一種高強度銅鈦合金及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及無鈹銅合金及其制備方法，特別是一種高強度銅鈦合金及其制備方法。
【背景技術】
[0002]鈹青銅是一種特殊青銅，是典型的沉淀硬化型高傳導、高彈性銅合金。這種合金具有良好的綜合性能，它除具有高的強度、彈性、硬度、耐磨性和抗疲勞等優點外，還具有優良的導電性、導熱性、耐腐蝕性、耐高低溫、無磁、沖擊時不產生火花等特性。用于精密儀器制造，各種零件，如軸承、齒輪、特殊的無火花工具的制造等，是各工業領域必不可少、不可替代的材料。鈹青銅具有良好的使用性能。但是其致命的缺點是鈹具有毒性。每一立方米的空氣中只要有一毫克鈹的粉塵，就會使人染上急性肺炎——鈹肺病。鈹的化合物的毒性更大，鈹的化合物會在動物的組織和血漿中形成可溶性的膠狀物質，進而與血紅蛋白發生化學反應，生成一種新的物質，從而使組織器官發生各種病變，在肺和骨骼中的鈹，還可能引發癌癥。在銅的加工和使用中其安全性是不容忽視的問題。另外，作為鈹銅的合金元素鈹的儲量很少，鈹在地殼中含量為0.001%。隨著資源的開采，其儲量日益稀缺，導致合金成本升高。
[0003]鈹銅在工業領域中的應用較廣，用量大。但是其環保性問題和資源的稀缺性問題是不容規避的。開發無鈹高強度銅合金可以適應市場的需要。無鈹高強度銅合金可以實現銅合金的安全使用，對于保護人體健康具有重要的意義。含有鈦的銅合金由于其中加入主強化元素為鈦，具有良好的環保特性。銅鈦合金通過固溶處理，得到作為溶質原子Ti的過飽和固溶他，然后通過時效處理第二相從銅基體中析出，從而使得銅得到強化。銅鈦合金與強度相近的高鈹銅合金相比，其力學綜合性能表現更好。
[0004]目前關于銅鈦合金的研究主要集中于二元銅鈦合金，時效強化相為CuTi金屬間化合物。由于銅鈦合金的時效析出是通過調幅分解來進行，因此析出物尺寸的細微化難以通過單純時效來實現。有研究者通過在其中加入適量的第三元素，如Ag、B、Co、Cr, Fe, Mg, Mn, Mo, Nb, Ni, P, Si, V，Zr等，參見:1) 一種新型高彈性低鈹銅合金及其制備方法,CN102719699A ；2) 一種銅鈦合金材料及其制備方法，CN104178658A ；3)彎曲性優異的銅合金及其制造方法，CN100558920c ；4)導電性優良的鈦銅及其制造方法，CN1534102A ；5)銅合金及其制造方法，CN1297674C ；6)高強度鈦銅板及其制造方法，CN102822362A ；7)高強度鈦銅合金及其制造方法與采用該合金的接插件，CN1266293C。其如此設計的考慮是通過第三元素促進CuTi金屬間化合物的析出，但是這要輔之以復雜的中間冷熱加工工藝的配合。有研究者在二元銅鈦合金中加入稀土，這只是改善了合金的晶粒度，但是對于時效過程沒有明顯的影響，參見:一種稀土鈦銅合金及其制造方法，CN101144128A。本發明提出通過加入第三元素，進行時效析出物的協同析出，從而改善析出物的尺寸。加入第三元素，改善合金的鑄造特性。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是克服現有現有上述已有技術的不足，提供一種高強度銅鈦合金。
[0006]本發明的技術方案:
一種高強度銅鈦合金，由銅、鈦和第三合金元素組成，其中鈦的質量百分比含量為0.2-5.0%，第三合金元素為Al、Sn和Zn中的一種或兩種以上任意比例的混合物，第三合金元素的質量百分比含量為0-3 %，銅為余量。
[0007]—種所述高強度銅鈦合金的制備方法，步驟如下:
1)先將Cu加入真空感應電爐進行熔煉，熔化溫度為1150-1350°C，然后依次加入鈦和第三合金元素，充分攪拌，澆鑄溫度為1100-1250°C，得到銅鈦合金鑄錠；
2)將上述銅鈦合金鑄錠進行銑面以去除表面鑄造缺陷；
3)將上述銑面后銅鈦合金鑄錠進行熱軋，加熱溫度為750-1000°C，保溫時間為l_2h，加工率為10-70%，得到銅鈦合金板；
4)將上述銅鈦合金板在560-1000°C溫度下進行固溶處理，保溫時間2h，冷卻方式為水冷;
5)將上述經固溶處理后的銅鈦合金板進行冷軋，變形處理量為10-50%；
6)將冷軋后的銅鈦合金板裝入熱處理爐中進行時效處理，時效溫度為300-480°C，保溫時間0.5-6h，得到高強度銅鈦合金。
[0008]所述銅鈦合金時效處理后的冷卻方式為空冷、水冷或冰鹽水冷卻；采用冰鹽水冷卻時鹽水濃度不高于3.5wt%，冰鹽水最低溫度為-10°C以上。
[0009]本發明的技術分析:
所添加第三金屬元素的作用是:Al可以和Ti形成TiAl金屬間化合物，TiAl金屬間化合物可以在凝固過程和后續的時效過程中析出，作為基體的強化相。同時弱化銅鈦合金的時效過程中調幅分解帶來的析出物尺寸不容易調控的缺點，簡化了銅鈦合金的冷熱加工工藝。Sn的加入可以改善銅合金基體的熔體流動性,改善合金的鑄造性能。改善合金的加工性能。Zn的加入可以提高銅合金基體的固溶強化效果。
[0010]本發明的優點是:其鈹銅相比，本發明銅鈦合金中添加的合金元素不具備毒性；與已發表的銅鈦合金相比，本發明銅鈦合金采用TiAl金屬間化合物作為協同增強析出相，提高的銅鈦合金第二相析出的強化效果；Sn的加入可以改善合金的鑄造和加工性能，Zn的加入可以提高基體的固溶強化效果；制得的銅鈦合金的抗拉強度為550-800Mpa，塑性延伸率為2-10%，可用于制備各種彈性簧片、防爆工具、接插元器件。
【具體實施方式】
[0011]以下通過實施例講述本發明的詳細過程，提供實施例是為了理解的方便，絕不是限制本發明。
[0012]實施例1:
一種高強度銅鈦合金，由銅、鈦和第三合金元素組成，其中鈦的質量百分比含量為
3.0%，第三合金元素為Al，其質量百分比含量為1.5%，銅為余量；制備方法步驟如下:
I)先將Cu加入真空感應電爐進行熔煉，熔化溫度為1250°C，熔化后加入鈦，充分攪拌，出爐前將Al用鐘罩壓入熔液，充分攪拌后進行澆鑄，澆鑄溫度為1200°C，得到銅鈦合金鑄錠；
2)將上述銅鈦合金鑄錠進行銑面以去除表面鑄造缺陷；
3)將上述銑面后銅鈦合金鑄錠進行熱軋，加熱溫度為950°C，保溫時間為lh，加工率為70%，得到銅鈦合金板；
4)將上述銅鈦合金板在880°C溫度下進行固溶處理，保溫時間2h，冷卻方式為水冷；
5)將上述經固溶處理后的銅鈦合金板進行冷軋，變形處理量為50%；
6)將冷軋后的銅鈦合金板裝入熱處理爐中進行時效處理，時效溫度為400°C，保溫時間lh，得到高強度銅鈦合金。
[0013] 實施例2:
一種高強度銅鈦合金，由銅、鈦和第三合金元素組成，其中鈦的質量百分比含量為4.0%,第三合金兀素為Sn、Al, Sn的質量百分比含量為0.5%, Al的質量百分比含量為，1.0%,銅為余量；制備方法步驟如下:
O先將Cu加入真空感應電爐進行熔煉，熔化溫度為1250°C，熔化后加入鈦，充分攪拌，出爐前將Al用鐘罩壓入熔液，充分攪拌后加入Sn，靜置1min后進行澆鑄，澆鑄溫度為1200°C，得到銅鈦合金鑄錠；
2)將上述銅鈦合金鑄錠進行銑面以去除表面鑄造缺陷；
3)將上述銑面后銅鈦合金鑄錠進行熱軋，加熱溫度為900°C，保溫時間為lh，加工率為70%，得到銅鈦合金板；
4)將上述銅鈦合金板在900°C溫度下進行固溶處理，保溫時間2h，冷卻方式為水冷；
5)將上述經固溶處理后的銅鈦合金板進行冷軋，變形處理量為50%；
6)將冷軋后的銅鈦合金板裝入熱處理爐中進行時效處理，時效溫度為420°C，保溫時間lh，冷卻方式為空冷，得到高強度銅鈦合金。
【主權項】
1.一種高強度銅鈦合金，其特征在于:由銅、鈦和第三合金元素組成，其中鈦的質量百分比含量為0.2-5.0%，第三合金元素為Al、Sn和Zn中的一種或兩種以上任意比例的混合物，第三合金元素的質量百分比含量為0-3 %，銅為余量。
2.一種如權利要求1所述高強度銅鈦合金的制備方法，其特征在于步驟如下: 1)先將Cu加入真空感應電爐進行熔煉，熔化溫度為1150-1350°C，然后依次加入鈦和第三合金元素，充分攪拌，澆鑄溫度為1100-1250°C，得到銅鈦合金鑄錠； 2)將上述銅鈦合金鑄錠進行銑面以去除表面鑄造缺陷； 3)將上述銑面后銅鈦合金鑄錠進行熱軋，加熱溫度為750-1000°C，保溫時間為l_2h，加工率為10-70%，得到銅鈦合金板； 4)將上述銅鈦合金板在560-1000°C溫度下進行固溶處理，保溫時間2h，冷卻方式為水冷; 5)將上述經固溶處理后的銅鈦合金板進行冷軋，變形處理量為10-50%； 6)將冷軋后的銅鈦合金板裝入熱處理爐中進行時效處理，時效溫度為300-480°C，保溫時間0.5-6h，得到高強度銅鈦合金。
3.根據權利要求2所述高強度銅鈦合金的制備方法，其特征在于:所述銅鈦合金時效處理后的冷卻方式為空冷、水冷或冰鹽水冷卻；采用冰鹽水冷卻時鹽水濃度不高于3.5wt%，冰鹽水最低溫度為-10°C以上。
【專利摘要】一種高強度銅鈦合金，由銅、鈦和第三合金元素組成，其中鈦的質量百分比含量為0.2-5.0%，第三合金元素為Al、Sn和Zn，其質量百分比含量為0-3%，銅為余量；制備方法是：先將Cu加入真空感應電爐進行熔煉，然后依次加入鈦和第三合金元素，澆鑄后得到銅鈦合金鑄錠；經銑面、熱軋得到銅鈦合金板；經固溶處理、冷軋和時效處理，得到高強度銅鈦合金。本發明的優點是：該高強度銅鈦合金采用TiAl金屬間化合物作為協同增強析出相，提高的銅鈦合金第二相析出的強化效果；制得的銅鈦合金的抗拉強度為550-800Mpa，塑性延伸率為2-10%，可用于制備各種彈性簧片、防爆工具、接插元器件。
【IPC分類】C22F1-08, C22C9-00, C22C1-02
【公開號】CN104674054
【申請號】CN201510108135
【發明人】姜訓勇, 李振華, 張楠, 柏楊, 王倩, 劉慶鎖
【申請人】天津理工大學
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年3月12日