[发明专利]一种大型钛铜锻件及其制造方法

说明书

本发明公开了一种大型钛铜锻件及其制造方法，该钛铜锻件单件重量大于1.5吨，含有质量分数1.2～4.5％的Ti，剩余部分为铜及不可避免的杂质，其平均晶粒度小于35μm，导电率大于11%IACS，轴向抗拉强度为大于880MPa。制造方法如下：熔铸→表面加工→下料→一次加热→一次锻造→一次固溶→二次加热→锻造成型→二次固溶→时效热处理；下料的料坯起始形状为方形，所述的一次锻造为对角方向墩粗，直径方向整体压扁方；所述的一次固溶温度820～980℃，固溶时间为1～50分钟；所述的二次固溶温度为680～820℃，固溶时间为1～45分钟。本发明解决了大型钛铜在锻造过程中端部及表面开裂的问题，降低了废品率。

技术领域

本发明本发明涉及铜合金，特别涉及一种大型钛铜合金锻件及其制作方法。

背景技术

一直以来在电子、通讯、汽车、航空航天等需精密仪器的行业领域，号称“弹性材料之王”的铍铜合金利用其高强度、高弹性、良好的耐磨性、导电、导热、无磁和冲击无火花等性能，一直占据该领域的主导地位，但由于铍铜在生产时存在毒粉尘问题，人体吸入会产生一种能够使组织器官病变的物质，引发癌症等疾病，并且在高温下抗应力松弛能力差、高温导电稳定性低和时效之后元件的变形度大等问题，已满足不了精密仪器和大型耐磨零部件的要求，急需找一种完全能替代铍铜的材料。

钛铜是一种高性能时效强化型的环保铜合金，通过Ti在合金中析出，并且偏聚产生浓度差，阻碍位错的运动实现强度提升，钛铜具有很高的强度、硬度、弹性极限和良好的导电导热性能，是目前替代铍铜性能最稳定的铜合金。钛铜的研究从上世纪50年代开始，但常规的生产模式都是通过熔铸—热轧—冷轧来生产钛铜带材，因为钛铜在生产过程中极易产生开裂时效，在大型锻件领域一直没有成熟的生产工艺，无法实现大型钛铜锻件的生产。在这种情况下为了解决大型钛铜锻件的制造难题，进一步提升钛铜产品的规格和产品质量，需要对大型钛铜锻件的制造方法进行深入研究。

发明内容

本发明目的是提出一种大型钛铜锻件及其制造方法，以解决现有大型钛铜锻件的制造难题。

本发明在传统熔铸—热轧—冷轧生产钛铜带材的工艺基础上，提供一种大型钛铜锻件的制备方法，该方法能使大型钛铜锻件在锻造过程中降低裂纹倾向、提高产品组织均匀性，保证最终产品质量，最终大型钛铜锻件的平均晶粒度小于35μm，导电率大于11%IACS，轴向抗拉强度为大于880MPa。

进一步在除了含有质量分数1.2～4.5％的Ti，还有质量分数0.2～2.2%的Fe、Co、Ni、Cr、Mn及P中的2种以上作为第三元素，剩余部分由铜及不可避免的杂质构成。Ti的含量是引起时效强化的主要元素，其它第三元素的配比可以起到细化晶粒的目的，该钛铜锻件单件重量大于1.5吨。

优选的：晶粒度为10-35μm，导电率11-36%IACS，轴向抗拉强度为880-1350MPa。

大型钛铜锻件的制造方法，工艺流程如下：钛铜熔炼铸锭→铸锭表面加工→下料→一次加热→一次锻造→一次固溶→二次加热→锻造成型→二次固溶→时效热处理。下料的料坯起始形状为圆柱形。本发明在解决上述方法的过程中发现，在钛铜铸锭第一次锻造过程中垂直墩粗，墩粗后在端面棱角处极易产生开裂，改用下料过程中对端面倒R5～30mm的圆角，在第一次锻造墩粗为对角方向墩粗，墩粗为沿着端面圆角方向整体墩粗压下20～400mm，在保证铸锭芯部受压应力的状态下降低了开裂风险。

其中一次加热温度为750～900℃，加热时间为4～840分钟，使铸锭在热透的状态下进行对角方向墩粗，保证墩粗变形量，墩粗完成后沿着直径方向整体压扁方，压扁方要求铸锭轴向平行于砧长方向，这样可以保证铸锭各个区域受力均匀，进一步降低产生裂纹的风险，最终扁方的横截面厚度H与宽度B的关系满足1.1≤B/H≤2.0。