一种提高连铸铜铬银合金杆电导率的方法
技术领域
本发明涉及一种提高连铸铜铬银合金杆电导率的方法，属于有色金属材料制备加工领域。
背景技术
铜铬银合金是一种兼具高强度和高导电性的合金材料，能够通过非真空连续铸造工艺制备，在电子、电气、航空航天等领域有较大的应用前景。铜铬银合金耐热性较铜铬锆合金稍差，但在合金元素比例接近的情况下其导电性优于铜铬锆合金，有望在导电和传输领域发挥比铜铬锆合金更佳的综合性能优势。影响铜铬银合金导电性的因素包括：合金元素含量和配比、形变热处理状态、合金基体中的杂质种类和含量、晶粒度、缺陷程度、元素偏析等。因此如何有效控制铜铬银合金在制备加工过程中强化相析出数量、杂质相分布、晶界和晶内相分布和演变特征，对于在获得高导电性能的同时保持较高强度至关重要。
发明内容
本发明的目的是提出一种适用于提高连铸铜铬银合金杆电导率的方法，通过此方法可以使铜铬银合金的导电率相对于常规制备方法提高5％IACS以上。此处所指的常规方法是采用木炭作为覆盖剂，不添加变质剂，在铜熔体中添加铜铬中间合金和银，熔化完全后以常规结构结晶器，在1150～1200℃条件下上引连铸，经冷拉拔再固溶时效热处理制备铜铬银合金杆的方法。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种提高连铸铜铬银合金杆电导率的方法，包括如下步骤：
(1)以电解铜、铜铬中间合金和银为原料，石墨鳞片、硼砂和冰晶石混合料作为覆盖剂，富镧混合稀土、镁和钛的铜中间合金作为变质剂，采用上引连铸法制备铜铬银合金杆；
(2)将连铸得到的铜铬银合金杆经两次连续挤压，及连续拉拔后，进行时效热处理，制成合金杆成品。
步骤(1)中，采用上引连铸工艺制备铜铬银合金杆包括以下具体步骤：先加入电解铜，铺上覆盖剂，待电解铜熔化完全，加入变质剂，搅拌静置后加入铜铬中间合金和银，熔化完全后开始上引连续铸造，连铸时采用加长型结晶器。
所述的覆盖剂中石墨鳞片、硼砂、冰晶石三者之间的重量比为(0.9～1.1):(0.9～1.1):(0.9～1.1)，即石墨鳞片、硼砂、冰晶石的重量份分别为：0.9～1.1份、0.9～1.1份、0.9～1.1份；优选为等重量比，即1:1:1。所述的覆盖剂应覆盖整个熔体，厚度70～130mm。
所述的变质剂由富镧混合稀土-铜中间合金、镁-铜中间合金和钛-铜中间合金组成，其中，富镧混合稀土、镁和钛之间的重量比为(1.9～2.1):(1.9～2.1):(0.9～1.1)，即富镧混合稀土、镁和钛的重量份分别为1.9～2.1份、1.9～2.1份、0.9～1.1份；优选的，所述的变质剂中富镧混合稀土、镁、钛的重量比例为2:2:1。所述的变质剂占熔体总质量分数的0.005％～0.010％。
采用步骤(1)中所述的特殊配制的覆盖剂和变质剂能够控制合金熔体中Mn、Ni、Pb、S、Sb、Sn或Zn单个元素质量分数小于0.005％，总质量含量低于0.03％。
所述的加长型结晶器的长度为1.5m；上引连铸工艺中采用了长度1.5m的加长型结晶器，增加了冷却区间长度，以调节连铸速度和冷却水强度来控制合金铸坯晶粒度，制备连铸合金线杆。
在连续铸造工艺中，当铜铬银合金中铬的质量分数高于0.3％时，采用的铸造工艺参数为熔体温度为1350℃，连铸速度为0.8m/min；当合金中铬的质量分数低于0.3％时，采用的铸造工艺参数为熔体温度为1250℃，连铸速度为1.2m/min。
采用上引连铸法制备的铜铬银合金杆的直径为Φ20mm。
步骤(2)中，铜铬银合金杆经两次连续挤压直径保持不变，连续拉拔的变形量为70％～80％，时效热处理的温度为475～500℃，时效热处理时间为3～4小时。
本发明中所述的铜铬银合金杆中，铬含量≤0.5wt％，银含量≤0.15wt％，其余为铜。
本发明方法的优点：
本发明在合金线杆的连铸过程中，采用配制的覆盖剂和变质剂控制合金熔体中杂质元素含量，采用加长设计的长型结晶器，以调节连铸速度和冷却水强度来控制合金铸坯晶粒度。连铸线杆经两次连续挤压并施以连续拉拔后进行时效热处理。制得的铜铬银合金线杆导电性能较传统方法制备的线杆明显提高，综合性能优异，具有良好的应用前景。
本发明采用特有的熔体控制技术，针对不同铬含量的铜铬银合金分别设计能够使其铸坯保持相对较小晶粒度的连铸工艺，再经特殊的形变热处理工艺制备铜铬银合金，用该方法制备的合金组织均一性好，导电率较传统方法提升5％～8％IACS，强度保持在较高水平，延伸率也有明显提高。
具体实施方式
本发明提高连铸铜铬银合金杆电导率的方法，包括如下步骤：
(1)以石墨鳞片、硼砂、冰晶石等比例混合料作为覆盖剂；以特殊配制的含富镧混合稀土、镁和钛的中间合金作为变质剂，变质剂中富镧混合稀土、镁、钛的比例为2:2:1，占熔体总质量分数0.005％～0.010％；采用上引连铸方法制备Φ20mm铜铬银合金杆。
(2)采用的上引连铸工艺为：加入电解铜，铺上覆盖剂，覆盖剂应覆盖整个熔体，厚度70～130mm；待电解铜熔化完全，加入变质剂，合金熔体中Mn、Ni、Pb、S、Sb、Sn、Zn元素单个质量分数小于0.005％，总含量低于0.03％；搅拌静置后加入铜铬中间合金和银，熔化完全后开始上引连续铸造；采用增加了冷却区间长度的加长型结晶器，以调节连铸速度和冷却水强度来控制合金铸坯晶粒度，制备连铸合金线杆；当铜铬银合金中铬的质量分数高于0.3％时，采用的铸造工艺参数为熔体温度1350℃、连铸速度0.8m/min，高流速冷却水；当合金中铬的质量分数低于0.3％时，采用的铸造工艺参数为熔体温度1250℃、连铸速度1.2m/min，中等流速冷却水。
(3)连铸铜铬银合金杆经反复两次连续挤压和变形量为70％～80％连续拉拔后，在475～500℃时效热处理3～4小时，制成合金杆成品。
实施例1：
(1)以石墨鳞片、硼砂、冰晶石等重量比例混合料作为覆盖剂；以富镧混合稀土、镁和钛的铜中间合金作为变质剂，其中富镧混合稀土、镁和钛的重量比为2:2:1，占熔体总质量分数0.010％；采用上引连铸方法制备Φ20mm铜铬银合金杆。
(2)加入电解铜，铺上覆盖剂，覆盖剂覆盖整个熔体，厚度100mm；待电解铜熔化完全，加入变质剂，合金熔体中Mn、Ni、Pb、S、Sb、Sn、Zn元素单个质量分数分别为0.001％、0.001％、0.002％、0.002％、0.001％、0.002％、0.001％，总含量0.01％；搅拌静置后加入铜铬中间合金和银，熔化完全后开始上引连续铸造；采用1.5m的加长型结晶器熔炼Cu-0.45wt.％Cr-0.05wt.％Ag合金，铸造工艺参数为熔体温度1350℃，连铸速度0.8m/min，采用高流速冷却水，制备Φ20mm合金棒材。
(3)Φ20mm合金棒材经两次连续挤压直径保持20mm不变，经变形量为70％连续拉拔后在气氛保护的热处理炉中500℃保温3小时。
制备的Cu-0.45wt.％Cr-0.05wt.％Ag合金棒材抗拉强度为460MPa、延伸率为10％、导电率为89％IACS。采用传统方法(木炭覆盖、中温中速连铸、冷拉拔、固溶、时效)制备的合金抗拉强度465MPa、延伸率为7％、导电率为82％IACS。
实施例2：
(1)以石墨鳞片、硼砂、冰晶石等重量比例混合料作为覆盖剂；以富镧混合稀土、镁和钛的铜中间合金作为变质剂，其中富镧混合稀土、镁和钛的重量比为2:2:1，占熔体总质量分数0.005％；采用上引连铸方法制备Φ20mm铜铬银合金杆。
(2)加入电解铜，铺上覆盖剂，覆盖剂覆盖整个熔体，厚度90mm；待电解铜熔化完全，加入变质剂，合金熔体中Mn、Ni、Pb、S、Sb、Sn、Zn元素单个质量分数分别为0.001％、0.001％、0.001％、0.002％、0.002％、0.002％、0.002％，总含量0.011％；搅拌静置后加入铜铬中间合金和银，熔化完全后开始上引连续铸造；采用1.5m的加长型结晶器熔炼Cu-0.25wt.％Cr-0.05wt.％Ag合金，铸造工艺参数为熔体温度1250℃，连铸速度1.2m/min，采用中等流速冷却水，制备Φ20mm合金棒材。
(3)Φ20mm合金棒材经两次连续挤压直径保持20mm不变，经变形量为80％连续拉拔后在气氛保护的热处理炉中475℃保温4小时。
制备的Cu-0.25wt.％Cr-0.05wt.％Ag合金棒材抗拉强度为422MPa、延伸率为11％、导电率为92％IACS。采用传统方法制备的合金抗拉强度417MPa、延伸率为9％、导电率为86％IACS。
由此可见，本发明制得的铜铬银合金线杆导电性能较传统方法制备的线杆明显提高，综合性能优异，具有良好的应用前景。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的相关技术人员应当理解：可以对本发明进行修改或者同等替换，但不脱离本发明精神和范围的任何修改和局部替换均应涵盖在本发明的权利要求范围内。
