[发明专利]插套用高性能铜合金材料及制造方法

说明书

本发明提供一种插套用高性能铜合金材料及制造方法；该材料包含：0.5‑2.0质量％的Ni，0.5‑2.0质量％的Sn，0.15‑0.5质量％的Si，2.0‑12.0质量％的Zn，0.03‑0.10质量％的P，余量是铜和不可避免的杂质；工序包括：在熔炼、铸造形成上述配方成分的合金铸锭后，进入热轧工序，第一次冷轧，第一次退火，第二次冷轧，第二次退火，第三次冷轧然后成品退火；其中热轧工序的总加工率大于90％，三次冷轧工序中第一次冷轧工序以大于60％小于90％的总冷加工率进行轧制、第二次冷轧工序以45％‑75％的总冷加工率冷轧至留底厚度，第三次冷轧工序以15％‑35％总冷加工率冷轧至最终厚度。具有强度适中、屈强比高以及弹性模量、导电率、抗应力松弛等综合性能优异的优点。

技术领域

本发明涉及民用电工领域插座、转换器和开关中插套用新型铜合金材料，具体涉及一种插套用高性能铜合金材料及制造方法。

背景技术

锡磷青铜是应用最广泛的弹性铜合金，通过锡元素固溶强化和冷加工硬化可获得较高的机械性能，同时具有较高的延伸率，易于加工成复杂形状的弹性元件。

由于锡原子半径与铜原子半径尺寸相差较大，锡固溶造成的晶格失配度大，导致锡磷青铜形变硬化率非常高，因此在冷加工生产过程中中间退火次数多，生产周期较长；另锡元素、磷元素显著降低铜的导电率，一般锡4-9％、磷0.1-0.25％含量的锡磷青铜导电率偏低，介于11％至19％IACS之间；加之锡为贵金属、价格偏高，故锡磷青铜的成本也一直居高不下；鉴于以上原因材料工作者一直致力于研制低锡或无锡铜合金来代替锡磷青铜。

插套是插座中载流核心部件，冲制插套的材料通常采用铜合金，其性能指标一般要求如下：抗拉强度在490-540MPa、屈服强度470-510MPa、延伸率≥10％、硬度HV150-170；当材料力学性能过高时，材料冲压困难、尺寸不稳定；而力学性能过低时，材料虽易于冲型但降低插套插拔手感及使用寿命；因此在插套开口尺寸一定的前提下，尽量提高材料的弹性模量，改善插拔手感，一般要求材料的弹性模量≥110GPa；另在插套结构一定的前提下，还要尽量提高材料的导电率，降低插套温升，一般要求材料的导电率≥12％；插套在使用过程中承载一定的电流负载并同时存在一定量的弹性变形，因此材料必须具有良好的抗应力松弛性能，另插套在使用过程中必须能经受住数以万计次的插拔，因此材料必须具有良好的抗插拔疲劳性。

目前国内外插座中插套主打材料仍是锡磷青铜，也有部分插套采用普通黄铜(如H62)和紫铜(如T2)；然而作为插套材料的普通黄铜、紫铜以及锡磷青铜都存在不足，如黄铜、紫铜的抗应力松弛特性较差、疲劳寿命低；而锡磷青铜成本高、导电率偏低。

现有的先进铜合金材料也多有报道，如现有技术提及了一种强度、屈服强度、延伸率及导电性优异且具有良好弯曲加工性能的电气元件用铜合金材料，该铜合金具有抗拉强度大于等于700MPa，延伸率大于等于10％，导电率大于等于40％IACS。其制造方法包括：第1冷轧工序，形成铜合金原料后，将铜合金原料冷轧至目标最终板厚的1.1-1.3倍厚度；第1热处理工序，将第1冷轧后的材料加热至700-850℃后，以每分钟25℃以上的速度冷却至300℃以下；第2冷轧工序，将第1热处理后的材料冷轧至目标最终板厚；第2热处理工序，将第2冷轧后的材料加热至400-500℃，保持0.5-3小时。详细工艺流程可见附图1。

但是按该合金材料成分配比和加工工艺，所获得材料的抗拉强度太高、应用于插套将会导致插套的成型加工困难；此外该合金在制造过程其第2冷轧工序的冷加工率仅仅约17％，加工率太小，不利于镍硅、镍磷化合物的析出，显著降低材料弹性模量和抗应力松弛特性。