[发明专利]一种铜合金棒材及其制备方法

说明书

本发明公开了一种铜合金棒材，其特征在于：该铜合金的质量百分比组成为Ni：4.0～6.8wt％，Si：0.86～1.5wt％，Mn：0.12～0.60％，B：0.001～0.06wt％，余量为Cu和不可避免的杂质。本发明通过在铜合金中添加Ni、Si、Mn、B并控制各自的含量，最终实现抗拉强度Rm≥1100MPa、屈强比Rp0.2/Rm≥0.95、冲击韧度ak≥0.9kj/cm²的铜镍硅合金棒材，在提高强度的同时实现材料受到外力作用时，不易发生变形而失效。

技术领域

本发明属于铜合金技术领域，具体涉及一种铜合金棒材及其制备方法。

背景技术

铜镍硅是一种时效强化型铜合金，它具有高强度、高硬度、优良的导电和导热性能，广泛应用于电子电器、通讯工程、航天航空、机械制造和大规模集成电路领域。

现有铜镍硅合金通常加工成带材，应用在集成电路引线框架、高速背板连接器制造领域，因此更为关注材料所能达到的抗拉强度、弯曲性能、耐应力松弛性能。

高铁接触线吊弦线夹、连接器端子、螺旋弹簧等领域目前主要使用的铜合金材料是锡磷青铜和低镍低硅合金，随着这些领域的发展，对材料的综合性能要求也越来越高，除了要求高的强度以外，还要求材料受到外力作用时，不易发生变形而失效。

屈强比是指材料的屈服强度与抗拉强度的比值，它的大小反映材料强度的利用率和外力作用下抗变形能力，屈强比越高，材料收到外力作用时越不容易变形。铜合金棒材的屈强比高，说明棒材加工的零件受到外力作用时，不易发生变形而失效。

抗冲击性能是指金属材料在冲击负荷作用下，抵抗变形和断裂的能力，其大小代表了试样抑制原始裂纹出现的能力的大小，是材料强度和塑性的综合表现，一般由冲击韧度(ak)表示，单位是J/cm²，ak值的大小表示材料的韧性好坏，一般把ak值低的材料称为脆性材料，ak值高的材料称为韧性材料。提高铜镍硅棒材的冲击韧度，可以增强零部件受到外力作用时抵抗变形的能力。

由于铜合金棒材主要通过拉伸方法制得，拉伸是指坯料在一定的拉力作用下，通过模孔发生塑性变形，使截面减小、长度增加的一种压力加工方法，拉伸相对于轧制工艺，组织致密性要差，同样加工率下，拉伸法提升的强度低于轧制法，因而通过拉伸法制备强度、屈强比、抗冲击综合性能优异的铜镍硅合金棒材存在较大的难度。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种在提高强度的同时在外力作用下不易发生变形的铜合金棒材。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种铜合金棒材的制备方法。

本发明解决第一个技术问题所采用的技术方案为：一种铜合金棒材，其特征在于：该铜合金的质量百分比组成为Ni：4.0～6.8wt％，Si：0.86～1.5wt％，Mn：0.12～0.60％，B：0.001～0.06wt％，余量为Cu和不可避免的杂质。

Ni：Ni在本发明铜镍硅合金中主要起两个作用：一是Ni与Si相，基本以NiSi相为主，当它们从固溶体中析出时，能大幅提高合金的强度，同时提高合金的导电性能，充分形成NiSi相的必要条件是Ni/Si质量比＞4；二是富余的Ni又始终使铜的韧性保持较高的水平，这是因为Ni的晶格常数与Cu相近，与Cu能形成连续固溶体，因此，过量的Ni不仅对合金的力学性能有利，还能起到提高含Si铜合金冲击韧度的作用。

Si：Si加入Cu中，主要作用是与Ni形成化合物从铜合金基体里析出，能显著提高Cu的屈服强度和屈强比，铜镍硅合金的强度与NiSi、MnSi析出相的数量和分布有关，当Si含量低于0.86％以下时，合金的抗拉强度很难到1100Mpa以上。据此，本发明高屈强比耐冲击铜镍硅合金中最低Si含量不得低于0.86％，当Si含量超过1.5％时，一是将显著降低铜镍硅合金的塑性和冲击韧度；二是Si显著降低Cu的电导率；三是由于Si与氧的结合能力强，在焊接时易生成低熔点的硅酸盐，影响焊接质量。