專利名稱：：一種鉻青銅合金材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于合金材料制造領(lǐng)域，特別涉及一種鉻青銅合金材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
：鉻青銅合金是廣泛應(yīng)用于高壓、超高壓、特高壓電力領(lǐng)域中的觸頭元件，自2007年起，我國已經(jīng)進(jìn)入了特高壓建設(shè)的"黃金年"，預(yù)計(jì)我國將在"十一五"到"十二五"初，我國將建設(shè)縱貫?zāi)媳钡碾p回路百萬伏輸電通道，建設(shè)百萬伏變電站20座，這將極大的促進(jìn)合金制造業(yè)的發(fā)展。目前，市場(chǎng)上銷售的各種鉻青銅合金導(dǎo)電性能好，是電器工業(yè)制作電極、整流子早先的優(yōu)秀材料，但是隨著實(shí)際應(yīng)用，現(xiàn)在的產(chǎn)品彈性恢復(fù)能力較差，晶粒度較大是此材料最大缺陷，嚴(yán)重影響了電力的發(fā)展。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種產(chǎn)品彈性恢復(fù)能力好，晶粒度較小的鉻青銅合金材料及其制備方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的解決方案是一種鉻青銅合金材料，它是由以下物質(zhì)按照重量百分比配比組成，鉻0.401.10%錫0.150.25%鈦0.050.12%稀土0.0060.012%銅98.51899.394%所述一種鉻青銅合金材料的制備方法，是由以下步驟完成的—、配料選用1號(hào)電解銅98.51899.394%，鉻0.401.10%，錫0.150.25，鈦0.050.12%，稀稀土0.0060.012%為原料;二、熔煉將步驟一中準(zhǔn)備好的原料電解銅投入到1噸中頻電爐熔煉，電爐功率500千瓦，熔煉溫度134(TC，然后再加入鉻、錫、鈦、稀土，均勻化攪拌，同時(shí)檢測(cè)鉻、錫、鈦、稀土含量；三、鑄造將步驟二制熔煉所得的產(chǎn)品進(jìn)行半自動(dòng)連續(xù)振動(dòng)鑄造，鑄造溫度在128(TC，鑄造速度4m5m/h，鑄造水壓在開始時(shí)候?yàn)?.5kg/cm、逐步變?yōu)?.5kg/cm21.0kg/ci^，將產(chǎn)品鑄造成①(145245)XLmm的銅錠，然后在銅錠上覆蓋煙灰作為覆蓋劑，然后由帶式鋸床將每塊鋸切為長(zhǎng)度350mm的銅錠；四、擠壓將步驟三中切割好的銅錠放入到500千瓦中頻加熱爐內(nèi)，加熱溫度為850°C900°C，加熱后的銅錠再用反向擠壓方式，擠壓成①120X①190mmX460mm銅棒后進(jìn)行熱處理待用；五、拉伸將步驟四制備的鋼管用15噸鏈?zhǔn)嚼鞕C(jī)拉伸為①(682)XLmm的銅棒待用；六、矯直將步驟五中制備的銅棒采用七輥矯直機(jī)矯直，矯直規(guī)格為①(680)XLmm，矯直后待用；七、成品檢驗(yàn)檢測(cè)對(duì)步驟六矯直的銅棒進(jìn)行機(jī)械檢測(cè)，檢查銅棒的尺寸規(guī)格是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的將其經(jīng)過熱處理后包裝入庫。上述鉻青銅合金材料及其制備方法，所制備的鉻青銅合金材料彈性恢復(fù)能力好，晶粒度較小，而且在工藝中采用了先進(jìn)的工藝方法，使得鉻青銅合金材料的質(zhì)量大大提高，同時(shí)還延長(zhǎng)了加工設(shè)備的使用壽命。在工藝流程中采用了反擠壓方法，這和以前的正擠壓方法相比，有了很大的進(jìn)步，在相同的擠壓條件下，反向擠壓法擠壓筒壁與坯料表面之間無相對(duì)滑動(dòng)，不產(chǎn)生摩擦損耗，因而所需要的最大擠壓力比正擠壓可降低30%40%，可在較低的溫度下擠壓有較大擠壓比的小斷面制品，生產(chǎn)效率提高。所需最大及壓力與坯料長(zhǎng)度無關(guān)，因而可采用長(zhǎng)坯料擠壓長(zhǎng)制品；坯料和擠壓筒之間不產(chǎn)生摩擦熱，而且變形區(qū)體積小，變形熱小，因而模孔附近制品的溫升小，可采用較高的速度進(jìn)行擠壓，制品表面和邊角不易產(chǎn)生裂紋；擠壓筒和模具的磨損少，使用壽命長(zhǎng)。沿制品截面上和長(zhǎng)度上的變形比正擠壓時(shí)更均勻，因而沿制品截面上和長(zhǎng)度上的組織與性能比較均勻。用正擠壓法擠壓2024-T4合金型材，其頭尾端的ob相差100MPa，而用反擠壓的僅為3040Mpa;用正擠壓法擠壓035mm的2017-T4棒材，其最大粗晶環(huán)深度可達(dá)8mm，而反擠壓時(shí)僅為0.5mm，甚至可以消除粗晶環(huán)組織。因而反向擠壓的成品率可大為提高。反擠壓時(shí)尾端金屬無倒流現(xiàn)象，因而其擠壓殘料厚度可比正擠壓的減少50%以上。1、反向擠壓金屬流動(dòng)均勻，故擠出的棒材頭尾組織一樣，性能均勻。2、反向擠壓金屬?zèng)]有反向流動(dòng)，故擠壓出的棒材無縮尾，成品率高。將現(xiàn)有鉻青銅合金材料和本發(fā)明制備的鉻青銅合金材料進(jìn)行比較—、以前產(chǎn)品及產(chǎn)品名稱QCrO.5成分主成份雜質(zhì)成份鉻銅鐵鎳總和含量％0.401.10賴《0.10《0.05《0.5物理性能1)、彈性模量E=128GPa2)、抗拉強(qiáng)度6b=350MPa3)、屈服強(qiáng)度(平均值)250.6MPa4)、HB平均值^1005)、晶粒度《60iim6)、導(dǎo)電率g"8085XIACS優(yōu)點(diǎn)導(dǎo)電性能好，是電器工業(yè)制作電極、整流子早先優(yōu)秀材料缺點(diǎn)彈性恢復(fù)能力教差，晶粒度較大是此材料最大缺陷二、現(xiàn)在產(chǎn)品及產(chǎn)品名稱QCrO.5B成分<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>物理性能1)、彈性模量E=128GPa2)、抗拉強(qiáng)度6b=350MPa3)、屈服強(qiáng)度(平均值)250.6MPa4)、HB平均值^1205)、晶粒度《40iim6)、導(dǎo)電率g"8085XIACS從上述對(duì)比中我們可以看出，采用本發(fā)明制備的鉻青銅合金材料的各項(xiàng)指標(biāo)都比以前的產(chǎn)品有了明顯的提高，HB平均值大大提高，晶粒度明顯降低。對(duì)與以前技術(shù)的改進(jìn)，主要包括以下內(nèi)融—、添加錫、鈦元素后各性能指標(biāo)均有顯著提高，鉻青銅中加入一定比例的錫和鈦，可使該合金借TiSn相的沉淀而進(jìn)一步提高強(qiáng)度，硬度和耐熱性；含0.550.85%鉻、0.150.25%錫、0.050.12X鈦的鉻青銅是一種新的高強(qiáng)、耐熱導(dǎo)電材料，在25(TC以下長(zhǎng)時(shí)間加熱，機(jī)械性能和導(dǎo)電性能極小改變二、在傳統(tǒng)熔煉過程中加入微量稀土元素充分凈化合金基體(稀土元素是有色金屬凈化劑)同時(shí)充分細(xì)化晶粒，獲得良好的綜合性能。微量稀土元素稀土添加劑在銅及銅合金中的應(yīng)用不斷擴(kuò)大，得到人們的共識(shí)。生產(chǎn)中將其制成銅-稀土中間合金鑄塊，這種添加劑具有易破碎、能顯著細(xì)化銅及銅合金的晶粒組織，改善銅及銅合金材料的性能，提高銅及銅合金的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能等綜合效果。添加稀土元素細(xì)化機(jī)理稀土細(xì)化晶粒的作用機(jī)理大致有以下幾種①、形成新晶核的作用稀土在銅及銅合金中能形成多種高熔點(diǎn)化合物，這些能熔化合物的某些極微細(xì)顆粒，常懸浮于熔體之中，形成彌散的結(jié)晶核心，由于晶核數(shù)目顯著增多，晶粒因此得到細(xì)化。②、微晶化作用稀土金屬和合金產(chǎn)生的微晶化作用的機(jī)理，一般認(rèn)為與稀土元素的原子半徑和離子半徑性質(zhì)有關(guān)，由于稀土元素原子半徑(0.1740.2)nm比銅的原子半徑(0.125nm)要大36%60%，故稀土原子很容易填補(bǔ)正在生長(zhǎng)中的銅或銅合金的晶粒新相的表面缺陷上，生成能阻礙晶粒繼續(xù)長(zhǎng)大的膜，從而使晶?；癁槲⒕В蝗垠w在冷卻凝固時(shí)，往往由于位錯(cuò)而引起空穴性缺陷，稀土離子半徑較大(0.0850.106)nm，這與晶格位錯(cuò)形成的空穴大小相同。在金屬和合金熔煉時(shí)加入稀土，則在凝固過程中，半徑合適的稀土離子將填補(bǔ)空穴，使晶體不易繼續(xù)生長(zhǎng)，故所得晶粒不是粒度較大的碎晶，而是以微晶粒為主③、表面活性物質(zhì)的選擇性吸附加入稀土能使金屬或合金熔體的表面張力有所降低，根據(jù)Gibbs吸附理論，降低表面能的活性組元將更多地富集在晶界或其它界面。故作為表面活性物質(zhì)的稀土元素，能優(yōu)先在成長(zhǎng)中的金屬或合金新相結(jié)晶面上，作選擇性的吸附，使晶體的繼續(xù)長(zhǎng)大受到阻礙；由于晶體生長(zhǎng)的線速度下降，因而當(dāng)晶核總數(shù)增多時(shí)，將伴隨著晶粒的細(xì)化。、增加過冷能力，降低澆鑄溫度稀土元素對(duì)某些合金具有增大過冷能力的作用，利用稀土以降低其鑄造溫度，這對(duì)消除枝晶組織有良好作用，并可達(dá)到細(xì)化晶粒的作用。⑤、反應(yīng)氣體的攪拌作用某些金屬和合金熔體，在加入稀土?xí)r產(chǎn)生大量的反應(yīng)氣體，引起熔體的劇烈翻騰和攪動(dòng)。這種攪拌作用會(huì)促使熔體中可能成為新相晶核的微細(xì)質(zhì)點(diǎn)增多，并成極均勻的彌散分布，從而使結(jié)晶組織得到細(xì)化。⑥、向銅中添加混合稀土，即可顯著改善銅的工藝性能；加人小于0.1%時(shí)，銅的力學(xué)性能與工藝性能就有所改善，含0.01%0.15%La的銅合金的力學(xué)性能、電導(dǎo)率、抗軟化溫度均優(yōu)于Cu-O.15%Ag合金。三、鑄造過程中采用震動(dòng)鑄造方式其作用是有強(qiáng)烈攪拌作用，既可均勻液穴溶體的化學(xué)成分和溫度，減少液穴深度和偏析程度，又可使鑄錠周邊的結(jié)晶組織致密，降低鑄錠斷面組織的不均勻性，消除冷隔和偏析瘤為下一道擠壓工序奠定基礎(chǔ)；從而改善機(jī)械性能。具體實(shí)施方式實(shí)施例1選用1號(hào)電解銅1000公斤，鉻10公斤，錫2公斤，鈦1公斤，稀土0.6公斤放入1噸中頻電爐熔煉，電爐功率500千瓦，熔煉溫度134(TC，先將電解銅溫熔煉形成液態(tài)金屬，然后加入鉻、錫、鈦、稀土均勻化攪拌，對(duì)其檢測(cè)化學(xué)成份，再采用半自動(dòng)連續(xù)振動(dòng)鑄造，鑄造溫度為128(TC，鑄造速度為4.6m/h，鑄造水壓在開始時(shí)候?yàn)?.5kg/cm、正常時(shí)為1.Okg/cm、鍛造成規(guī)格為①145XL(mm)的銅錠，然后用干燥的煙灰作為覆蓋劑覆蓋在銅錠上以免氧化，再用350mm帶式鋸床鋸切，鋸切成規(guī)格①175XLmm的半成品銅錠，將半成品銅錠放入加熱500千瓦中頻加熱爐，加熱溫度850°C90(TC進(jìn)行反向擠壓，擠壓成青銅棒，再將該青銅棒用15噸鏈?zhǔn)嚼鞕C(jī)拉伸成規(guī)格為①(681)XLmm銅棒，然后用七輥矯直機(jī)矯直，腳之后規(guī)格為①(680)XLmm，最后檢查機(jī)械性能和表面檢查，檢查完成后人處理包裝入庫。實(shí)施例2選用1號(hào)電解銅900公斤，鉻9公斤，錫1.8公斤，鈦0.9公斤，稀土0.05公斤放入1噸中頻電爐熔煉，電爐功率500千瓦，熔煉溫度1340°C，先將電解銅溫熔煉形成液態(tài)金屬，然后加入鉻、錫、鈦、稀土均勻化攪拌，對(duì)其檢測(cè)化學(xué)成份，再采用半自動(dòng)連續(xù)振動(dòng)鑄造，鑄造溫度為128(TC，鑄造速度為4.6m/h，鑄造水壓在開始時(shí)候?yàn)?.5kg/cm、正常時(shí)為1.Okg/cm、鍛造成規(guī)格為①175XL(mm)的銅錠，然后用干燥的煙灰作為覆蓋劑覆蓋在銅錠上以免6氧化，再用350mm帶式鋸床鋸切，鋸切成規(guī)格①175XLmm的半成品銅錠，將半成品銅錠放入加熱500千瓦中頻加熱爐，加熱溫度850°C90(TC進(jìn)行反向擠壓，擠壓成青銅棒，再將該青銅棒用15噸鏈?zhǔn)嚼鞕C(jī)拉伸成規(guī)格為①(681)XLmm銅棒，然后用七輥矯直機(jī)矯直，腳之后規(guī)格為①(680)XLmm，最后檢查機(jī)械性能和表面檢查，檢查完成后人處理包裝入庫。權(quán)利要求一種鉻青銅合金材料，其特征在于它是由以下物質(zhì)按照重量百分比配比組成，鉻0.40～1.10％錫0.15～0.25％鈦0.05～0.12％稀土0.006～0.012％銅98.518～99.394％2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鉻青銅合金材料的制備方法，其特征在于是由以下步驟完成的，一、配料選用1號(hào)電解銅98.51899.394%，鉻0.401.10%，錫0.150.25，鈦0.050.12%，稀稀土0.0060.012%為原料;二、熔煉將步驟一中準(zhǔn)備好的原料電解銅投入到1噸中頻電爐熔煉，電爐功率500千瓦，熔煉溫度134(TC，然后再加入鉻、錫、鈦、稀土，均勻化攪拌，同時(shí)檢測(cè)鉻、錫、鈦、稀土含量；三、鑄造將步驟二制熔煉所得的產(chǎn)品進(jìn)行半自動(dòng)連續(xù)振動(dòng)鑄造，鑄造溫度在128(TC，鑄造速度4m5m/h，鑄造水壓在開始時(shí)候?yàn)?.5kg/ci^，逐步變?yōu)?.5kg/cm21.Okg/cm、將產(chǎn)品鑄造成①(145245)XLmm的銅錠，然后在銅錠上覆蓋煙灰作為覆蓋劑，然后由帶式鋸床將每塊鋸切為長(zhǎng)度350mm的銅錠；四、擠壓將步驟三中切割好的銅錠放入到500千瓦中頻加熱爐內(nèi)，加熱溫度為850°C900°C，加熱后的銅錠再用反向擠壓方式，擠壓成①120X①190mmX460mm銅棒后進(jìn)行熱處理待用；五、拉伸將步驟四制備的鋼管用15噸鏈?zhǔn)嚼鞕C(jī)拉伸為①(682)XLmm的銅棒待用；六、矯直將步驟五中制備的銅棒采用七輥矯直機(jī)矯直，矯直規(guī)格為①(680)XLmm，矯直后待用；七、成品檢驗(yàn)檢測(cè)對(duì)步驟六矯直的銅棒進(jìn)行機(jī)械檢測(cè)，檢查銅棒的尺寸規(guī)格是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的將其經(jīng)過熱處理后包裝入庫。全文摘要本發(fā)明公開了一種鉻青銅合金材料及其制備方法，它是由以下物質(zhì)組成，鉻、錫、鈦、稀土0.006～0.012％、銅98.518～99.394％組成，所述一種鉻青銅合金材料的制備方法，包括配料、熔煉、鑄造、擠壓、拉伸、矯直、成品檢驗(yàn)檢測(cè)制造步驟，通過上述鉻青銅合金材料及其制備方法，所制備的鉻青銅合金材料彈性恢復(fù)能力好，晶粒度較小，而且在工藝中采用了先進(jìn)的工藝方法，使得鉻青銅合金材料的質(zhì)量大大提高，同時(shí)還延長(zhǎng)了加工設(shè)備的使用壽命。文檔編號(hào)C22C9/00GK101717875SQ20091011771公開日2010年6月2日申請(qǐng)日期2009年12月15日優(yōu)先權(quán)日2009年12月15日發(fā)明者包仲奇,周尚智,張玉武,張靜,朱志良,郝發(fā)強(qiáng)申請(qǐng)人:甘肅大鑫銅業(yè)有限責(zé)任公司