[发明专利]一种高强高导耐热铜合金的生产方法

说明书

本发明公开了一种高强高导耐热铜合金的生产方法，属于铜合金加工技术领域，本发明上引连铸过程采用的结晶器，其内衬为炭炭复合材料，以保证润滑、高导热和耐高温性能；上引连铸的温度为1180～1230℃，拉铸温度较低，能够有效避免拉铸时结晶器内熔液难以凝固和结晶器内衬磨损的问题；通过控制上引炉液面保护气体氮气的压力为0.2～0.7个大气压，避免拉铸时结晶器内固‑液交界面分离，以生产较大重量和长度的铜铬合金产品；本发明高强高导耐热铜合金的生产方法使用廉价元素(Mg)代替稀贵金属，提高了铜铬合金的力学性能和抗软化性能，本发明生产方法是一种非真空、短流程制备工艺，成本低廉，适合大规模产业化制造，具有重要的经济和社会意义。

技术领域

本发明属于铜合金加工技术领域，具体涉及一种高强高导耐热铜合金的生产方法。

背景技术

随着电子产业和高速铁路快速发展，高强高导铜合金需求量日益增加，特别是随着高铁提速到350km/h以上，高铁接触网线使用的铜合金，要求一个跨距内尽量使一根完整的线(1000mm)，中间没有焊点，以保证使用安全，以截面为150mm²的接触网线为例，加上防线和挂线的要求，单根线要1200m长，需要制备的线坯单卷重达到2.5吨，才能满足要求，而且要求铜合金应具有高的强度和电导率，同时要求优异的耐高温使用性能和抗软化性能。

铜铬合金是典型的时效强化铜合金，是较为理想的高强高导铜合金，但该合金的缺点是抗软化性能较差。国内外通过添加Zr，Ag和In等元素改善铜铬系合金性能取得了较为理想的效果，但Zr元素易烧损，成分稳定化控制难；而Ag和In属于贵金属元素，使得生产成本剧增。目前铜铬合金的制备过程一般需要采用真空熔炼和铸造，以减少氧化和挥发，保证产品具有符合要求的化学成分，现有铜铬合金的生产方法主要有：(1)真空熔炼→挤压工艺，由于真空感应炉所固有的结构，其生产方式仅局限于周期性的产品，且由于坩埚容量是一定的，单件铸造重量和长度受到一定的限制，其生产成本较高；(2)非真空熔炼→连铸→挤压工艺，其缺点在于合金中成分难以控制，由于连铸工艺采用水平连铸或立式半连铸，传统的结晶器内衬采用石墨材料，往往会发生化学反应：C+Cr→Cr₂₃C₆，从而使得结晶器内表面变得粗糙，导致上引过程中断，无法生产较大重量和长度的铜铬合金产品。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强高导耐热铜合金的生产方法，在非真空环境下制备较大重量和长度的铜铬合金产品，以降低生产成本，提高铜铬合金的抗拉强度、硬度、电导率和抗软化性能。

本发明提供的这种高强高导耐热铜合金的生产方法，包括以下步骤：

(1)将高强高导耐热铜合金原料加入感应熔炼炉，添加覆盖剂，在保护气氛下进行熔炼，得到铜合金熔体；

(2)将步骤(1)所得铜合金熔体转入上引连铸炉内，采用木炭作为覆盖剂，控制上引炉液面保护气体氮气的压力0.2～0.7个大气压，拉铸温度为1180～1230℃，采用内衬层为炭炭复合材料的结晶器，拉铸过程保持上引连铸炉、结晶器内铜合金熔体的液面不变，上引料达到规定重量下盘，得到铜合金杆坯；

(3)将步骤(2)所得铜合金杆坯经过连续挤压、固溶处理、一次冷拉、组合形变热处理和二次冷拉，得到所述高强高导耐热铜合金。

优选的，所述炭炭复合材料由以下原料制得，其原料按重量百分比包括：石墨60～70％；碳纤维30～40％。

优选的，所述步骤(1)中，高强高导耐热铜合金原料的具体组分为：Cr 0.2～1.0wt％；Mg 0.05～0.2wt％；Si:0～0.1wt％；Zr:0.03～0.20wt％；Ce 0～0.15wt％；余量为Cu，各组分重量百分比之和为100％。

优选的，所述步骤(1)中，覆盖剂采用冰晶石、工业纯碱、萤石和木炭的混合物，所述冰晶石、工业纯碱、萤石和木炭的质量比为(10％～15％)：(15％～25％)：(10％～20％)：(50％～65％)。