一種銅合金線材及其製備方法與流程
2023-05-29 07:35:51
本發明涉及合金線材製造技術領域，尤其是涉及一種銅合金線材及其製備方法。
背景技術：
由於銅合金具有較多優良的性能，因而在國民經濟的有著廣泛的的用途，如機械、電子、汽車、電力、通信、交通和輕工部門銅線材的消費量都很大。銅合金線材按照合金牌號分為黃銅線、青銅線和白銅線。近年來，銅合金線的合金品種增加很快，青銅、白銅和特殊合金線的利用空間遠高於普通的黃銅線，已成為線材發展的熱點。銅合金線的主要品種有條帽鉛黃銅線、接插線用青銅線、原子筆芯線、鏡架線、保護氣體焊絲、銅磷焊絲和銅銀焊絲等，廣泛應用於it產業、汽車、機械、電氣、服裝、裝飾、五金、航空航天等諸多領域。
目前世界上銅合金線材市場需求的增長速度，高於板帶、管棒等銅材品種。銅合金線材佔銅線材比例為5-6%，佔銅加工材的比例為2-3%。
以往，我國作為輸電線用的電線主要成分是銅。現在輸電線路上用的普通鋼芯銅導線、銅包鋼芯導線、耐熱銅導線和高強銅導線等等。但現有的銅合金線材存在導電率不高、強度不高、不耐熱、不同環境中導電率差異大、線耗高等一系列問題。為了改善此現象，研發出一種高強度高導電率性能優良銅合金線材刻不容緩，不僅能減少對能源的消耗，還能降低生產成本，對推動國民經濟的發展具有重大意義。
技術實現要素：
本發明的目的是針對現有技術的問題，提供一種銅合金線材及其製備方法，該種銅合金線材強度高、導電性優良、抗腐蝕性強，經久耐用。
為了達到上述目的，本發明通過以下技術方案來實現的：
一種銅合金線材，由以下重量百分數的成分組成：矽0.8-1.2%、鎂0.8-1.0%、鋅0.6-0.8%、鉀0.3-0.7%、鉻0.4-0.5%、錳0.3-0.4%、釔0.28-0.32%、鈧0.17-0.21%、釤0.11-0.13%、鉭0.10-0.12%、鈷0.09-0.11%、銥0.07-0.09%、鋯0.08-0.1%、鉑0.06-0.1%，剩餘量為銅和不可避免的非金屬雜質。
進一步地，所述銅合金線材由以下重量百分數的成分組成：矽1.0%、鎂0.9%、鋅0.7%、鉀0.5%、鉻0.45%、錳0.35%、釔0.3%、鈧0.19%、釤0.12%、鉭0.11%、鈷0.1%、銥0.08%、鋯0.09%、鉑0.08%，剩餘量為銅和不可避免的非金屬雜質，且所述非金屬雜質所含重量百分數≤0.05%。
本發明的一種銅合金線材的製備方法，按照以下步驟進行：
（1）將上述原料成份分ⅰ、ⅱ、ⅲ階段置於充滿稀有氣體的熔煉爐中進行熔煉合金；
ⅰ階段：將所述銅、鋅、鎂、鉻置於所述熔煉爐熔煉合金，熔煉溫度為760-840℃，熔煉時間為30-40min；
ⅱ階段：再將矽、鉀、錳置於所述熔煉爐中熔煉合金，熔煉溫度為720-800℃，熔煉時間為40-60min；
ⅲ階段：最後將所述釔、鈧、釤、鉭、鈷、銥、鋯、鉑置於所述熔煉爐中熔煉合金，熔煉溫度為720-780℃，熔煉時間為1-2h；
（2）待熔煉結束充分攪拌至熔清，靜置1-2h後進行扒渣，得銅合金熔煉液；
（3）將所述銅合金熔煉液用精煉劑進行精煉，得銅合金精煉液；
（4）將所述銅合金精煉液澆鑄成直徑為75-95mm的銅合金棒材；
（5）鑄造後對所述銅合金棒材進行均勻化退火處理；
（6）將均勻化退火處理後的所述銅合金棒材放入擠壓機中進行擠壓處理，製得線材毛料；
（7）將製得的線材毛料在溫度為380-460℃條件下保溫1-2小時，再以≤25℃/h的降溫速度冷卻至260℃以下，然後在氬氣的保護下，出爐空冷至室溫，之後進行毛料的第一次拉拔，拉伸直徑為6-10mm，再將第一次拉拔的線材進行中間退火處理，退火溫度為360-440℃，保溫時間為1-2小時，再以≤25℃/h的降溫速度冷卻至240℃以下，然後在氬氣的保護下，出爐空冷至室溫，再將線材進行第二次拉伸，拉伸至直徑為1-3mm；
（8）最後通過對兩次拉拔後的銅合金線材進行清洗、剪切、矯直、檢驗以及包裝，便製得本發明的銅合金線材成品。
優選地，所述稀有氣體為氮氣或者氬氣。
優選地，所述精煉劑為螢石、碳酸鈣和冰晶石的混合物。
作為本發明的進一步的優化方案，所述精煉溫度為780-860℃，精煉時間為20-30min。
作為本發明的進一步的優化方案，所述澆鑄溫度為720-780℃、鑄造速度為90-120mm/min、冷卻水溫度為15-25℃、冷卻水強度為0.11-0.13mpa。
作為本發明的進一步的優化方案，所述均勻化退火處理的溫度設定為420-480℃，保溫時間為1-2小時。
作為本發明的進一步的優化方案，所述擠壓處理的壓力為670-830mpa，溫度為380-460℃。
本發明的銅合金線材與現有的銅合金線材相比，具有更高強度和更優良導電性能，經科研部長期實驗測得其抗拉強度達到551mpa，導電率可達到85.3％iacs，其耐熱久性能可在260℃狀態下正常工作2年以上，且抗腐蝕性能強、經久耐用，並且其製備方法簡便，適宜推廣應用。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明作進一步說明。
實施例１
一、線材成分
一種銅合金線材，由以下重量百分數的成分組成：矽0.8%、鎂0.8%、鋅0.6%、鉀0.3%、鉻0.4%、錳0.3%、釔0.28%、鈧0.17%、釤0.11%、鉭0.10%、鈷0.09%、銥0.07%、鋯0.08%、鉑0.06%，剩餘量為銅和不可避免的非金屬雜質，且所述非金屬雜質所含重量百分數≤0.05%。
二、製備方法
按照以下步驟進行：
（1）將上述原料成份分ⅰ、ⅱ、ⅲ階段置於充滿氮氣的熔煉爐中進行熔煉合金；
ⅰ階段：將所述銅、鋅、鎂、鉻置於所述熔煉爐熔煉合金，熔煉溫度為760℃，熔煉時間為40min；
ⅱ階段：再將矽、鉀、錳置於所述熔煉爐中熔煉合金，熔煉溫度為720℃，熔煉時間為60min；
ⅲ階段：最後將所述釔、鈧、釤、鉭、鈷、銥、鋯、鉑置於所述熔煉爐中熔煉合金，熔煉溫度為720℃，熔煉時間為2h；
（2）待熔煉結束充分攪拌至熔清，靜置1h後進行扒渣，得銅合金熔煉液；
（3）將所述銅合金熔煉液用精煉劑進行精煉，得銅合金精煉液，其中，所述精煉劑為螢石、碳酸鈣和冰晶石的混合物，所述精煉溫度為780℃，精煉時間為30min；
（4）將所述銅合金精煉液澆鑄成直徑為75mm的銅合金棒材，其中，所述澆鑄溫度為720℃、鑄造速度為90mm/min、冷卻水溫度為15℃、冷卻水強度為0.11mpa；
（5）鑄造後對所述銅合金棒材進行均勻化退火處理，其中，所述均勻化退火處理的溫度設定為420℃，保溫時間為2小時；
（6）將均勻化退火處理後的所述銅合金棒材放入擠壓機中進行擠壓處理，製得線材毛料，其中，所述擠壓處理的壓力為670mpa，溫度為380℃；
（7）將製得的線材毛料在溫度為380℃條件下保溫2小時，再以≤25℃/h的降溫速度冷卻至260℃以下，然後在氬氣的保護下，出爐空冷至室溫，之後進行毛料的第一次拉拔，拉伸直徑為6mm，再將第一次拉拔的線材進行中間退火處理，退火溫度為360℃，保溫時間為2小時，再以≤25℃/h的降溫速度冷卻至240℃以下，然後在氬氣的保護下，出爐空冷至室溫，再將線材進行第二次拉伸，拉伸至直徑為1mm；
（8）最後通過對兩次拉拔後的銅合金線材進行清洗、剪切、矯直、檢驗以及包裝，便製得本發明的銅合金線材成品。
三、性能檢測：抗拉強度達到540mpa，導電率可達到82.8％iacs，其耐熱久性能可在260℃狀態下正常工作2年以上。
實施例2
一、線材成分
一種銅合金線材，由以下重量百分數的成分組成：矽1.0%、鎂0.9%、鋅0.7%、鉀0.5%、鉻0.45%、錳0.35%、釔0.3%、鈧0.19%、釤0.12%、鉭0.11%、鈷0.1%、銥0.08%、鋯0.09%、鉑0.08%，剩餘量為銅和不可避免的非金屬雜質，且所述非金屬雜質所含重量百分數≤0.05%。
二、製備方法
按照以下步驟進行：
（1）將上述原料成份分ⅰ、ⅱ、ⅲ階段置於充滿氬氣的熔煉爐中進行熔煉合金；
ⅰ階段：將所述銅、鋅、鎂、鉻置於所述熔煉爐熔煉合金，熔煉溫度為800℃，熔煉時間為35min；
ⅱ階段：再將矽、鉀、錳置於所述熔煉爐中熔煉合金，熔煉溫度為760℃，熔煉時間為50min；
ⅲ階段：最後將所述釔、鈧、釤、鉭、鈷、銥、鋯、鉑置於所述熔煉爐中熔煉合金，熔煉溫度為750℃，熔煉時間為1.5h；
（2）待熔煉結束充分攪拌至熔清，靜置1.5h後進行扒渣，得銅合金熔煉液；
（3）將所述銅合金熔煉液用精煉劑進行精煉，得銅合金精煉液，其中，所述精煉劑為螢石、碳酸鈣和冰晶石的混合物，所述精煉溫度為820℃，精煉時間為25min；
（4）將所述銅合金精煉液澆鑄成直徑為85mm的銅合金棒材，其中，所述澆鑄溫度為750℃、鑄造速度為110mm/min、冷卻水溫度為20℃、冷卻水強度為0.12mpa；
（5）鑄造後對所述銅合金棒材進行均勻化退火處理，其中，所述均勻化退火處理的溫度設定為450℃，保溫時間為1.5小時；
（6）將均勻化退火處理後的所述銅合金棒材放入擠壓機中進行擠壓處理，製得線材毛料，其中，所述擠壓處理的壓力為750mpa，溫度為420℃；
（7）將製得的線材毛料在溫度為420℃條件下保溫1.5小時，再以≤25℃/h的降溫速度冷卻至260℃以下，然後在氬氣的保護下，出爐空冷至室溫，之後進行毛料的第一次拉拔，拉伸直徑為8mm，再將第一次拉拔的線材進行中間退火處理，退火溫度為400℃，保溫時間為1.5小時，再以≤25℃/h的降溫速度冷卻至240℃以下，然後在氬氣的保護下，出爐空冷至室溫，再將線材進行第二次拉伸，拉伸至直徑為2mm；
（8）最後通過對兩次拉拔後的銅合金線材進行清洗、剪切、矯直、檢驗以及包裝，便製得本發明的銅合金線材成品。
三、性能檢測：抗拉強度達到551mpa，導電率可達到85.3％iacs，其耐熱久性能可在260℃狀態下正常工作2年以上。
實施例3
一、線材成分
一種銅合金線材，由以下重量百分數的成分組成：矽1.2%、鎂1.0%、鋅0.8%、鉀0.7%、鉻0.5%、錳0.4%、釔0.32%、鈧0.21%、釤0.13%、鉭0.12%、鈷0.11%、銥0.09%、鋯0.1%、鉑0.1%，剩餘量為銅和不可避免的非金屬雜質，且所述非金屬雜質所含重量百分數≤0.05%。
二、製備方法
按照以下步驟進行：
（1）將上述原料成份分ⅰ、ⅱ、ⅲ階段置於充滿氬氣的熔煉爐中進行熔煉合金；
ⅰ階段：將所述銅、鋅、鎂、鉻置於所述熔煉爐熔煉合金，熔煉溫度為840℃，熔煉時間為30min；
ⅱ階段：再將矽、鉀、錳置於所述熔煉爐中熔煉合金，熔煉溫度為800℃，熔煉時間為40min；
ⅲ階段：最後將所述釔、鈧、釤、鉭、鈷、銥、鋯、鉑置於所述熔煉爐中熔煉合金，熔煉溫度為780℃，熔煉時間為1h；
（2）待熔煉結束充分攪拌至熔清，靜置2h後進行扒渣，得銅合金熔煉液；
（3）將所述銅合金熔煉液用精煉劑進行精煉，得銅合金精煉液，其中，所述精煉劑為螢石、碳酸鈣和冰晶石的混合物，所述精煉溫度為860℃，精煉時間為20min；
（4）將所述銅合金精煉液澆鑄成直徑為95mm的銅合金棒材，其中，所述澆鑄溫度為780℃、鑄造速度為120mm/min、冷卻水溫度為25℃、冷卻水強度為0.13mpa；
（5）鑄造後對所述銅合金棒材進行均勻化退火處理，其中，所述均勻化退火處理的溫度設定為480℃，保溫時間為1小時；
（6）將均勻化退火處理後的所述銅合金棒材放入擠壓機中進行擠壓處理，製得線材毛料，其中，所述擠壓處理的壓力為830mpa，溫度為460℃；
（7）將製得的線材毛料在溫度為460℃條件下保溫1小時，再以≤25℃/h的降溫速度冷卻至260℃以下，然後在氬氣的保護下，出爐空冷至室溫，之後進行毛料的第一次拉拔，拉伸直徑為10mm，再將第一次拉拔的線材進行中間退火處理，退火溫度為440℃，保溫時間為1小時，再以≤25℃/h的降溫速度冷卻至240℃以下，然後在氬氣的保護下，出爐空冷至室溫，再將線材進行第二次拉伸，拉伸至直徑為3mm；
（8）最後通過對兩次拉拔後的銅合金線材進行清洗、剪切、矯直、檢驗以及包裝，便製得本發明的銅合金線材成品。
三、性能檢測：抗拉強度達到538mpa，導電率可達到64.1％iacs，其耐熱久性能可在260℃狀態下正常工作2年以上。
以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，對於本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。