[发明专利]高弹性高导电无铍铜合金材料及加工工艺

说明书

技术领域

本发明属于有色金属加工领域，尤其涉及一种高弹性高导电无铍铜合金材料及加工工艺。

背景技术

铍青铜具有高的弹性、强度，以及优良的导热性、导电性、耐蚀性、耐磨性、耐疲劳性，由铍青铜制造的弹性元件的弹性滞后、弹性后效及弹性不完整性较小，是综合性能最好的重要弹性铜合金材料。但是铍青铜所需要的强度必须通过时效热处理才能获得，而时效处理一致性差，处理不当时材料发脆；产品长期储存时产生的应力释放，导致弹性元件的性能参数发生变化，从而不能满足可靠接触与规定寿命的要求；从环保因素考虑，铍及其化合物的烟雾、蒸气、粉尘对人体健康有害；另外，铍的价格昂贵，使得铍青铜的生产成本较高，仅在高端产品才会考虑使用，所以其生产和使用受到了很大的限制。

随着人们对环保意识的增强以及对产品性能的要求越来越严格，高弹性高导电无铍铜合金代替铍青铜已经成为一个发展趋势。

发明内容

为解决上述不足，本发明提供了一种环保、低成本的一种高弹性高导电无铍铜合金材料及加工工艺，是在铜(Cu)—镍(Ni)—硅(Si)合金中加入锌(Zn)、镁(Mg)或铝(Al)或铬(Cr)或钛(Ti)或硼(B)或磷(P)或稀土元素RE，利用时效处理时，镍元素与硅元素形成Ni₂Si相，而基体为铜，使合金在起到强化作用的同时还能保持高的导电性。通过添加能细化晶粒的金属元素，进一步提高合金的强化作用，并增加合金的铸造流动性、冲压性和耐磨性，实现无铍化环保低成本的目的。

为了实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

所述的一种高弹性高导电无铍铜合金材料组分，按(重量百分比)为：Cu：90～97，Ni：1.8～7.0，Si：0.20～1.8，Zn：0.20～0.40，Mg：0.05～0.30或Al：0.05～0.20或Cr：0.05～2或Ti：0.05～2或B≤0.5或P：0.05～0.2或稀土RE中的镧(La)、铈(Ce)、钕(Nd)中的一种或一种以上≤0.3及余量为不可避免的杂质共同构成，各合金组分之和为百分之百。

本发明高弹性高导电无铍铜合金材料组分，其合金成分按重量百分比分为两组，构成如下：

(1)、确定组分：Cu：90～97，Ni：1.8～7.0，Si：0.20～1.8，Zn：0.20～0.40，及余量为不可避免的杂质共同构成，各合金组分之和为百分之百。

(2)、可相互置换组分：Mg：0.05～0.30或Al：0.05～0.20或Cr：0.05～2或Ti：0.05～2或B≤0.5或P：0.05～0.2或稀土La、Ce、Nd中的一种或一种以上≤0.3及余量为不可避免的杂质共同构成，各合金组分之和为百分之百。

添加元素主要作用如下：

1、添加镍(Ni)、硅(Si)的主要作用：镍在铜中无限固溶形成连续固溶体，硅改善合金的加工性能和切削性能，降低液相线温度，使铸件致密，改善抗腐蚀性能，同时有一定的脱氧作用。镍、硅在时效处理时以Ni₂Si相从基体中弥散析出，在基体中起到钉扎作用，提高合金的力学性能，同时，由于镍硅元素的析出，净化了基体，提高了合金的导电作用，因此在熔炼时必须严格控制镍硅元素重量比在4：1左右，以使镍、硅元素尽可能地从基体中析出。

2、添加锌(Zn)的主要作用是改善合金的冲压性能及电镀性能。

3、添加镁(Mg)主要是脱氧、净化的作用。

4、添加铝(Al)的主要作用是提高合金的流动性，提高铸件的耐蚀性能和表面光洁度，减少Zn的蒸发。

5、添加铬(Cr)，少量铬(Cr)固溶于铜，能起到细化铜的晶粒，减弱易熔杂质的有害影响，改善铜的高温塑性。

6、添加钛(Ti)，加入少量的钛(Ti)可以起到除气和细化晶粒的作用。

7、添加少量的硼(B)可以可以细化合金组织，提高合金的力学性能，改善其耐蚀、耐腐蚀磨损及耐冲蚀能力。硼(B)含量严格控制在0.5％以下。

8、添加磷(P)的作用是脱氧和增加金属流动性，同时有利于切削性能的提高。

9、添加稀土元素(RE)一方面可以细化晶粒，从而增大晶界面，为锌的扩散增加阻力；另一方面由于稀土元素的净化变质作用，使铜合金中杂质、气孔、疏松减少，从而提高合金的机械性能；同时还可以改善合金的高温塑性，减少热加工开裂倾向。