工方法。為實現上述目的，采取以下技術方案:一種高強高彈抗應力松弛無鈹銅合金的制備和加工方法，包括以下工藝流程:
a.按照質量百分比進行配料、投料、熔煉及澆鑄，b.銑面，c.熱軋，d.固溶處理，e.—次冷車L，f.一次時效，g.二 次冷軋，h.二次時效。步驟a中，所述投料的具體順序為:先加入銅(Cu)，熔化后，再加入鎳(Ni)、硅
(Si)，最后加入鈷粉，所述鈷粉用銅箔包覆。步驟a中，還可以選擇加入銀(Ag)、錫(Sn)、鉻(Cr)、磷⑵和/或鋯(Zr)等微量元素。銀(Ag)、鉻(Cr)、磷(P)和/或鋯(Zr)等微量元素優選以CuAg中間合金、CuCr中間合金、CuP中間合金、CuZr中間合金的形式加入。步驟a中，所述熔煉的溫度為1150 1300°C，所述澆鑄的溫度控制在1100 1200。。。步驟b中,統面時,合金上下表面各統2mm,左右面各統1_。步驟c中，所述熱軋的溫度為800 100°C，時間為I 10h。步驟d中，所述的固溶處理的溫度為850 1100°C，時間為0.5 5h。步驟f中，所述一次時效的溫度為400 550°C，時間為I 10h，冷卻方式為空冷或隨爐冷卻。步驟h中，所述二次時效的溫度為320 450°C，時間為I 10h，冷卻方式為空冷或隨爐冷卻。本發明的優點在于:與其他彈性銅合金相比，本發明的高強高彈抗應力松弛無鈹銅合金無論在強度、導電性還是彈性、耐腐蝕、可加工性能方面都是非常優良的，同時還具有優良的抗應力松弛性能。并且，該合金材料的制備過程比較簡單，工藝流程短，能耗低，解決了熔煉鑄造過程中的極易吸氣從而導致鑄錠內部存在大量的氣孔的問題和鑄錠在壓力加工過程中易開裂不利于后續加工處理的問題，成材率高等。實現在中高端應用領域對鈹青銅材料的合理替代，以解決該類材料的應用急需和降低生產能耗。本發明的高強高彈抗應力松弛無鈹銅合金的抗拉強度σ b可達到700 900MPa，塑性延伸率δ為4 12%，電導率為40 55% IACS。該銅合金具有高彈性、高強度、高疲勞性、耐熱性好，同時兼備了良好的導電性的優點，可以廣泛的應用于各種彈性簧片、電觸點、點焊極點、防爆工具、電接觸元器件、接插元器件等場合。
具體實施例方式本發明中所述的高強高彈抗應力松弛無鈹銅合金的制備及加工方法為:a.按照質量百分比進行配料、投料、熔煉及澆鑄，b.銑面，c.熱軋，d.固溶處理，e.—次冷軋，f.一次時效，g.二次冷軋，h.二次時效。其中，具體的投料順序為:先加入Cu，熔化后，再加入N1、Si，出爐前選擇加入CuAg中間合金、錫、CuCr中間合金、CuP中間合金和/或CuZr中間合金,最后加入鈷。熔煉的溫度為1150 1300°C，澆鑄的溫度控制在1100 1200°C ;熱軋溫度為800 1000。。，時間為I IOh ;固溶處理的溫度為850 1100°C，時間為I 5h ;第一次時效的溫度為400 550°C，時間為I 10h，冷卻方式為空冷或隨爐冷卻；第二次時效的溫度為350 450°C，時間為I 10h，冷卻方式為空冷或隨爐冷卻。實施例1本發明的合金采用以下原料熔煉:電解銅、純鎳、鈷粉、純硅。合金的成分見表I的實施例1。1.熔煉:采用非真空感應電爐進行熔煉。合金的加入順序為:先加入Cu，熔化后，再加入N1、Si，加覆蓋劑(木炭)保溫5 lOmin，經充分除氣、除雜后，再覆蓋IOmm左右厚的灼燒木炭。后加入鈷粉(用銅箔包覆)，熔煉的溫度為1280°C，保溫IOmin后靜置5 IOmin后出爐澆鑄，澆鑄溫度為1200°C。2.銑面:對合金進行銑面(上下表面各銑2_，左右各銑Imm)。3.熱軋:對合金進行加熱，加熱溫度為970°C，保溫時間為2h，熱軋總加工率為70%。4.固溶處理:鑄錠在加熱爐中進行固溶處理，固溶溫度為1020°C，保溫時間為lh，冷卻方式為水冷。5.一次冷軋:將經過固溶處理的合金板材進行50%的變形處理。6.一次時效:將冷軋后的板材裝入熱處理爐中，進行時效處理，溫度為430°C，保溫時間5h,冷卻方式為隨爐冷卻。7.二次冷軋:將一次時效后的板材進行二次冷軋，冷軋加工率控制在70%。8.二次時效:二次冷軋后的板材進行時效處理，時效溫度為340°C，保溫時間為2.5h，冷卻方式為空冷。經過以上熔煉、銑面、熱軋、固溶、一次冷軋、一次時效、二次冷軋、二次時效處理等加工處理后，其性能見表2中的實施例1。 實施例2
本發明的合金采用以下原料熔煉:電解銅、純鎳、鈷粉、純硅。合金的成分見表I的實施例2。1.熔煉:采用非真空感應電爐進行熔煉。合金的加入順序為:先加入Cu，熔化后，再加入N1、Si，加覆蓋劑(木炭)保溫5 lOmin，經充分除氣、除雜后，再覆蓋IOmm左右厚的灼燒木炭。后加入鈷粉(用銅箔包覆)，熔煉的溫度為1250°C，保溫IOmin后靜置5 IOmin后出爐澆鑄，澆鑄溫度為1150°C。2.銑面:對合金進行銑面(上下表面各銑2mm，左右各銑Imm)。3.熱軋:對合金進行加熱，加熱溫度為950°C，保溫時間為2.5h，熱軋總加工率為70%。4.固溶處理:鑄錠在加熱爐中進行固溶處理，固溶溫度為1000°C，保溫時間為2h，冷卻方式為水冷。5.一次冷軋:將經過固溶處理的合金板材進行70%的變形處理。6.一次時效:將冷軋后的板材裝入熱處理爐中，進行時效處理，溫度為450°C，保溫時間3h，冷卻方式為隨爐冷卻。7.二次冷軋:將一次時效后的板材進行二次冷軋，冷軋加工率控制在70%。8.二次時效:二次冷軋后的板材進行時效處理，時效溫度為350°C，保溫時間為2h，冷卻方式為空冷。經過以上熔煉、銑面、熱軋、固溶、一次冷軋、一次時效、二次冷軋、二次時效處理等加工處理后，其性能見表2中的實施例 2。實施例3本發明的合金采用以下原料熔煉:電解銅、純鎳、鈷粉、純硅。合金的成分見表I的實施例3。1.熔煉:采用非真空感應電爐進行熔煉。合金的加入順序為:先加入Cu，熔化后，再加入N1、Si，加覆蓋劑(木炭)保溫5 lOmin，經充分除氣、除雜后，再覆蓋IOmm左右厚的灼燒木炭。后加入鈷粉(用銅箔包覆)，熔煉的溫度為1300°C，保溫IOmin后靜置5 IOmin后出爐澆鑄，澆鑄溫度為1200°C。2.銑面:對合金進行銑面(上下表面各銑2mm，左右各銑Imm)。3.熱軋:對合金進行加熱，加熱溫度為950°C，保溫時間為2.5h，熱軋總加工率為70%。4.固溶處理:鑄錠在加熱爐中進行固溶處理，固溶溫度為1000°C，保溫時間為lh，冷卻方式為水冷。5.一次冷軋:將經過固溶處理的合金板材進行70%的變形處理。6.一次時效:將冷軋后的板材裝入熱處理爐中，進行時效處理，溫度為470°C，保溫時間4h，冷卻方式為隨爐冷卻。7.二次冷軋:將一次時效后的板材進行二次冷軋，冷軋加工率控制在50%。8.二次時效:二次冷軋后的板材進行時效處理，時效溫度為350°C，保溫時間為2.5h，冷卻方式為空冷。經過以上熔煉、銑面、熱軋、固溶、一次冷軋、一次時效、二次冷軋、二次時效處理等加工處理后，其性能見表2中的實施例3。
實施例4本發明的合金采用以下原料熔煉:電解銅、純鎳、鈷粉、純硅。合金的成分見表I的實施例4。1.熔煉:采用非真空感應電爐進行熔煉。合金的加入順序為:先加入Cu，熔化后，再加入N1、Si，加覆蓋劑(木炭)保溫5 lOmin，經充分除氣、除雜后，再覆蓋IOmm左右厚的灼燒木炭。后加入鈷粉(用銅箔包覆)，熔煉的溫度為1270°C，保溫IOmin后靜置5 IOmin后出爐澆鑄，澆鑄溫度為1200°C。2.統面:對合金進行統面(上下表面各統2mm,左右各統Imm)。3.熱軋:對合金進行加熱，加熱溫度為930°C，保溫時間為3h，熱軋總加工率為70%。

4.固溶處理:鑄錠在加熱爐中進行固溶處理，固溶溫度為990°C，保溫時間為2h，冷卻方式為水冷。5.一次冷軋:將經過固溶處理的合金板材進行60%的變形處理。6.一次時效:將冷軋后的板材裝入熱處理爐中，進行時效處理，溫度為450°C，保溫時間2h，冷卻方式為隨爐冷卻。7.二次冷軋:將一次時效后的板材進行二次冷軋，冷軋加工率控制在60%。8.二次時效:二次冷軋后的板材進行時效處理，時效溫度為350°C，保溫時間為2.5h，冷卻方式為空冷。經過以上熔煉、銑面、熱軋、固溶、一次冷軋、一次時效、二次冷軋、二次時效處理等加工處理后，其性能見表2中的實施例4。實施例5本發明的合金采用以下原料熔煉:電解銅、純鎳、鈷粉、純硅。合金的成分見表I的實施例5。1.熔煉:采用非真空感應電爐進行熔煉。合金的加入順序為:先加入Cu，熔化后，再加入N1、Si，加覆蓋劑(木炭)保溫5 lOmin，經充分除氣、除雜后，再覆蓋IOmm左右厚的灼燒木炭。后加入鈷粉(用銅箔包覆)，熔煉的溫度為1300°C，保溫IOmin后靜置5 IOmin后出爐澆鑄，澆鑄溫度為1150°C。2.銑面:對合金進行銑面(上下表面各銑2mm，左右各銑Imm)。3.熱軋:對合金進行加熱，加熱溫度為1000°C，保溫時間為2h，熱軋總加工率為70%。4.固溶處理:鑄錠在加熱爐中進行固溶處理，固溶溫度為1000°C，保溫時間為2h，冷卻方式為水冷。5.一次冷軋:將經過固溶處理的合金板材進行50%的變形處理。6.一次時效:將冷軋后的板材裝入熱處理爐中，進行時效處理，溫度為470°C，保溫時間1.5h,冷卻方式為隨爐冷卻。7.二次冷軋:將一次時效后的板材進行二次冷軋，冷軋加工率控制在70%。8.二次時效:二次冷軋后的板材進行時效處理，時效溫度為350°C，保溫時間為
2.5h，冷卻方式為空冷。經過以上熔煉、銑面、熱軋、固溶、一次冷軋、一次時效、二次冷軋、二次時效處理等加工處理后，其性能見表2中的實施例5。實施例6本發明的合金采用以下原料熔煉:電解銅、純鎳、鈷粉、純硅。合金的成分見表I的實施例6。1.熔煉:采用非真空感應電爐進行熔煉。合金的加入順序為:先加入Cu，熔化后，再加入N1、Si，加覆蓋劑(木炭)保溫5 lOmin，經充分除氣、除雜后，再覆蓋IOmm左右厚的灼燒木炭。后加入鈷粉(用銅箔包覆)，熔煉的溫度為1280°C，保溫IOmin后靜置5 IOmin后出爐澆鑄，澆鑄溫度為1180°C。2.統面:對合金進行統面(上下表面各統2mm,左右各統Imm)。3.熱軋:對合金進行加熱，加熱溫度為950°C，保溫時間為2h，熱軋總加工率為70%。4.固溶處理:鑄錠在加熱爐中進行固溶處理，固溶溫度為980°C，保溫時間為3h，冷卻方式為水冷。5.一次冷軋:將經過固溶處理的合金板材進行70%的變形處理。6.一次時效:將冷軋后的板材裝入熱處理爐中，進行時效處理，溫度為450°C，保溫時間3h，冷卻方式為隨爐冷卻。7.二次冷軋:將一次時效后的板材進行二次冷軋，冷軋加工率控制在60%。8.二次時效:二次冷軋后的板材進行時效處理，時效溫度為360°C，保溫時間為2h，冷卻方式為空冷。經過以上熔煉、銑面、熱軋、固溶、一次冷軋、一次時效、二次冷軋、二次時效處理等加工處理后，其性能見表2中的實施例6。實施例7本發明的合金采用以下原料熔煉:電解銅、純鎳、鈷粉、純硅。合金的成分見表I的實施例7。1.熔煉:采用非真空感應電爐進行熔煉。合金的加入順序為:先加入Cu，熔化后，再加入N1、Si，加覆蓋劑(木炭)保溫5 lOmin，經充分除氣、除雜后，再覆蓋IOmm左右厚的灼燒木炭。后加入鈷粉(用銅箔包覆)，熔煉的溫度為1300°C，保溫IOmin后靜置5 IOmin后出爐澆鑄，澆鑄溫度為1100°C。2.銑面:對合金進行銑面(上下表面各銑2_，左右各銑Imm)。3.熱軋:對合金進行加熱，加熱溫度為1000°C，保溫時間為2h，熱軋總加工率為70%。4.固溶處理:鑄錠在加熱爐中進行固溶處理，固溶溫度為1050°C，保溫時間為lh，冷卻方式為水冷。5.一次冷軋:將經過固溶處理的合金板材進行60%的變形處理。6.一次時效:將冷軋后的板材裝入熱處理爐中，進行時效處理，溫度為470°C，保溫時間2h，冷卻方式為隨爐冷卻。7.二次冷軋:將一次時效后的板材進行二次冷軋，冷軋加工率控制在70%。
8.二次時效:二次冷軋后的板材進行時效處理，時效溫度為380°C，保溫時間為
1.5h，冷卻方式為空冷。
經過以上熔煉、銑面、熱軋、固溶、一次冷軋、一次時效、二次冷軋、二次時效處理等加工處理后，其性能見表2中的實施例7。實施例8本發明的合金采用以下原料熔煉:電解銅、純鎳、鈷粉、純硅。合金的成分見表I的實施例8。1.熔煉:采用非真空感應電爐進行熔煉。合金的加入順序為:先加入Cu，熔化后，再加入N1、Si，加覆蓋劑(木炭)保溫5 lOmin，經充分除氣、除雜后，再覆蓋IOmm左右厚的灼燒木炭。后加入鈷粉(用銅箔包覆)，熔煉的溫度為1250°C，保溫IOmin后靜置5 IOmin后出爐澆鑄，澆鑄溫度為1120°C。2.銑面:對合金進行銑面(上下表面各銑2mm，左右各銑Imm)。3.熱軋:對合金進行加熱，加熱溫度為950°C，保溫時間為2.5h，熱軋總加工率為70%。4.固溶處理:鑄錠在加熱爐中進行固溶處理，固溶溫度為1050°C，保溫時間為2h，冷卻方式為水冷。5.一次冷軋:將經過固溶處理的合金板材進行50%的變形處理。6.一次時效:將冷軋后的板材裝入熱處理爐中，進行時效處理，溫度為450°C，保溫時間2h，冷卻方式為隨爐冷卻。7.二次冷軋:將一次時效后的板材進行二次冷軋，冷軋加工率控制在70%。8.二次時效:二次冷軋后的板材進行時效處理，時效溫度為350°C，保溫時間為
1.5h，冷卻方式為空冷。經過以上熔煉、銑面、熱軋、固溶、一次冷軋、一次時效、二次冷軋、二次時效處理等加工處理后，其性能見表2中的實施例8。實施例9本發明的合金采用以下原料熔煉:電解銅、純鎳、鈷粉、純硅。合金的成分見表I的實施例9。1.熔煉:采用非真空感應電爐進行熔煉。合金的加入順序為:先加入Cu，熔化后，再加入N1、Si，加覆蓋劑(木炭)保溫5 lOmin，經充分除氣、除雜后，再覆蓋IOmm左右厚的灼燒木炭。后加入鈷粉(用銅箔包覆)，熔煉的溫度為1300°C，保溫IOmin后靜置5 IOmin后出爐澆鑄，澆鑄溫度為1170°C。2.銑面:對合金進行銑面(上下表面各銑2mm，左右各銑Imm)。3.熱軋:對合金進行加熱，加熱溫度為920°C，保溫時間為2h，熱軋總加工率為70%。4.固溶處理:鑄錠在加熱爐中進行固溶處理，固溶溫度為1020°C，保溫時間為lh，冷卻方式為水冷。5.一次冷軋:將經過固溶處理的合金板材進行40%的變形處理。6.一次時效:將冷軋后的板材裝入熱處理爐中，進行時效處理，溫度為480°C，保溫時間1.5h,冷卻方式為隨爐冷卻。7.二次冷軋:將一次時效后的板材進行二次冷軋，冷軋加工率控制在80%。8.二次時效:二次冷軋后的板材進行時效處理， 時效溫度為340°C，保溫時間為3h，冷卻方式為空冷。經過以上熔煉、銑面、熱軋、固溶、一次冷軋、一次時效、二次冷軋、二次時效處理等加工處理后，其性能見表2中的實施例9。實施例10本發明的合金采用以下原料熔煉:電解銅、純鎳、鈷粉、純硅。合金的成分見表I的實施例10。1.熔煉:采用非真空感應電爐進行熔煉。合金的加入順序為:先加入Cu，熔化后，再加入N1、Si，加覆蓋劑(木炭)保溫5 lOmin，經充分除氣、除雜后，再覆蓋IOmm左右厚的灼燒木炭。后加入鈷粉(用銅箔包覆)，熔煉的溫度為1270°C，保溫IOmin后靜置5 IOmin后出爐澆鑄，澆 鑄溫度為1120°C。2.銑面:對合金進行銑面(上下表面各銑2mm，左右各銑Imm)。3.熱軋:對合金進行加熱，加熱溫度為900°C，保溫時間為2.5h，熱軋總加工率為70%。4.固溶處理:鑄錠在加熱爐中進行固溶處理，固溶溫度為980°C，保溫時間為lh，冷卻方式為水冷。5.一次冷軋:將經過固溶處理的合金板材進行70%的變形處理。6.一次時效:將冷軋后的板材裝入熱處理爐中，進行時效處理，溫度為400°C，保溫時間3h，冷卻方式為隨爐冷卻。7.二次冷軋:將一次時效后的板材進行二次冷軋，冷軋加工率控制在50%。8.二次時效:二次冷軋后的板材進行時效處理，時效溫度為360°C，保溫時間為2h，冷卻方式為空冷。經過以上熔煉、銑面、熱軋、固溶、一次冷軋、一次時效、二次冷軋、二次時效處理等加工處理后，其性能見表2中的實施例10。實施例11本發明的合金采用以下原料熔煉:電解銅、純鎳、鈷粉、純硅。合金的成分見表I的實施例11。1.熔煉:采用非真空感應電爐進行熔煉。合金的加入順序為:先加入Cu，熔化后，再加入N1、Si，加覆蓋劑(木炭)保溫5 lOmin，經充分除氣、除雜后，再覆蓋IOmm左右厚的灼燒木炭。后加入鈷粉(用銅箔包覆)，熔煉的溫度為1290°C，保溫IOmin后靜置5 IOmin后出爐澆鑄，澆鑄溫度為1100°C。2.銑面:對合金進行銑面(上下表面各銑2_，左右各銑Imm)。3.熱軋:對合金進行加熱，加熱溫度為930°C，保溫時間為2h，熱軋總加工率為70%。4.固溶處理:鑄錠在加熱爐中進行固溶處理，固溶溫度為980°C，保溫時間為lh，冷卻方式為水冷。5.一次冷軋:將經過固溶處理的合金板材進行80%的變形處理。6.一次時效:將冷軋后的板材裝入熱處理爐中，進行時效處理，溫度為400°C，保溫時間2h，冷卻方式為隨爐冷卻。7.二次冷軋:將一次時效后的板材進行二次冷軋，冷軋加工率控制在50%。
8.二次時效:二次冷軋后的板材進行時效處理，時效溫度為320°C，保溫時間為2h，冷卻方式為空冷。經過以上熔煉、銑面、熱軋、固溶、一次冷軋、一次時效、二次冷軋、二次時效處理等加工處理后，其性能見表2中的實施例11。實施例12本發明的合金采用以下原料熔煉:電解銅、純鎳、鈷粉、純硅。合金的成分見表I的實施例12。1.熔煉:采用非真空感應電爐進行熔煉。合金的加入順序為:先加入Cu，熔化后，再加入N1、Si，加覆蓋劑(木炭)保溫5 lOmin，經充分除氣、除雜后，再覆蓋IOmm左右厚的灼燒木炭。后加入鈷粉(用銅箔包覆)，熔煉的溫度為1250°C，保溫IOmin后靜置5 IOmin后出爐澆鑄，澆鑄溫度為1200°C。2.銑面:對合金進行銑面(上下表面各銑2mm，左右各銑Imm)。3.熱軋:對合金進行加熱，加熱溫度為900°C，保溫時間為lh，熱軋總加工率為70%。4.固溶處理:鑄錠在加熱爐中進行固溶處理，固溶溫度為1000°C，保溫時間為lh，冷卻方式為水冷。5.一次冷軋:將經過固溶處理的合金板材進行60%的變形處理。6.一次時效:將冷軋后的板材裝入熱處理爐中，進行時效處理，溫度為450°C，保溫時間4h，冷卻方式為隨爐冷卻。7.二次冷軋:將一次時效后的板材進行二次冷軋，冷軋加工率控制在60%。8.二次時效:二次冷軋后的板材進行時效處理，時效溫度為350°C，保溫時間為
1.5h，冷卻方式為空冷。經過以上熔煉、銑面、熱軋、固溶、一次冷軋、一次時效、二次冷軋、二次時效處理等加工處理后，其性能見表2中的實施例12。實施例13本發明的合金采用以下原料熔煉:電解銅、純鎳、鈷粉、純硅。合金的成分見表I的實施例13。1.熔煉:采用非真空感應電爐進行熔煉。合金的加入順序為:先加入Cu，熔化后，再加入N1、Si，加覆蓋劑(木炭)保溫5 lOmin，經充分除氣、除雜后，再覆蓋IOmm左右厚的灼燒木炭。后加入鈷粉(用銅箔包覆)，熔煉的溫度為1280°C，保溫IOmin后靜置5 IOmin后出爐澆鑄，澆鑄溫度為1120°C。2.統面:對合金進行統面(上下表面各統2mm,左右各統Imm)。3.熱軋:對合金進行加熱，加熱溫度為950°C，保溫時間為2h，熱軋總加工率為70%。4.固溶處理:鑄錠在加熱爐中進行固溶處理，固溶溫度為1000°C，保溫時間為lh，冷卻方式為水冷。5.一次冷軋:將經過固溶處理的合金板材進行60%的變形處理。6.一次時效:將冷軋后的板材裝入熱處理爐中，進行時效處理，溫度為450°C，保溫時間2h，冷卻方式為隨爐冷卻。
7.二次冷軋:將一次時效后的板材進行二次冷軋，冷軋加工率控制在60%。8.二次時效:二次冷軋后的板材進行時效處理，時效溫度為350°C，保溫時間為2h，冷卻方式為空冷。經過以上熔煉、銑面、熱軋、固溶、一次冷軋、一次時效、二次冷軋、二次時效處理等加工處理后，其性能見表2中的實施例13。實施例14本發明的合金采用以下原料熔煉:電解銅、純鎳、鈷粉、純硅、純錫和銅-銀中間合金。合金的成分見表I的實施例14。1.熔煉:采用非真空感應電爐進行熔煉。合金的加入順序為:先加入Cu，熔化后，再加入N1、S1、純錫和銅-銀中間合金，加覆蓋劑(木炭)保溫5 lOmin，經充分除氣、除雜后，再覆蓋IOmm左右厚的灼燒木炭。后加入鈷粉(用銅箔包覆)，熔煉的溫度為1250°C，保溫IOmin后靜置5 IOmin后出爐澆鑄，澆鑄溫度為1200°C。2.銑面:對合金進行銑面(上下表面各銑2mm，左右各銑Imm)。3.熱軋:對合金進行加熱，加熱溫度為930°C，保溫時間為lh，熱軋總加工率為70%。4.固溶處理:鑄錠在加熱爐中進行固溶處理，固溶溫度為1010°C，保溫時間為lh，冷卻方式為水冷。5.一次冷軋:將經過固溶處理的合金板材進行70%的變形處理。6.一次時效:將 冷軋后的板材裝入熱處理爐中，進行時效處理，溫度為460°C，保溫時間3h，冷卻方式為隨爐冷卻。7.二次冷軋:將一次時效后的板材進行二次冷軋，冷軋加工率控制在60%。8.二次時效:二次冷軋后的板材進行時效處理，時效溫度為340°C，保溫時間為4h，冷卻方式為空冷。 經過以上熔煉、銑面、熱軋、固溶、一次冷軋、一次時效、二次冷軋、二次時效處理等加工處理后，其性能見表2中的實施例14。實施例15本發明的合金采用以下原料熔煉:電解銅、純鎳、鈷粉、純硅、純錫、銅-磷中間合金。合金的成分見表I的實施例15。1.熔煉:采用非真空感應電爐進行熔煉。合金的加入順序為:先加入Cu，熔化后，加覆蓋劑(木炭)保溫5 lOmin，加純鎳、硅、純錫、銅-磷中間合金，經充分除氣、除雜后，再覆蓋IOmm左右厚的灼燒木炭。最后加入鈷粉(用銅箔包覆)，熔煉的溫度為1260°C，保溫IOmin后靜置5 IOmin后出爐澆鑄，澆鑄溫度為1200°C。2.銑面:對合金進行銑面(上下表面各銑2mm，左右各銑Imm)。3.熱軋:對合金進行加熱，加熱溫度為900°C，保溫時間為lh。熱軋總加工率為80%。4.固溶處理:鑄錠在加熱爐中進行固溶處理，固溶溫度為1000°C，保溫時間為
0.5h,冷卻方式為水冷。5.一次冷軋:將經過固溶處理的合金板材進行70%的變形處理。6.一次時效:將冷軋后的板材裝入熱處理爐中，進行時效處理，溫度為460°C，保溫時間4h，冷卻方式為隨爐冷卻。7.二次冷軋:將一次時效后的板材進行二次冷軋，冷軋加工率控制在60%。8.二次時效:二次冷軋后的板材進行時效處理，時效溫度為350°C，保溫時間為
2.5h，冷卻方式為空冷。經過以上熔煉、銑面、熱軋、固溶、一次冷軋、一次時效、二次冷軋、二次時效處理等加工處理后，其性能見表2中的實施例15。實施例16本發明的合金采用以下原料熔煉:電解銅、純鎳、鈷粉、純硅、銅-鉻中間合金和銅-錯中間合金。合金的成分見表I的實施例16。

1.熔煉:采用非真空感應電爐進行熔煉。合金的加入順序為:先加入Cu，熔化后，加覆蓋劑(木炭)保溫5 IOmin,加純鎳、娃、銅-鉻中間合金和銅_錯中間合金，經充分除氣、除雜后，再覆蓋IOmm左右厚的灼燒木炭。最后加入鈷粉(用銅箔包覆)，熔煉的溫度為1280°C，保溫IOmin后靜置5 IOmin后出爐澆鑄，澆鑄溫度為1150°C。2.統面:對合金進行統面(上下表面各統2mm,左右各統Imm)。3.熱軋:對合金進行加熱，加熱溫度為980°C，保溫時間為2h。熱軋總加工率為70%。4.固溶處理:鑄錠在加熱爐中進行固溶處理，固溶溫度為990°C，保溫時間為5h，冷卻方式為水冷。5.一次冷軋:將經過固溶處理的合金板材進行70%的變形處理。6.一次時效:將冷軋后的板材裝入熱處理爐中，進行時效處理，溫度為550°C，保溫時間2h，冷卻方式為隨爐冷卻。7.二次冷軋:將一次時效后的板材進行二次冷軋，冷軋加工率控制在50%。8.二次時效:二次冷軋后的板材進行時效處理，時效溫度為400°C，保溫時間為2h，冷卻方式為空冷。經過以上熔煉、銑面、熱軋、固溶、一次冷軋、一次時效、二次冷軋、二次時效處理等加工處理后，其性能見表2中的實施例16。實施例17本發明的合金采用以下原料熔煉:電解銅、純鎳、鈷粉、純硅、純錫、銅-鉻中間合金和銅-磷中間合金。合金的成分見表I的實施例17。1.熔煉:采用非真空感應電爐進行熔煉。合金的加入順序為:先加入Cu，熔化后，加覆蓋劑(木炭)保溫5 lOmin，加純鎳、硅、錫、銅-鉻中間合金和銅-磷中間合金，經充分除氣、除雜后，再覆蓋IOmm左右厚的灼燒木炭。最后加入鈷粉(用銅箔包覆)，熔煉的溫度為1250°C，保溫IOmin后靜置5 IOmin后出爐澆鑄，澆鑄溫度為1160°C。2.銑面:對合金進行銑面(上下表面各銑2_，左右各銑Imm)。3.熱軋:對合金進行加熱，加熱溫度為950°C，保溫時間為2h。熱軋總加工率為75%。4.固溶處理:鑄錠在加熱爐中進行固溶處理，固溶溫度為1030°C，保溫時間為2h，冷卻方式為水冷。5.一次冷軋:將經過固溶處理的合金板材進行50%的變形處理。
6.一次時效:將冷軋后的板材裝入熱處理爐中，進行時效處理，溫度為480°C，保溫時間2.5h,冷卻方式為隨爐冷卻。7.二次冷軋:將一次時效后的板材進行二次冷軋，冷軋加工率控制在50%。8.二次時效:二次冷軋后的板材進行時效處理，時效溫度為400°C，保溫時間為2.5h，冷卻方式為空冷。經過以上熔煉、銑面、熱軋、固溶、一次冷軋、一次時效、二次冷軋、二次時效處理等加工處理后，其性能見表2中的實施例17。實施例18本發明的合金采用以下原料熔煉:電解銅、純鎳、鈷粉、純硅、銅-銀中間合金、銅-鉻中間合金和銅-磷中間合金。合金的成分見表I的實施例18。1.熔煉:采用非真空感應電爐進行熔煉。合金的加入順序為:先加入Cu，熔化后，加覆蓋劑(木炭)保溫5 IOmin,純鎳、娃、銅-銀中間合金、銅-鉻中間合金和銅-磷中間合金，經充分除氣、除雜后，再覆蓋IOmm左右厚的灼燒木炭。最后加入鈷粉(用銅箔包覆)，熔煉的溫度為1300°C，保溫IOmin后靜置5 IOmin后出爐澆鑄，澆鑄溫度為1180°C。2.銑面:對合金進行銑面(上下表面各銑2mm，左右各銑Imm)。3.熱軋:對合金進行加熱，加熱溫度為950°C，保溫時間為3h。熱軋總加工率為75%。4.固溶處理:鑄錠在加熱爐中進行固溶處理，固溶溫度為1020°C，保溫時間為4h，冷卻方式為水冷。

5.一次冷軋:將經過固溶處理的合金板材進行70%的變形處理。6.一次時效:將冷軋后的板材裝入熱處理爐中，進行時效處理，溫度為520°C，保溫時間3h，冷卻方式為隨爐冷卻。7.二次冷軋:將一次時效后的板材進行二次冷軋，冷軋加工率控制在70%。8.二次時效:二次冷軋后的板材進行時效處理，時效溫度為450°C，保溫時間為lh，冷卻方式為空冷。經過以上熔煉、銑面、熱軋、固溶、一次冷軋、一次時效、二次冷軋、二次時效處理等加工處理后，其性能見表2中的實施例18。實施例19本發明的合金采用以下原料熔煉:電解銅、純鎳、鈷粉、純硅、純錫、銅-鉻中間合金、銅-磷中間合金和銅-錯中間合金。合金的成分見表I的實施例19。1.熔煉:采用非真空感應電爐進行熔煉。合金的加入順序為:先加入Cu，熔化后，加覆蓋劑(木炭)保溫5 IOmin,純鎳、娃、錫、銅-鉻中間合金、銅-磷中間合金和銅-錯中間合金，經充分除氣、除雜后，再覆蓋IOmm左右厚的灼燒木炭。最后加入鈷粉(用銅箔包覆)，熔煉的溫度為1280°C，保溫IOmin后靜置5 IOmin后出爐澆鑄，澆鑄溫度為1200°C。2.銑面:對合金進行銑面(上下表面各銑2mm，左右各銑Imm)。3.熱軋:對合金進行加熱，加熱溫度為910°C，保溫時間為2h。熱軋總加工率為75%。4.固溶處理:鑄錠在加熱爐中進行固溶處理，固溶溫度為1000°C，保溫時間為3h，冷卻方式為水冷。
5.一次冷軋:將經過固溶處理的合金板材進行70%的變形處理。6.一次時效:將冷軋后的板材裝入熱處理爐中，進行時效處理，溫度為520°C，保溫時間3h，冷卻方式為隨爐冷卻。7.二次冷軋:將一次時效后的板材進行二次冷軋，冷軋加工率控制在70%。8.二次時效:二次冷軋后的板材進行時效處理，時效溫度為400°C，保溫時間為
2.5h，冷卻方式為空冷。經過以上熔煉、銑面、熱軋、固溶、一次冷軋、一次時效、二次冷軋、二次時效處理等加工處理后，其性能見表2中的實施例19。實施例20 本發明的合金采用以下原料熔煉:電解銅、純鎳、鈷粉、純硅、純錫、銅-銀中間合金、銅-鉻中間合金和銅-鋯中間合金。合金的成分見表I的實施例20。1.熔煉:采用非真空感應電爐進行熔煉。合金的加入順序為:先加入Cu，熔化后，加覆蓋劑(木炭)保溫5 lOmin，純鎳、硅、錫、銅-銀中間合金、銅-鉻中間合金和銅-鋯中間合金，經充分除氣、除雜后，再覆蓋IOmm左右厚的灼燒木炭。最后加入鈷粉(用銅箔包覆)，熔煉的溫度為1250°C，保溫IOmin后靜置5 IOmin后出爐澆鑄，澆鑄溫度為1180°C。2.銑面:對合金進行銑面(上下表面各銑2mm，左右各銑Imm)。3.熱軋:對合金進行加熱，加熱溫度為960°C，保溫時間為3h。熱軋總加工率為75%。4.固溶處理:鑄錠在加熱爐中進行固溶處理，固溶溫度為1020°C，保溫時間為lh，冷卻方式為水冷。5.一次冷軋:將經過固溶處理的合金板材進行50%的變形處理。6.一次時效:將冷軋后的板材裝入熱處理爐中，進行時效處理，溫度為480°C，保溫時間2.5h,冷卻方式為隨爐冷卻。7.二次冷軋:將一次時效后的板材進行二次冷軋，冷軋加工率控制在50%。8.二次時效:二次冷軋后的板材進行時效處理，時效溫度為350°C，保溫時間為
3.5h，冷卻方式為空冷。經過以上熔煉、銑面、熱軋、固溶、一次冷軋、一次時效、二次冷軋、二次時效處理等加工處理后，其性能見表2中的實施例20。本發明實施例1-20的高強高彈抗應力松弛無鈹銅合金的抗拉強度σ b在790 891MPa之間，塑性延伸率δ在6 9%之間，電導率在40 48% IACS之間。這些銅合金具有高彈性、高強度、高疲勞性、耐熱性好，同時兼備了良好的導電性的優點，可以廣泛的應用于各種彈性簧片、電觸點、點焊極點、防爆工具、電接觸元器件、接插元器件等場合。表I實施例1-20的合金成分配方(wt % )注“”標記為未添加合金量。
權利要求
1.一種高強高彈抗應力松弛無鈹銅合金，其特征在于，按照重量百分比，其組成包括:Ni 0.7% 1.7%，Si 0.4% 0.8%，Co 0.8% 2.0%，其余為Cu，所述銅合金的成分滿足:(a) 3.4 ≤(Ni+Co) /Si ^ 6.5 ； (b) 1.0 % ^ Ni+Co ^ 3.5% ; (c) 0.4 彡 Ni/Co ^ 1.3% ；(d)2.0%^ Ni+Co+Si ^ 3.6% ； (e) 1.0%^ Ni/Si ( 3.6。
2.根據權利要求1所述的高強高彈抗應力松弛無鈹銅合金，其特征在于:按照重量百分比，其組成包括:Ni 0.8% 1.5%，Si 0.5% 0.7%，Co 1.0 % 1.8 %，其余為Cu，所述銅合金的成分滿足:(a) 3.5 ( (Ni+Co)/Si ^ 5.0 ； (b) 1.7 % ^ Ni+Co ^ 3.0 % ；(c)0.5 ( Ni/Co ^ 1.2% ； (d)2.5%^ Ni+Co+Si ^ 3.6% ； (e) 1.2%^ Ni/Si ( 3.6。
3.根據權利要求1、2所述的高強高彈抗應力松弛無鈹銅合金，其特征在于:所述銅合金中還包含選自Ag、Sn、Cr、P和Zr中的至少一種元素，其重量含量為Ag 0.01% 0.1%，Sn 0.1% 0.5% ,Cr 0.1% 0.5%，P 0.01 % 0.5 %，Zr 0.1 0.5 %，總量滿足0.01%^ Ag+Sn+Cr+P+Zr ≤ 0.5%。
4.權利要求1 3所述的高強高彈抗應力松弛無鈹銅合金的制備和加工方法，包括以下步驟:a.按照質量百分比進行配料、投料、熔煉及澆鑄，b.銑面，c.熱軋，d.固溶處理，e.一次冷軋，f.一次時效，g.二次冷軋，h.二次時效。
5.根據權利要求4所述的高強高彈抗應力松弛無鈹銅合金的制備和加工方法，其特征在于:所述投料的具體順序為:先加入銅，熔化后，再加入鎳、硅，最后加入鈷粉。
6.根據權利要求5所述的高強高彈抗應力松弛無鈹銅合金的制備和加工方法，其特征在于:所述投料時還加入銀、錫、鉻、磷和/或鋯，所述的銀、鉻、磷和/或鋯分別以CuAg中間合金、CuCr中間合金、CuP中間合金和/或CuZr中間合金的形式加入。
7.根據權利要求4所述的高強高彈抗應力松弛無鈹銅合金的制備和加工方法，其特征在于:所述熔煉的溫度為1150 1300°C，所述澆鑄的溫度控制在1100 1200°C。
8.根據權利要求4所述的高強高彈抗應力松弛無鈹銅合金的制備和加工方法，其特征在于:所述熱軋的溫度為800 1000°C，時間為I 10h。
9.根據權利要求4所述的高強高彈抗應力松弛無鈹銅合金的制備和加工方法，其特征在于:所述的固溶處理的溫度為850 1100°C，時間為0.5 5h。
10.根據權利要求4所述的高強高彈抗應力松弛無鈹銅合金的制備和加工方法，其特征在于:所述一次時效的溫度為400 550°C,時間為I IOh,冷卻方式為空冷或隨爐冷卻；所述二次時效的溫度為320 450°C，時間為I 10h，冷卻方式為空冷或隨爐冷卻。
全文摘要
本發明涉及一種高強高彈抗應力松弛無鈹銅合金及其制備和加工方法，屬于有色金屬加工領域。按照重量百分比，合金組成包括Ni 0.7％～1.7％，Si 0.4％～0.8％，Co 0.8％～2.0％，其余為Cu，所述銅合金的成分滿足(a)3.4≤(Ni+Co)/Si≤6.5；(b)1.0％≤Ni+Co≤3.5％；(c)0.4≤Ni/Co≤1.3％；(d)2.0％≤Ni+Co+Si≤3.6％；(e)1.0％≤Ni/Si≤3.6。本發明銅合金具有高彈性、高強度、高疲勞性、耐熱性好，同時兼備了良好的導電性的優點，可以廣泛的應用于各種彈性簧片、電觸點、點焊極點、防爆工具、電接觸元器件、接插元器件等場合。
文檔編號C22C1/02GK103173649SQ201110432448
公開日2013年6月26日 申請日期2011年12月21日 優先權日2011年12月21日
發明者肖翔鵬, 程磊, 黃國杰, 米緒軍 申請人:北京有色金屬研究總院