本發(fā)明屬于銅合金，具體涉及一種高導(dǎo)耐高溫銅鉻鋯合金板材及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、鉻鋯銅系合金是典型的時(shí)效強(qiáng)化型合金，目前已有諸多專利報(bào)道其通過對(duì)時(shí)效工藝的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)對(duì)彌散析出相的控制，進(jìn)而獲得強(qiáng)度大于400mpa，導(dǎo)電率大于75％iacs

2、鉻鋯銅系合金材料，目前已廣泛應(yīng)用于焊機(jī)電極、結(jié)晶器背板等這類高溫使用的零部件。然而隨著焊機(jī)等設(shè)備的加熱溫度越來越高，不僅要求基體材料具有良好的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能，以滿足其使用工況，同時(shí)要求材料具有高硬度和耐高溫性能，以減小材料在高溫使用條件下發(fā)生的變形，提高其使用壽命。為獲得兼具高導(dǎo)電、導(dǎo)熱和耐高溫的鉻鋯銅合金板，目前主流的解決方式是采用大變形量提高材料硬度并配合過時(shí)效工藝加工。

3、公開號(hào)為cn110835699a的發(fā)明專利申請(qǐng)公開了一種高強(qiáng)高導(dǎo)銅鉻鋯系合金材料及其制備方法。該材料的重量百分比組成為：cr：0.5～1.5％，zr：0.05～0.3％，mg：0.02～0.1％，si：0.005～0.01％，fe：0.002～0.005％，其余為cu，另外合金中還包括ti、la、b、ca四種元素中的兩種，各元素含量均為0.001～0.005％，合金元素總含量為0.005～0.01％。通過熔煉及鑄造，熱軋，銑面，粗軋，中間退火，中軋，高溫快速固溶處理，精軋和時(shí)效處理制備得到該材料。

4、公開號(hào)為cn113718129a的發(fā)明專利申請(qǐng)公開了一種鉻鋯銅合金，其特征在于，該鉻鋯銅的質(zhì)量百分比組成為cr：0.5～1.1wt％，zr：0.05～0.12wt％，si：0.01～0.05wt％，mg：0.005～0.01wt％，余量為cu和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明在傳統(tǒng)鉻鋯銅合金的基礎(chǔ)上添加mg、si，對(duì)材料基體進(jìn)行細(xì)化，其塑性變形能夠分散在更多晶粒上進(jìn)行，協(xié)調(diào)變形更充分，內(nèi)應(yīng)力減小，晶界增多能夠增加位錯(cuò)滑移的難度，并且可以使材料在時(shí)效過程中控制析出相的位置與大小，獲得更彌散分布、顆粒更細(xì)小的析出相，使其強(qiáng)度、塑性和抗高溫軟化溫度均增加。

5、然而以采用上述專利申請(qǐng)公開的工藝制備的鉻鋯銅合金板為基體的零件，在使用初期的確性能優(yōu)良，然而在反復(fù)升溫降溫工況下使用時(shí)，由于過時(shí)效形成的析出相較為粗大，表層的硬度會(huì)逐漸下降，使得零件發(fā)生翹曲或彎曲，最終導(dǎo)致元件的失效。

6、針對(duì)上述問題，國內(nèi)外對(duì)于鉻鋯銅材料進(jìn)行了微合金化處理，但該方式的微合金化元素的添加方式、添加數(shù)量和比例均需要嚴(yán)格控制，工業(yè)化生產(chǎn)的穩(wěn)定性較差，且額外增加了加工成本。

7、因此，本發(fā)明旨在開發(fā)一種組織織構(gòu)調(diào)控的制備方法，解決鉻鋯銅板表層因反復(fù)受熱導(dǎo)致的硬度下降問題，進(jìn)而獲得一種兼顧導(dǎo)電性、高硬度和良好耐熱性能的鉻鋯銅材料，以適應(yīng)焊機(jī)電極、結(jié)晶器背板等的使用需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種高導(dǎo)電、高硬度和良好耐熱性能的鉻鋯銅合金。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種高導(dǎo)耐高溫銅鉻鋯合金板材，按質(zhì)量百分比計(jì)，所述高導(dǎo)耐高溫銅鉻鋯合金板材的各組分包括cr：0.50-1.50wt％，zr：0.08-0.30wt％，和cu：98.2-99.4wt％；

3、所述高導(dǎo)耐高溫銅鉻鋯合金板材的組織包括s型織構(gòu)和cube型織構(gòu)，

4、從所述高導(dǎo)耐高溫銅鉻鋯合金板材的內(nèi)層至表層，所述s型織構(gòu)與cube型織構(gòu)的體積百分比比值呈現(xiàn)梯度遞增。

5、作為結(jié)晶器背板的基材，本發(fā)明制備的銅鉻鋯合金板材要具有良好耐熱性能，尤其是表層的要承受長(zhǎng)時(shí)間的高溫溫度，否則一旦材料變軟發(fā)生彎曲，會(huì)帶來極大的使用隱患，同cube型織構(gòu)相比，s型織構(gòu)的耐高溫性能更好，因此本發(fā)明通過提高表層的s型織構(gòu)體積比，從而使材料表層獲得更好的耐高溫效果。

6、優(yōu)選地，在所述高導(dǎo)耐高溫銅鉻鋯合金板材的表層，所述s型織構(gòu)和cube型織構(gòu)的體積百分比的比值為1.1-1.8；

7、在所述高導(dǎo)耐高溫銅鉻鋯合金板材的內(nèi)層，所述s型織構(gòu)和cube型織構(gòu)的體積百分比的比值為0.4-1.0。

8、本發(fā)明通過控制表層的s型織構(gòu)在較高含量范圍，使得本發(fā)明提供的鉻鋯合金板材具有較高的強(qiáng)度、硬度，和抗高溫軟性性能，如果表層的s型織構(gòu)過高，則會(huì)導(dǎo)致表層和內(nèi)層的硬度和強(qiáng)度差距過大，材料內(nèi)部存在加工應(yīng)力，在高溫下更容易發(fā)生彎曲變形，本發(fā)明通過控制內(nèi)層的cube型織構(gòu)的含量，使得本發(fā)明提供的鉻鋯合金板材具有較高的導(dǎo)電性能，如果內(nèi)存的cube型織構(gòu)的含量過多，則材料內(nèi)層硬度和強(qiáng)度較低，材料性能的均勻性差，不能滿足產(chǎn)品使用要求。

9、進(jìn)一步優(yōu)選地，在所述高導(dǎo)耐高溫銅鉻鋯合金板材的表層，所述s型織構(gòu)和cube型織構(gòu)的體積百分比的比值為1.4-1.6，在所述高導(dǎo)耐高溫銅鉻鋯合金板材的內(nèi)層，所述s型織構(gòu)和cube型織構(gòu)的體積百分比的比值為0.5-0.8。在該比值范圍條件下，材料的高溫軟化溫度更高。

10、優(yōu)選地，在厚度方向，所述高導(dǎo)耐高溫銅鉻鋯合金板材的表層為板材表面-1/4t；

11、在厚度方向，所述高導(dǎo)耐高溫銅鉻鋯合金板材的內(nèi)層為1/4t-3/4t，不包含1/4t和3/4t處；

12、其中，t為板材的厚度。

13、優(yōu)選地，在所述高導(dǎo)耐高溫銅鉻鋯合金板材中，s型織構(gòu)的體積百分比為25-40％，cube型織構(gòu)的體積百分比為40-60％。

14、優(yōu)選地，所述高導(dǎo)耐高溫銅鉻鋯合金板材的抗拉強(qiáng)度為400-490mpa，硬度為125-145hb，導(dǎo)電率為83-87％iacs，耐高溫軟化溫度為580℃

15、另一方面，本發(fā)明還提供了一種高導(dǎo)耐高溫銅鉻鋯合金板材的制備方法，所述制備方法的工藝流程包括：熔煉→半連續(xù)鑄造→銑面→熱鍛→固溶處理→第一次冷鍛→時(shí)效處理→第二次冷鍛→表面加工；

16、其中，按照所述高導(dǎo)耐高溫銅鉻鋯合金板材的各組分質(zhì)量百分比進(jìn)行配料、熔煉；

17、所述熱鍛的溫度為820-900℃，所述第一次冷鍛的加工率為15-35％，第二次冷鍛的加工率為5-15％。

18、本發(fā)明通過控制熱鍛的溫度，使得坯料內(nèi)部由鑄造織構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)樵俳Y(jié)晶織構(gòu)(cube織構(gòu))，為后續(xù)織構(gòu)的調(diào)節(jié)打下基礎(chǔ)，如果熱鍛的溫度過低則不足以轉(zhuǎn)變鑄造織構(gòu)，如果熱鍛的溫度過高則再結(jié)晶織構(gòu)占比過高，后續(xù)冷鍛加工無法獲得足夠的加工織構(gòu)(s型織構(gòu))，致使材料的力學(xué)性能不滿足要求。

19、本發(fā)明通過控制第一次冷鍛的加工率在較高的范圍內(nèi)，使得固溶處理后的坯料組織沿著加工方向拉長(zhǎng)，部分的cube織構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)閟型織構(gòu)，通過控制第二次冷鍛加工的加工率在較低的水平，使得坯料表面的s型織構(gòu)的占比較高，而對(duì)內(nèi)層cube織構(gòu)的影響不大，由于坯料表面的s型織構(gòu)占比高，因此制得的板材具有較高的強(qiáng)度、硬度和耐熱性能，又由于板材內(nèi)部的cube織構(gòu)的占比較高，使得板材的導(dǎo)電率較高。

20、本發(fā)明通過將第二次冷鍛的加工率控制在較低的水平，在不明顯降低材料導(dǎo)電性能的基礎(chǔ)上，提高材料表層的耐高溫性能，通過上述第二次冷鍛的加工后，材料厚度方向外層的s型織構(gòu)占比上升，材料的硬度提升20-30hb，同時(shí)耐高溫性能更好，高溫軟化溫度可達(dá)到580℃，高于普通時(shí)效處理的鉻鋯銅材料的550℃，而厚度方向內(nèi)層的織構(gòu)比例無明顯變化，保證材料的導(dǎo)電性能不會(huì)發(fā)生明顯下降。

21、當(dāng)?shù)诙卫溴懠庸ぢ市∮?％時(shí)，s型織構(gòu)占比變化不大，材料的硬度和耐高溫性能提升有限；當(dāng)冷鍛加工率大于15％時(shí)，由于鉻鋯銅板的塑性變形能力有限，材料會(huì)發(fā)生開裂。綜上所述，本發(fā)明采用5-15％的冷鍛加工率，對(duì)s型織構(gòu)和cube織構(gòu)的占比進(jìn)行有效控制，從而提高板材的耐高溫性能。

22、優(yōu)選地，所述熱鍛的溫度為加工率為45-75％。

23、優(yōu)選地，加熱鍛的輔助工裝模具預(yù)熱到250℃以上。

24、優(yōu)選地，所述固溶處理的溫度為920-980℃。

25、銅鉻鋯合金的時(shí)效效果好壞與固溶效果息息相關(guān)，本發(fā)明通過控制固溶處理的溫度，使得cr元素和zr元素的能夠充分固溶，同時(shí)避免材料晶粒長(zhǎng)大明顯，晶粒粗大后，材料的性能會(huì)出現(xiàn)明顯的下降。

26、優(yōu)選地，所述時(shí)效處理的溫度為420-500℃。

27、本發(fā)明通過控制時(shí)效處理的溫度，使得cr元素能夠析出形成強(qiáng)化相，提升材料的硬度和強(qiáng)度，同時(shí)能夠?qū)?nèi)部組織中的部分s型織構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)閏ube織構(gòu)，以提升坯料內(nèi)層中cube織構(gòu)的含量，從而提升板材的導(dǎo)電率；還能夠避免s型織構(gòu)的過多轉(zhuǎn)化，使得耐高溫性能下降明顯。

28、優(yōu)選地，所述熔煉的加料順序?yàn)椋合燃尤腚娊忏~板，再加入所需成分要求的銅鉻和銅鋯中間合金，隨后升溫至1250-1350℃，待上述材料全部熔化后，在表面覆蓋燒紅的木炭，進(jìn)行擴(kuò)散脫氧。隨后降溫至1200-1300℃，并進(jìn)行直讀光譜測(cè)試，待成分合格后進(jìn)行鑄造。

29、本發(fā)明采用非真空法進(jìn)行銅鉻鋯合金鑄錠的鑄造，目前主流的銅鉻鋯合金采用真空鑄造，但真空爐生產(chǎn)效率低，生產(chǎn)成本高，且由于鑄錠自重小，因此無法制作大尺寸零部件。而本發(fā)明采用的半連續(xù)鑄造方法具有兩大優(yōu)勢(shì)，一是鑄錠自重可達(dá)3噸以上，可進(jìn)行大尺寸零部件的加工；二是zr元素以銅鉻中間合金的形式，在鑄造過程中加入溜槽，解決了非真空鑄造zr元素的燒損問題，保證了鑄錠中zr元素的均勻性，也為后續(xù)組織控制奠定了基礎(chǔ)；三是銅鉻鋯系合金在鑄造時(shí)容易出現(xiàn)皮下夾雜，這主要是由于在鑄造時(shí)形成含cr或zr的氧化物，而本發(fā)明鑄造時(shí)可及時(shí)去除結(jié)晶器上沿的夾渣，大大降低鑄錠出現(xiàn)皮下夾渣的發(fā)生概率。

30、另一方面，本發(fā)明還提供了所述高導(dǎo)耐高溫銅鉻鋯合金板材在焊機(jī)電極、結(jié)晶器背板或高精度模具材料上的應(yīng)用。

31、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

32、本發(fā)明通過控制s型織構(gòu)和cube織構(gòu)的體積百分比，從板材的內(nèi)層至表層的梯度遞增變化，使得表層的s型織構(gòu)含量較高，有利于提升板材的強(qiáng)度、硬度和耐熱性能，又使得內(nèi)層的cube織構(gòu)含量較高，有利于提升板材的導(dǎo)電率。

33、本發(fā)明通過控制熱鍛溫度使得坯料內(nèi)部形成大量的cube織構(gòu)，為后續(xù)的織構(gòu)調(diào)控奠定基礎(chǔ)，通過控制第一次冷鍛的加工率，獲得部分s型織構(gòu)，然后通過較低加工率的第二次冷鍛，使得板材表層的s型織構(gòu)明顯增加，但又盡量減小對(duì)板材內(nèi)層的cube織構(gòu)的影響，從而得到從內(nèi)層至表層，s型織構(gòu)與cube織構(gòu)的質(zhì)量百分比呈現(xiàn)梯度遞增的變化，有利于獲得兼顧導(dǎo)電性、高硬度和良好耐高溫性能的鉻鋯銅材料。