CN102191405B - 一种带钢焊接设备夹持和加载工具用铜合金及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带钢焊接设备夹持和加载工具用铜合金及其生产方法，其化学成分质量百分比为：Ni 0.5～2.0％，Cr 0.05～0.7％，Zr 0.05～0.3％，Be 0.05～0.3％，稀土0.05～0.3％，余量为Cu和不可避免的杂质元素；生产方法包括制备中间合金、熔炼纯铜制成铜合金体、固溶处理、时效处理和去应力处理，该铜合金强度和硬度高，导电性满足要求、具有一定的耐热性，由于耐磨、和耐温，能够进行焊接的次数大幅增加，提高导电、夹持铜合金部件的使用寿命。

Description

一种带钢焊接设备夹持和加载工具用铜合金及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种铜合金材料及其生产方法，尤其涉及一种带钢焊接设备夹持和加载工具用铜合金及其生产方法。

背景技术

现代钢带加工用的连续生产线，为了实现生产线的连续运行，采用焊接的方式把带钢连接在一起，获得无尾的无限长钢带实现加工生产线无停顿连续运行，在钢带加工完成后根据下道工序的要求通过剪切的方式分切成不同大小的钢卷。

焊接方式一般分为搭接焊接、闪光焊接、激光焊接等。搭接焊接、闪光焊接为电焊，需要对焊接钢带加载电流，为了实现焊接后高质量、保证加工线加工过程少发生断带需要对焊接表面碾压，由于焊接是在高温条件下进行切焊和需要焊接过程保持一定时间，焊接连接件均处在较高温度下工作。

需要焊接的钢带，有的是热轧状态，表面存在一定厚度的氧化铁、表面粗糙，存在一定厚度差，有的是冷硬状态，表面光滑，但是硬度高，有的因需要高强度、硬度添加有合金，由于强度、硬度高，导致焊接时间长。连续生产线带钢焊接用导电、夹持工具，用铜或铜合金材制造，实际使用过程中由于焊接过程发热、夹持和加载的滑动磨损、变形，使用寿命较短。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种带钢焊接设备夹持和加载工具用铜合金，该铜合金强度和硬度高，导电性满足要求、具有一定的耐热性。

本发明采用的技术方案是：

一种带钢焊接设备夹持和加载工具用铜合金，其化学成分质量百分比为：Ni0.5～2.0％，Cr0.05～0.7％，Zr0.05～0.3％，Be0.05～0.3％，稀土0.05～0.3％，余量为Cu和不可避免的杂质元素；进一步的，所述铜合金各合金元素优选含量范围为：Ni1.0～1.5％，Cr0.30～0.65％，Zr0.10～0.25％，Be0.10～0.25％，稀土0.1～0.25％，余量为Cu和不可避免的杂质元素。所述稀土为选自La和Ce中的一种或两种。

本发明采用以铜为基本金属材料，辅以铍等强化铜的合金元素，经过高温熔化、铸锭、热加工成必要的形状，均匀化等的必要热处理，获得均匀固溶合金元素和具有铜化合物沉淀硬化的铜合金；加入少量的镍，能是晶粒细化，提高机械性能、提高冲击韧性、耐腐蚀性能和热稳定性。

通过添加合金元素、形成沉淀和固溶强化获得的铜合金具有高的满足要求的导电性，同时强度、硬度高而耐磨、抗变形性好，有较高的耐热性，从而使焊接的导电、夹持部件由于减少(缓)了变形、提高了实际焊接的总时间，提高作业率，即生产线的利用率，由于耐磨、和耐温，能够进行焊接的次数大幅增加，提高导电、夹持铜合金部件的使用寿命。减少设备维护量。

一种制造所述铜合金的方法，包括以下步骤：

A、制备Cu-Zr、Cu-Cr、Cu-Be中间合金；

B、熔炼纯铜，依次加入Ni、中间合金、稀土，熔炼后，进行浇注，浇注温度1080℃～1100℃，制成铜合金体；

C、固溶处理：温度800±5℃，保温时间45～250min；

D、时效处理：纯铜粉装箱保护，即把固溶处理后的铜合金放入装满纯铜粉的箱子里，温度450～470℃时间120±10min，空冷至室温；

E、去应力处理：温度180℃±5℃保温时间100±20min。

所述步骤A中间合金的制备方法为：将铜加入预热的坩埚中熔化，升温至1150～1200℃，将预热至200℃捣碎的Zr或Cr或Be加入铜液中，升温熔化，用搅棒搅拌至全部熔化，于1200～1320℃浇锭。

采用中间合金的原因：1、便于加入高熔点的难熔合金元素；2、使合金成分尽可能准确；3、避免合金元素互熔时过热；中间合金应尽量满足下列要求：1、熔点低于或者接近于合金的融化温度；2、尽量提高难熔元素的含量；3、化学成分要均匀一致，夹杂物少；4、中间合金的铸块具有脆性，易于碎成小块，便于称量；5、能够抵抗大气的腐蚀作用，保存期不应碎成粉末。由于Zr和Cr的熔点高于Cu，单独加入时不容易溶解在铜水中，因此通过步骤A制备中间合金，使中间合金熔点低于1300℃，便于浇注。

所述步骤B中在熔炼后，浇注前加入少量铝，使铜液表面形成一层致密的三氧化二铝保护膜，加入量一般为熔液总质量的0.15～0.25％。少量铝的加入可以减少其他合金元素的蒸发和氧化，降低型腔内的蒸气，这样不仅提高了合金的流动性，减少了氧化夹杂，还改善了表面的粗糙度。

通过本方法制造的铜合金具有以下物理性能：

电导率：≥80％

抗拉强度：≥430MPa

硬度HRB：60-100

热导率W(m.k)(20℃)≥115

使用这种铜合金制造的导电、夹持和加载用部件，在焊接条件：

焊接电流值：平均值18KA，最大值25KA，最小值10KA；

焊接速度：平均值8.0m/min，最大值10m/min；

焊接碾压力：平均值8.0KN，最大值12KN

焊接寿命由普通的铜合金的2500次左右提高至3200次以上。

具体实施方式

实施例1

一种带钢焊接夹持和加载工具用铜合金，其化学成分质量百分比见表1，余量为Cu和不可避免的杂质元素；稀土元素La和Ce在合金中的作用相同，一般市售的为La和Ce的混合稀土，Ce在混合稀土中的质量百分含量为≥45％。

一种制造所述铜合金的方法，包括以下步骤：

A、制备Cu-Zr、Cu-Cr、Cu-Be中间合金，将铜加入预热的坩埚中熔化，升温至1200℃，将预热至200℃捣碎的Zr加入铜液中，升温熔化，用搅棒搅拌至全部熔化，于1200℃浇锭；Cu-Cr、Cu-Be中间合金制备方法同Cu-Zr中间合金；

B、熔炼纯铜，依次加入Ni、中间合金、混合稀土，熔炼后，进行浇注，浇注温度1100℃，制成铜合金体；

C、固溶处理：温度800±5℃，保温时间250min；

D、时效处理：纯铜粉装箱保护，即把固溶处理后的铜合金放入装满纯铜粉的箱子里，更好地防止铜合金氧化，温度470℃，时间130min，然后空冷至室温；

E、去应力处理：温度180℃±5℃保温时间120min。

实施例2

一种带钢焊接夹持和加载工具用铜合金，其化学成分质量百分比见表1，余量为Cu和不可避免的杂质元素。

一种制造所述铜合金的方法，包括以下步骤：

A、制备Cu-Zr、Cu-Cr、Cu-Be中间合金，将铜加入预热的坩埚中熔化，升温至1150℃，将预热至200℃捣碎的Zr加入铜液中，升温熔化，用搅棒搅拌至全部熔化，于1320℃浇锭；Cu-Cr、Cu-Be中间合金制备方法同Cu-Zr中间合金；

B、熔炼纯铜，依次加入Ni、中间合金、混合稀土，熔炼后，进行浇注，浇注温度1080℃，浇注前加入少量铝，使铜液表面形成一层致密的三氧化二铝保护膜，加入量一般为熔液总质量的0.15～0.25％，以能够完全覆盖熔液表面为宜，制成铜合金体；

C、固溶处理：温度800±5℃，保温时间50min；

D、时效处理：纯铜粉装箱保护，即把固溶处理后的铜合金放入装满纯铜粉的箱子里，目的是防止铜合金氧化，温度450℃，时间110min，然后空冷至室温；

E、去应力处理：温度180℃±5℃保温时间80min。

实施例3

一种带钢焊接夹持和加载工具用铜合金，其化学成分质量百分比见表1，余量为Cu和不可避免的杂质元素。

一种制造所述铜合金的方法，包括以下步骤：

A、制备Cu-Zr、Cu-Cr、Cu-Be中间合金，将铜加入预热的坩埚中熔化，升温至1180℃，将预热至200℃捣碎的Zr加入铜液中，升温熔化，用搅棒搅拌至全部熔化，于1300℃浇锭；Cu-Cr、Cu-Be中间合金制备方法同Cu-Zr中间合金；

B、熔炼纯铜，依次加入Ni、中间合金、混合稀土，熔炼后，进行浇注，浇注温度1080℃，浇注前加入少量铝，使铜液表面形成一层致密的三氧化二铝保护膜，制成铜合金体；

C、固溶处理：温度800±5℃，保温时间200min；

D、时效处理：纯铜粉装箱保护，即把固溶处理后的铜合金放入装满纯铜粉的箱子里，目的是防止铜合金氧化，温度460℃，时间120min，然后空冷至室温；

E、去应力处理：温度180℃±5℃保温时间100min。

实施例4

一种带钢焊接夹持和加载工具用铜合金，其化学成分质量百分比见表1，余量为Cu和不可避免的杂质元素。

一种制造所述铜合金的方法，包括以下步骤：

A、制备Cu-Zr、Cu-Cr、Cu-Be中间合金，将铜加入预热的坩埚中熔化，升温至1170℃，将预热至200℃捣碎的Zr加入铜液中，升温熔化，用搅棒搅拌至全部熔化，于1310℃浇锭；Cu-Cr、Cu-Be中间合金制备方法同Cu-Zr中间合金；

B、熔炼纯铜，依次加入Ni、中间合金、混合稀土，熔炼后，进行浇注，浇注温度1090℃，浇注前加入少量铝，使铜液表面形成一层致密的三氧化二铝保护膜，制成铜合金体；

C、固溶处理：温度800±5℃，保温时间180min；

D、时效处理：纯铜粉装箱保护，即把固溶处理后的铜合金放入装满纯铜粉的箱子里，目的是防止铜合金氧化，温度460℃，时间120min，然后空冷至室温；

E、去应力处理：温度180℃±5℃保温时间100min。

表1实施例化学成分及焊接寿命(次)

Claims (5)

1.一种带钢焊接设备夹持和加载工具用铜合金，其特征在于：其化学成分质量百分比为：Ni1.0~1.5%，Cr0.30~0.65%，Zr0.10 ~0.25%，Be0.10~0.25%，稀土0.1 ~0.25 %，余量为Cu和不可避免的杂质元素。

2.如权利要求1所述的铜合金，其特征在于：所述稀土为选自La和Ce中的一种或两种。

3.一种制造如权利要求1所述的铜合金的方法，包括以下步骤：

A、制备Cu-Zr、Cu-Cr、Cu-Be中间合金；

B、熔炼纯铜，依次加入Ni、中间合金、稀土，熔炼后，进行浇注，浇注温度1080~1100℃，制成铜合金体；

C、固溶处理：温度800±5℃，保温时间45~250min；

D、时效处理：纯铜粉装箱保护,即把固溶处理后的铜合金放入装满纯铜粉的箱子里，温度450~470℃ 时间120±10min，空冷至室温；

E、去应力处理：温度180℃±5℃ 保温时间100±20min。

4.如权利要求3所述的制造方法，其特征在于：所述步骤A中间合金的制备方法为：将铜加入预热的坩埚中熔化，升温至1150~1200℃，将预热至200℃捣碎的Zr或Cr或Be加入铜液中，升温熔化，用搅棒搅拌至全部熔化，于1200~1320℃浇锭。

5.如权利要求3或4所述的制造方法，其特征在于：所述步骤B中在熔炼后，浇注前加入少量铝，使铜液表面形成一层致密的三氧化二铝保护膜。