CN106834794A

CN106834794A - 一种碲铍铜合金及其制备方法

Info

Publication number: CN106834794A
Application number: CN201710136978.4A
Authority: CN
Inventors: 韩坦; 朱戴博; 陈红
Original assignee: SUZHOU JINJIANG COPPER Co Ltd
Current assignee: SUZHOU JINJIANG COPPER Co Ltd
Priority date: 2017-03-09
Filing date: 2017-03-09
Publication date: 2017-06-13
Also published as: WO2018161380A1; CN108300890A

Abstract

本发明公开了一种碲铍铜合金，成分包括Be 0.2～2.1wt.％，Te 0.1～0.7wt.％，及其他总和≤4％wt的Co、Ni、Ti、稀土元素及杂质元素，其余为Cu；制备方法为a.按照重量百分比进行配料、投料、熔炼及铸造得到锭坯；b.将步骤a得到的锭坯依次通过均匀化热处理、热加工工艺、冷加工工艺及退火、固溶、时效热处理，制得碲铍铜合金。本发明通过在铍铜合金中添加碲，碲可以与铜基体形成Cu₂Te，其高温稳定性好，既保留了铍铜优秀的物理力学及耐腐蚀性能，又在环保的前提下极大地改善了材料的切削性能，还可以进行塑性能。

Description

一种碲铍铜合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种合金的制备方法，尤其是一种易切削碲铍铜合金及其制备方法。

背景技术

铍铜是以铍为基本合金元素的铜基合金材料，属于时效析出强化的铜基合金。材料经固溶和时效热处理后，具有高的强度、硬度和弹性极限，弹性滞后小，稳定性好，并且具有耐疲劳、耐腐蚀、耐磨、耐低温、无磁性、高导电导热性、冲击时不产生火花等一系列优良的综合性能，被誉为“有色弹性材料之王”，被广泛应用于电子、电气、通讯、仪器、仪表、电讯、轻工、机械、化工、煤炭等领域。铍铜材料分为两大类，第一类为含铍量1.6～2.1％的高强铍铜合金，如美国ASTM牌号C17200、C17300，第二类为含铍量为0.2～0.7％的高导电铍铜合金，如美国ASTM牌号C17500、C17510等。

随着电子元器件小型化的趋势，对用铍铜合金棒、线、管材料为原料进行车削加工的电子元器件的尺寸要求小微型化、尺寸精度要求到微米级，为控制尺寸精度，要求铍铜合金的车削加工时的车削力提出以下要求：

1、材料的车削力必须减少到不足以导致小微尺寸零件的变形。

2、材料的易车削能力能够满足高速自动机床车削速度的要求，提高车削效率。

基于满足以上两点的同时必须保证和提高铍铜的固有一系列优良的综合性能。

为提高铍铜合金车削加工性能，常用的方法是在铍铜合金中添加铅，但是存在以下弊端：

(1)含铅铜合金在生产和使用过程中会造成环境污染，在饮用水中的杂质及有机酸等的作用下含铅铜合金中的铅会缓慢析出，危害人体健康，这限制了含铅铍铜合金在家电、儿童玩具、电子元器件、汽车等零配件中的使用，欧盟对铅在铜合金中的含量的豁免规定正在逐步取消，但是目前尚无一种不含铅的优秀车削性能的铍铜合金来替代含铅铍铜合金的市场需求，本发明解决了这个问题。x

(2)铅既不固溶于铜，也不与铜形成金属间化合物，铅的熔点低(327℃)，含铅的铍铜合金易在热加工过程中容易造成铍铜合金开裂，因此含铅铍铜合金热加工性能较差；

近几年，有为改善铜合金切削加工性能而添加铋的文献报道，但是实际运用受到限制，原因是铋的添加对铜合金的塑性影响较大，在塑性加工过程中容易造成合金开裂，从而不能加工成型，铋的添加造成材料使用中的疲劳应力开裂及腐蚀开裂，因此铋元素一直是作为一种对铜合金性能严重危害的杂质元素而在冶炼和加工中进行严格的含量控制。

综上所述，研究出一种易于切削的铍铜合金是目前需要解决的重要问题之一。

发明内容

发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种易切削碲铍铜合金及其制备方法。

技术方案：为了实现以上目的，本发明提供一种碲铍铜合金，包括铍Be 0.2～2.1wt.％，碲Te 0.1～0.7wt.％，其他元素：钴Co、镍Ni、磷P、稀土元素及杂质元素，总和≤4wt.％，其余为Cu。

所述碲铍铜合金的制备方法为：

a.按照重量百分比进行配料、投料、熔炼及铸造得到锭坯；

熔炼过程中投料顺序依次为:阴极铜，铜-镍中间合金和(或)铜-钴中间合金和(或)稀土中间合金，铜铍中间合金，纯碲或铜碲中间合金，，熔炼的温度为1100～1300℃，至溶体溶化后，保温10-30min，经过除气、除杂工序后，静置5-20min，后进行非真空或真空浇铸或半连续或连续铸造；

b.将步骤a得到的锭坯依次进行：为实现成分均匀化目的的扩散退火、塑性热加工、塑性冷加工和退火、固溶、时效热处理工艺，加工制得碲铍铜合金的棒、线、管材料；

c.或者，将步骤a得到的锭坯依次进行：为实现成分均匀化目的的扩散退火、直接进行冷加工和退火、固溶、时效热处理工艺加工制得碲铍铜合金的棒、线、管材料。

步骤a所述的熔炼为采用真空或非真空感应电炉熔炼。

步骤b所述的塑性热加工工艺为挤压、轧制、锻造加工工艺。

步骤b所述的冷加工工艺为轧制、拉拔、旋锻加工工艺。

步骤c具体为将步骤a得到的锭坯在进行成分均匀化扩散退火后直接进行包括轧制、拉拔、旋锻加工工艺的冷加工，加工流程中加入退火、固溶、时效热处理工艺。

步骤a所述的熔炼，在真空熔炼条件下，可以一次性投料或分两次投料。

所述的分两次投料具体为第一次加入阴极铜、铜-镍中间合金和(或)铜-钴中间合金和(或)稀土中间合金等，第二次加铜铍中间合金和纯碲。

所添加元素的作用：

碲：可以与铜基体形成Cu₂Te；

(1)此种第二相弥散分布于晶间或晶内，这种第二相较软，且弥散分布于铜基体中，使得切屑易断，从而达到改善材料切削性能；

(2)Cu₂Te的高温稳定性好，熔点高(1140℃)，使得易切削碲铍铜合金可以进行如热挤压、热轧、热锻等热加工。

碲(Te)改善车削性能的旁例补充说明：

碲铜，一种碲(Te)与纯铜的合金材料，美国ASTM标准牌号为C14500，碲铜^[1](C14500)合金具有极好的易切削性能和优良的导电、导热性能，以及抗腐蚀性能；是高铜合金中切削性能最好的铜合金材料；而且冷热加工性能较好，可锻造、铸造、挤压拉制、冲制模压、镦煅。

其他元素的作用也可进一步补充说明：其他元素的作用Co、Ni、Ti、稀土元素的含量及作用是常规的铍铜合金添加范围，是为了保持因为加入碲元素提高的车削性能、抗高温软化性能、塑性热加工性能之外的其他基本性能的物理、机械性能的而加入的。具体来说Co、Ni、Ti作用是细化晶粒、阻碍加热过程中的晶粒长大、延缓固溶体分解、抑制晶界反应、减少硬脆γ₁相、提高时效硬化效果。以镧、铈、镨为主的稀土元素的作用是多方面的，对提高抗氧化性、提高导电率、细化晶粒和提高机械性能指标有益。以上各元素累计及铅、硫、铋、硅等杂质元素的重量总和≤4wt.％，

有益效果：

本发明提供的一种碲铍铜合金及其制备方法，具备以下优点：

1、易于切削：碲的添加可以与铜基体形成Cu₂Te，这种第二相较软，且弥散分布于铜基体中，使得切屑易断，从而达到改善材料切削性能；以易车削黄铜HPb62-3(美国C36000)的车削指数为100，碲铍铜的易车削等级可以达到65-85，普通铍铜的车削等级为12-25。

易车削等级检测方法是依据《易切削铜合金棒》GB-T 26306-2010的附录A(资料性附录车削性检测方法),以下同。

2、塑性热加工稳定性好：碲与铜形成Cu₂Te，的高温稳定性好，熔点高(1140℃)，使得易切削碲铍铜合金可以进行如热挤压、热轧、热锻等热加工；

含铅的铍铜合金易在热加工过程中容易造成铍铜合金开裂，因此含铅铍铜合金热加工性能较差；

3、提高高温软化温度点，本发明的碲铍合金比了传统高铍铍铜合金(铍含量1.7％-2.1％)的高温软化温度点提高75℃±10℃，比传统低铍合金(铍含量0.2％-0.6％)的高温软化温度点提高90℃±10℃，扩大了铍铜材料运用的工况范围。

4、碲的添加能提高铍铜合金的抗电蚀能力。

5、环境负担小：避免现有含铅铍铜中铅元素对环境的危害。

具体实施方式

下面结合实施例，进一步阐明本发明。

实施例

实施例1

挤压法制备碲铍铜管材

(1)按照表1重量百分比进行配料，投料顺序依次为阴极铜CATH-1、铜铍中间合金(含铍4％)、纯碲、铜镍中间合金(含镍10％)、铜钴中间合金(含钴10％)，采用750Kg工频有芯炉非真空感应电炉进行熔炼，熔炼温度为1170℃，至溶体溶化后，保温15min，通入氩气除杂质及气体，经过除气除杂后，静置15min，后用液压式半连续铸造机铸造Φ155圆锭，铸造温度1100℃，氩气保护，铸造速度150～250mm/min，冷却水压0.3MPa，锯切定尺Φ155×330；

(2)采用910℃温度对圆锭进行热挤压，挤压比为53:1，挤压机为2150T双动卧式挤压机，挤压外径Φ71，壁厚3.5的管坯；

(3)经过多道次的拉伸加工和固溶热处理，得到外径Φ49壁厚2.75管，状态为TD04，然后经过480℃/2h时效热处理，两辊矫直机矫直、锯切定尺得到TH04状态，外径Φ45，壁厚2.7，长度2500的碲铍铜管。

关于所制备的碲铍铜管(TH04)的切削性能数据见表3所示。

关于所制备的C17510管的切削性能数据见表3所示。

表1碲铍铜管成分

Be	Co	Ni	Te	Fe	Al	Si	余量
								0.4	0.2	1.8	0.35	0.05	0.1	0.08	Cu

表2力学性能(TH04)

抗拉强度	720MPa
		维氏硬度	235
导电率IACS	58％

表3切削指数(相对HPb62-3)

碲铍铜管(TH04)	C17510管(对比组)
		68～79％	27％

实施例2

实施例二：连铸法制备碲铍铜棒材

(1)按照表4重量百分比进行配料，原料为阴极铜CATH-1、铜铍中间合金(含铍10％)、铜碲中间合金(含碲10％)、铜镍中间合金(含镍10％)、铜钴中间合金(含钴10％)，采用真空感应电炉进行熔炼，首先加入阴极铜CATH-1、铜碲中间合金(含碲10％)、铜镍中间合金(含镍10％)、铜钴中间合金(含钴10％)，熔化后使用真空加料装置加入铜碲中间合金(含碲10％)、铜铍中间合金(含铍10％)，熔化后升温至1270℃，高温除渣，然后低功率降温至1120℃，保温20min，以上过程保持连续抽真空，真空度保持在8×10^-3Pa，后采用非真空水平连续铸造，得到Φ22×coil坯料；

(2)将坯料通过轧线机，在790℃温度下热轧变形至Φ14，然后经过多道次固溶热处理和拉伸加工处理后，得到Φ7.2×coil棒，矫直定尺Φ7.2×2500；

(3)最后，通过无芯磨床加工至Φ7±0.01×2500，状态TD04，或进一步进行315℃/2h时效热处理得到TH04状态。

本产品可主要用于车削加工射频同轴连接器的内导体原件的原料，可以满足其微小尺寸的加工过程中对尺寸精度保证(因为减少了车削力，避免了零件变形)，和加工效率的要求。关于所制备的碲铍铜管(TH04)的切削性能数据见表6所示。

关于所制备的C17200棒的切削性能数据见表6所示。

表4碲铍铜管成分及对比组C17200成分

表5力学性能

状态	TD04	TH04
			抗拉强度	780MPa	1275
屈服强度	730MPa	1140
			维氏硬度	245	415

表6切削性能(相对HPb59-1)

上述实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的是让熟悉该技术领域的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此来限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做出的等同变换或修饰，都应涵装置在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种碲铍铜合金，其特征在于：包括铍Be 0.2～2.1wt.％，碲Te 0.1～0.7wt.％，其他元素：钴Co、镍Ni、磷P、稀土元素及杂质元素，总和≤4wt.％，其余为Cu。

2.根据权利要求1所述的一种碲铍铜合金，其特征在于：所述碲铍铜合金的制备方法为：

a.按照重量百分比进行配料、投料、熔炼及铸造得到锭坯；

3.根据权利要求2所述的一种碲铍铜合金的制备方法，其特征在于：步骤a所述的熔炼为采用真空或非真空感应电炉熔炼。

4.根据权利要求2所述的一种碲铍铜合金的制备方法，其特征在于：步骤b所述的塑性热加工工艺为挤压、轧制、锻造加工工艺。

5.根据权利要求2所述的一种碲铍铜合金的制备方法，其特征在于：步骤b所述的冷加工工艺为轧制、拉拔、旋锻加工工艺。

6.根据权利要求2所述的一种碲铍铜合金的制备方法，其特征在于：步骤c具体为将步骤a得到的锭坯在进行成分均匀化扩散退火后直接进行包括轧制、拉拔、旋锻加工工艺的冷加工，加工流程中加入退火、固溶、时效热处理工艺。

7.根据权利要求2所述的一种碲铍铜合金的制备方法，其特征在于：步骤a所述的熔炼，在真空熔炼条件下，可以一次投料或分两次投料。

8.根据权利要求7所述的一种碲铍铜合金的制备方法，其特征在于：所述的一次投料为一次性投入阴极铜、铜-镍中间合金和(或)铜-钴中间合金和(或)稀土中间合金，铍中间合金和纯碲。

9.根据权利要求7所述的一种碲铍铜合金的制备方法，其特征在于：所述的分两次投料具体为第一次加入阴极铜、铜-镍中间合金和(或)铜-钴中间合金和(或)稀土中间合金等，第二次加铜铍中间合金和纯碲。