[发明专利]适用导电弹性元器件的高强度钛铜合金丝材及制造方法

说明书

一种适用导电弹性元器件的高强度钛铜合金丝材及制备方法,属于钛铜合金技术领域。其化学成分质量百分比为C 0～0.01％，Ti 2.6～3.4％，Ce 0.001～0.2％，W+Ta+Fe+Hf≤0.3％，余量为Cu及不可避免的杂质。最终产品性能为：抗拉强度为1130～1230MPa，屈服强度为1028～1100MPa，导热系数为92～125W/(m·℃)，电导率为19～27％IACS，晶粒尺寸为5.6～44.9μm，硬度为320～370HV，芯棒直径等于丝材直径时，缠绕≥3圈无裂纹。所述合金生产过程包括：真空冶炼、锻造、热轧、固溶、冷拔、时效、成品拔制、去应力退火等步骤。优点在于，合金高强度、高热导率及高电导率的匹配满足导电弹性元器件的强度、散热性能的要求。

技术领域

本发明属于钛铜合金领域，涉及一种适用于导电弹性元器件的高强度钛铜合金丝材及其制备方法。

背景技术

超高强铜合金材料是我国战略型新兴产业，超高强弹性铜合金主要指抗拉强度超过1000MPa的导电弹性铜合金，它们主要应用于制备导电弹性元器件，如机器仪表、模具、温度控制器、继电器、汽车零配件等，主要需求形状为带材和丝材等，目前带材研究较多，而丝材的相关研究报道较少。铍青铜是典型的沉淀强化型合金，因其具有高的强度、硬度、弹性极限，并且具有耐蚀、耐磨、耐疲劳、耐低温等一系列优点，得到广泛应用，被誉为“有色弹性材料之王”。然而，铍青铜中的铍具有毒性，铍青铜生产和使用中的安全性问题不容忽视。

钛青铜是20世纪50年代末期出现的一种新型铜基沉淀强化型弹性合金，多个国家的学者均对钛青铜的合金成分、机械性能等开展了研究，并且部分代替铍青铜，用于制造精密仪器、仪表的弹性元件、互联器和耐磨零件等。目前，钛铜合金牌号主要有HPTC、NKT322、YCuT-M、YCuT-F。随着科学技术的发展与进步，为适应越来越苛刻的工作条件，越来越复杂的设计结构，对导电弹性元器件的形状、强度、散热性能等要求越来越高，因而对钛铜合金高强度、高热导率及高电导率的匹配提出了更高要求：抗拉强度≥1100MPa，屈服强度≥1000MPa，导热系数≥90W/(m·℃)，电导率≥19％IACS。

发明内容

本发明提供了一种适用导电弹性元器件的高强度钛铜合金丝材及制造方法，其抗拉强度≥1100MPa，屈服强度≥1000MPa，导热系数≥90W/(m·℃)，电导率≥19％IACS。

本发明的高强度钛铜合金丝材化学成分质量百分比为：C 0～0.01％，Ti 2.6～3.4％，Ce 0.001～0.2％，W+Ta+Fe+Hf≤0.3％，余量为Cu及不可避免的杂质。

C：C元素的添加，一方面与Ti结合生成TiC，弥散分布在晶界，可以显著提高合金的强度；另一方面，消耗过饱和的Ti有利于降低合金的电阻率。

Ce：Ce元素的添加，有利于净化合金晶界，改善合金的加工性能。

W、Ta、Hf和Fe：微量W、Ta、Hf的添加，可以作为结晶核心细化晶粒，起到固溶强化作用，进一步提高合金的强度，Fe元素的添加改善合金加工性能。

在合金中加入Ce、W、Ta、Fe、Hf等元素，通过与之匹配的制备工艺，使合金的冷热加工性能、力学性能、热导率、电导率等综合性能得到提高；最终产品性能为：抗拉强度为1130～1230MPa，屈服强度为1028～1100MPa，导热系数为92～125W/(m·℃)，电导率为19～27％IACS，晶粒尺寸为5.6～44.9μm，硬度为320～370HV，芯棒直径等于丝材直径时，缠绕≥3圈无裂纹。

本发明合金采用如下生产工艺：采用真空感应炉冶炼，以充分降低和去除合金中的气体和夹杂物含量。冶炼后的合金经锻造、热轧、固溶、冷拔交替进行、时效、成品冷拔、去应力退火等工序得到成品，具体生产工艺如下：

(1)真空冶炼：相关原材料按比例混合后装入坩埚。合金精炼温度为1200～1250℃，出钢温度为1160～1200℃；