本发明专利技术涉及一种高性能复杂多元磷青铜合金材料及其制备方法，属于有色金属加工领域。它的重量百分比组成为：Sn3.9～4.4％，Ni0.05～0.1％，Zn0.05～0.2％，Fe0.05～0.2％，P 0.02～0.08％，其余为Cu。另外，该合金还含有Co、B和Zr中的两种以上元素。通过熔炼及铸造，粗轧，一次中间退火，酸洗，中轧，二次中间退火，酸洗，精轧，低温退火处理等加工处理后得到该材料。本发明专利技术方法可以省去高温长时间的均匀化退火工艺，提高了合金的生产效率，大大降低了合金的生产成本。本发明专利技术合金可以替代经典锡磷青铜QSn8-0.3合金，应用于制作电子电器、汽车用接触件和连接器等元部件。
【技术实现步骤摘要】
一种高性能复杂多元磷青铜合金材料及其制备方法
本专利技术涉及一种高性能复杂多元磷青铜合金材料及其制备方法，属于有色金属加工领域。
技术介绍
随着现代化科学技术的发展，电子、通讯及汽车行业处于高速发展阶段，对接插件、连接器等弹性元件用铜基弹性合金的需求量日益增加。同时，对铜基弹性合金的性能提出了更加苛刻的要求，如合金要求具有高强度、高导电率、高弹性、高抗应力松弛性能、高疲劳强度等。目前国内市场上高强高弹性铜基合金主要以铍青铜和高锡磷青铜(QSn8-0.3、QSn10-0.3)等合金系列为主，其中铍青铜作为有色金属材料弹性之王，具有其他材料不可比拟性能优势，但由于铍对人的健康和环境具有严重的损害作用，且铍青铜合金的加工工艺复杂和实际生产难度大，致使其只应用于特殊领域中。常用的高锡磷青铜合金，锡含量高达8-10％，合金经水平连铸生产后铸坯易产生锡偏析现象，需要较长时间的均匀化热处理和多次的热处理来消除，生产效率较低，并且Sn的价格较为昂贵，锡含量越高相应的原材料成本较高。另外，高锡磷青铜合金的导电率仅有12％IACS，难以满足高弹性导电类铜基合金材料的发展需求，影响着高锡磷青铜合金的进一步产业化生产及市场推广。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是弥补现有铜合金性能的不足，在经典锡磷青铜(QSn8-0.3)的基础上进行降低Sn含量同时添加Ni、Zn、Fe等合金元素及由Co、B和Zr三种元素组成的复合细化剂，对合金成分和组织进行改善，使合金的性能与之相媲美。由于本专利技术合金的Sn含量较低且组织细小，Sn偏析程度得到改善，可以省去高温长时间的均匀化退火工艺，提高了合金的生产效率，大大降低了合金的生产成本。为了达到上述目的，本专利技术是这样实现的：一种高性能复杂多元磷青铜合金材料，它的重量百分比组成为：Sn3.9～4.4％，Ni0.05～0.1％，Zn0.05～0.2％，Fe0.05～0.2％，P0.02～0.08％，其余为Cu。进一步地，该合金还含有选自Co、B和Zr中的两种以上元素，重量含量分别为Co0.002～0.015％，B0.003～0.015％，Zr0.005～0.015％，总含量为0.01％≤Co+B+Zr≤0.03％。所添加合金元素的作用：镍：镍元素可以起到固溶强化作用，此外镍元素的添加还可以增加合金的耐热温度。锡：由于锡原子与铜原子半径相差较大，在铜合金中添加锡元素，能引起较大的晶格畸变，有效的阻碍位错的运动，提高合金的强度和弹性性能。另外，锡元素的添加能显著提高合金的耐腐蚀性能。磷：微量的磷元素不仅可以起到除氧作用，还可以与铜形成铜磷化合物，提高合金的抗软化温度和抗应力松弛性能。锌：锌元素在合金中主要提高合金对焊锡渍透性和耐热粘着性能。铁：铁元素能有效地调整合金晶粒组织大小，提高组织的均匀性，改善合金的耐应力腐蚀敏感性。硼、钴和锆元素：三种元素的添加均可以主要起到细化晶粒大小，降低锡偏析程度的作用。当三种元素共同添加到合金中，由于三种元素之间存在元素间相互作用，能明显细化晶粒和降低锡偏析，其效果要优于添加两种合金元素。本专利技术的另一目的是提供上述高性能复杂多元锡青铜合金材料的制备加工方法。一种高性能复杂多元锡铜合金材料的制备加工方法，包括以下工艺流程：a.按照质量百分比进行配料、投料、熔炼及铸造，b.铣面，c.粗轧，d.切边，e.一次中间退火，f.酸洗，g.中轧，h.二次中间退火，i.酸洗，j.精轧，k.低温退火，l.酸洗，m.拉弯矫直，n.分剪入库。步骤a中，采用工频感应炉在非真空环境下进行熔炼和铸造，所述的熔炼温度为1260～1300℃，所述的铸造温度控制在1220～1250℃。熔炼前，在工频感应炉中加入70w％的锡磷青铜QSn6.5-0.1边角料和30w％的新料，进行非真空熔炼。其中新料包括电解铜、电解镍、电解钴、纯锌、铜硼、铜铁及铜锆中间合金，将温度升至1260～1300℃，待电解铜熔化后，添加灼烧的木炭进行覆盖，充分搅拌后，静置15～25min，进行水平连铸铸造，铸造工艺参数为：引拉速度为14～16mm/s，停2.5～3.5s，反推速度为10～12mm/s，带坯出口温度为350～450℃。步骤b中，将水平连铸铸坯进行铣面处理，上下铣面量约1mm，主要去除表面缺陷。步骤c中，将铣面后的锭坯进行冷轧开坯，粗轧开坯的总变形量为65～85％。步骤e中，将切边后的冷轧板放置钟罩式退火炉中进行中间退火，一次中间退火热处理的温度为475～525℃，保温时间为4～6h。步骤g中，将酸洗后的板材进行中轧，所述的中轧的总变形量为50～70％。步骤h中，将中轧后的板带材进行二次中间退火处理，二次中间退火处理温度为450～500℃，保温时间为4～6h。步骤j中，将酸洗后的带材进行精轧，精轧总变形量为30～50％。步骤k中，将精轧后的带材放置钟罩式退火中进行低温退火，低温退火温度为200～250℃，退火时间为4～6h。本专利技术的优点：本专利技术是在传统锡磷青铜(QSn8-0.3)的基础上降低Sn含量，并添加Fe、Ni和Zn元素，使合金的性能与之相当，同时在熔铸过程中通过添加一种由Co、B和Zr三种元素中至少两种组成的复合变质剂，对专利技术合金主要起组织细化，降低了Sn元素的偏析程度的作用，省去后去高温长时间均匀化退火处理工艺，降低了生产成本，提高了合金的生产效率。通过本专利技术开发出的高性能复杂多元磷青铜合金材料的化学成分分别为：锡含量3.9～4.4％，镍含量0.05～0.1％，铁含量0.05～0.20％，锌含量0.05～0.2％，磷含量0.02～0.08％，其余为铜。另外，在铜合金中还至少含有钴、硼和锆元素中的至少两种，其中钴含量为0.002～0.015％，硼含量为0.003～0.015％，锆含量为0.005～0.015％，总含量为0.01％≤钴+硼+锆≤0.03％。另外，本专利技术还开发出了一种适用于上述铜合金的制备加工方法，经加工热处理的高性能复杂多元磷青铜合金材料的抗拉强度为800～850MPa，导电率为20～25％，伸长率5～7％，弹性模量为110～120GPa，抗应力松弛性能为(125℃，1000h)为75％～80％，完全可以替代经典锡磷青铜QSn8-0.3合金，应用制作电子、汽车用接插件和连接器等元部件。下面通过具体实施方式对本专利技术做进一步说明，但并不意味着对本专利技术保护范围的限制。具体实施方式本专利技术的高性能复杂多元磷青铜合金材料，它含有如下重量百分数的化学成分：Sn3.9～4.4％，Ni0.05～0.1％，Zn0.05～0.2％，P0.02～0.08％，Fe0.05～0.20％，其余为Cu。另外，在铜合金中还至少含有Co、B和Zr元素中的至少两种，其中Co0.002～0.015％，B0.003～0.015％，Zr0.005～0.015％，总含量为0.01％～0.03％。上述高性能复杂多元磷青铜合金材料的制备及加工方法，包括以下工艺流程：a.按照质量百分比进行配料、投料、熔炼及铸造，b.铣面，c.粗轧，d.切边，e.第一次中间退火，f.酸洗，g.中轧，h.第二次中间退火，i.酸洗，j.精轧，k.低温退火，l.酸洗，m.拉弯矫直，n.分剪入库。其中，具体的投料顺序为：在工频感应炉中加入70w％的锡磷青铜QSn6.5-0.1本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高性能复杂多元磷青铜合金材料，其特征在于：它的重量百分比组成为：Sn 3.9～4.4％，Ni 0.05～0.1％，Zn 0.05～0.2％，Fe 0.05～0.2％，P 0.02～0.08％，其余为Cu。
【技术特征摘要】
1.一种高性能复杂多元磷青铜合金材料，其特征在于：它的重量百分比组成为：Sn4.1～4.4％，Ni0.05～0.1％，Zn0.05～0.2％，Fe0.05～0.2％，P0.02～0.08％，Co、B和Zr中的两种以上元素，其中Co0.002～0.015％，B0.003～0.015％，Zr0.005～0.015％，Co、B和Zr中的两种以上元素的总含量为0.01％～0.03％，其余为Cu。2.权利要求1所述的高性能复杂多元磷青铜合金材料的制备加工方法，包括以下步骤：a.按照质量百分比进行配料、投料、熔炼及铸造，b.铣面，c.粗轧，d.切边，e.一次中间退火，f.酸洗，g.中轧，h.二次中间退火，i.酸洗，j.精轧，k.低温退火，l.酸洗，m.拉弯矫直，n.分剪入库。3.根据权利要求2所述的高性能复杂多元磷青铜合金材料的制备加工方法，其特征在于：在工频感应炉中加入70％的锡磷青铜QSn6.5-0.1边角料和30％的新料，进行非真空熔炼，其中新料包括电解铜、电解镍、电解钴、纯锌、铜硼、铜铁和/或铜锆中间合金，升温，待电解铜熔化后，添加灼烧的木炭进行覆盖，充分搅拌后，静置15～25mi...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄国杰，彭丽军，王建立，程磊，马吉苗，王建伟，刘峰，肖伟，汪东亚，王立根，
申请(专利权)人：北京有色金属研究总院，宁波兴业盛泰集团有限公司，宁波兴业鑫泰新型电子材料有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11
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