[发明专利]铜基合金及使用铜基合金生产铸件和锻件的方法

说明书

本发明涉及铜基合金，以及使用这些铜基合金生产铸件和锻件的方法。

本申请是基于日本专利申请2000-103662，在此引入其内容作为参考。

在一些领域中使用高强度和高导热性的材料，这些材料在其中经受恶劣的热疲劳，例如在制造核聚变反应堆和火箭引擎推进室的结构材料的情况下，材料的一个表面与3000℃的燃烧气体接触，而另一个表面则与液态氢接触。

作为在这些领域中使用的高强度、高导热性合金的一个实例，可以援引在日本未审定的专利申请第一次公报Hei-04-198460中公开的一种铜基合金，其中包含0.8％的Cr和0.2％的Zr(注意，此后在本申请中使用的“％”均指质量％)。一般可从这种铜基合金获得高强度、高导热性的锻件，其方法包括先将其铸造，然后通过锻造、轧制等方法制成特定的形状，同时对其施加特殊的热处理。对于这种铜基合金，即使合金的组成相同，通过调节热变形处理的条件，也能在保持高导热性的情况下，提高抗拉强度。

然而，近年来，使用结构部件的工况，在热应力的产生方面已变得很恶劣。同时还有人指出，在发生破裂之前，常规材料的寿命很短。因此，需要更耐热疲劳的材料。为了减少金属材料的热变形，不仅要提高热疲劳强度，而且必须提高导热性。然而，导热性的提高已经接近极限。因此，任务是与常规金属材料相比，在不降低导热性的情况下提高热疲劳强度。

据了解，为了提高这些类型金属材料的热疲劳强度，一般可取的是在不降低使用温度下的拉伸度和导热性的情况下，提高抗拉强度和弹性极限应力。因此，为了满足前述的要求，试图采用包含Cr(0.8％)和Zr(0.2％)的铜基合金为基础来提高强度，然后通过进一步增加Cr和Zr的含量来提高铜基合金的拉力。

对于这种类型的Cu-Cr-Zr合金，如果提高Cr和Zr的含量，就能获得高强度，同时通过模锻或拉丝在一个方向上施加大的变形，产生纤维型微观结构。

然而，这种Cu-Cr-Zr合金的延展性下降，使热疲劳强度不能提高到预期的那么大。此外，对制品的形状也有限制，不能进行足够量的锻造和轧制。所以，对于任选形状的制品，获得所需的强度是困难的。因此，一些申请仅限于应用高强度和高导电率的电器部件。

另一方面，作为一种新合金，已经开发出加入大量Ag的Cu-Ag合金，在日本未审定的专利申请第一次公报Hei6-279894和SAKAI等人：日本金属学会会志(J.JAPAN INST.METALS,Vol.55,No.12(1991),pp.1382-1391中公开了这种合金。与Cr和Zr相似，Ag在接近室温的铜中溶解度极小，当将其加入合金时，导热性几乎没有下降。然而，如果加入的Ag量≥8.5％，获得的铜基合金在固化时则生成低共熔体。因此，如果采用与Cu-Cr-Zr合金相同的方法，对为获得足够量的低共熔体结构而加有15％Ag的Cu-Ag合金铸锭进行模锻或拉丝，在一个方向上施加大的变形，则该低共熔体结构被破坏，而产生纤维增强的结构。在这种情况下获得的强度极高。

然而，对于这种类型的Cu-Ag合金，需要进行切制加工以例如从锻造的圆棒获得1/10或直径更小的线材。因此，采用这种技术，不能生产大于一定厚度的锻件。

此外，对于上述的金属材料，反复锻造和热处理提高了产品的成本。因此，由于强度与目前的水平相同就足够了，所以在不需要锻造步骤的情况下，希望采用铸造方法可生产导热性高、强度高而且廉价的金属材料。然而，这种类型的金属材料尚不了解。

鉴于上述问题，发明人研究了本发明，本发明的目的是提供一种金属材料，通过简单的铸造、锻造或轧制，就能便宜地生产高强度、高导热性的金属制品，在这些加工中，对制品的形状没有任何限制。本发明的另一个目的，是提供一种采用这种金属材料生产金属制品的方法。

本发明提供一种铜基合金(也称作“用于铸造的铜基合金”)，其中包含3-20％的Ag、0.5-1.5％的Cr和0.05-0.5％的Zr，其余的是铜。

本发明还提供一种生产铸件的方法，该方法包括：第一个步骤是将铜基合金熔融，该铜基合金包含3-20％的Ag、0.5-1.5％的Cr、0.05-0.5％的Zr、和其余的是铜；第二个步骤是通过迅速凝固，将在第一个步骤中获得的熔融材料浇铸成特定的形状；和第三个步骤是通过在温度450-500℃下进行老化处理，以沉淀强化在第二个步骤中获得的制品。