阅读说明：本技术 一种铜锌镍合金电极母线及其制备方法 (Copper-zinc-nickel alloy electrode bus and preparation method thereof ) 是由 郑恩奇 叶东皇 于 2020-06-05 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种铜锌镍合金电极母线,其特征在于：该铜锌镍合金电极母线的重量百分比组成为Cu：56.0～62.0wt％、Ni：0.5～3.5wt％、B：0.003～0.01wt％、Sn：0.005～0.02wt％、Pb≤0.007wt％,余量Zn及不可避免的杂质。本发明铜锌镍合金电极母线的强度与塑性高,材料性能均匀,铜锌镍合金电极母线可以实现规格小于φ1.6mm,抗拉强度550MPa以上,延伸率20％以上,满足高速、高精度线切割加工需求。(The invention relates to a copper-zinc-nickel alloy electrode bus, which is characterized in that: the copper-zinc-nickel alloy electrode bus comprises the following components in percentage by weight: 56.0 to 62.0 wt%, Ni: 0.5-3.5 wt%, B: 0.003 to 0.01 wt%, Sn: 0.005-0.02 wt%, Pb less than or equal to 0.007 wt%, and the balance of Zn and inevitable impurities. The copper-zinc-nickel alloy electrode bus has high strength and plasticity and uniform material performance, can realize the specification of less than phi 1.6mm, the tensile strength of more than 550MPa and the elongation of more than 20 percent, and meets the requirements of high-speed and high-precision wire cutting processing.)

一种铜锌镍合金电极母线及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种铜合金，具体涉及一种铜锌镍合金电极母线及其制备方法。

背景技术

放电加工又称为电火花加工，其被广泛地应用于精密的金属加工过程中。放电加工是将欲加工的金属以及工具电极共同浸没在绝缘介质中，并在欲加工的金属以及工具电极之间施加周期性快速变化的电压脉冲，进而使欲加工的金属以及工具电极之间因脉冲性的放电产生局部高温，通过局部高温熔化或气化欲加工的金属。通过控制工具电极以及欲加工的金属之间的运动以及电压脉冲的频率，在欲加工的金属上蚀除掉不必要的部分，从而在金属上形成所需要的特定形状。

在多种放电加工的方法中，放电线切割加工是使用切割线(电极母线)作为工具电极，根据放电加工的原理，通过线材及欲切割的金属间因脉冲性的放电所产生的局部高温，进而切割金属。放电线切割加工由于线材及欲切割的金属间几乎不存在切削力，相较于机械加工，可避免加工工具对于欲切割的金属产生的应力对于所述金属的机械特性产生不良的影响。

目前，线切割用电极母线使用铜锌合金材料较为普遍，在母线高速走丝切割时锌具有良好的气化排屑作用，提高了线切割加工效率。然而在Zn含量较高时，母线材料塑性下降，增加了走丝时切割断线的风险，当电极丝规格低于φ0.3mm时，断线率达到3～5次/吨甚至更多。另外，通过对现有的电极母线微观组织进行分析，存在大量的柱状α相且组织的晶粒粗大，柱状α相导致铜合金电极母线的性能不均匀，在线切割时力学性能薄弱的地方容易断裂，晶粒粗大使得材料的强度下降，也容易造成断线。

因此，针对现有的铜锌合金电极母线及其制备方法需要改进。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种强度高、塑性好且性能均匀的铜锌镍合金电极母线。

本发明解决第一个技术问题所采用的技术方案为：一种铜锌镍合金电极母线，其特征在于：该铜锌镍合金电极母线的重量百分比组成为Cu：56.0～62.0wt％、Ni：0.5～3.5wt％、B：0.003～0.01wt％、Sn：0.005～0.02wt％、Pb≤0.007wt％，余量Zn及不可避免的杂质。

为了改善现有铜锌合金电极母线的塑性，在铜锌合金中添加一定含量的Ni，Ni在提高合金塑性的同时使得合金具有一定的抗高温软化性，当Ni的添加量低于0.5wt％，电极母线的塑性和抗高温软化性提高不明显，当Ni的添加量高于3.5wt％，后续加工难度增大，且铜锌合金电极母线的原材料成本提升。本申请中添加0.005～0.02wt％Sn，在增加铜锌合金电极母线强度的同时不降低塑形。本申请中添加0.003～0.01wt％B，B元素的加入可以起到细化晶粒的作用，晶粒的细小可以获得高强度且塑性降低不明显，同时材料的性能更加均匀。

作为优选，所述铜锌镍合金电极母线还含有0.001～0.1wt％的ER，所述ER选自La、Ce中的至少一种。添加稀土元素La、Ce促进消除铸态组织，细化晶粒，起到除杂、净化作用，减少夹杂弱化晶界的可能，由此降低了母线走丝切割时出现沿晶开裂的几率。

作为优选，所述铜锌镍合金电极母线是以α相为基体，在α相上析出细小的β相，所述α相中的柱状α相面积分数控制在40％以下，所述β相为细小的颗粒状，所述颗粒上两点之间的最长距离为3～5微米。本申请铜锌镍合金电极母线的是以α相为基体，在α相上析出细小的β相。

α相作为基体相，为基体提供强度的同时具有优良的塑形，在铸造时如果铸造参数控制不当，α相极易形成粗大的柱状晶，粗大的柱状晶在后续加工时很难消除，导致铜锌镍合金电极母线性能不均匀，因此，为了提升铜锌镍合金电极母线性能的均匀性，将α相中的柱状α相面积分数控制在40％以下。

β相相比较与α相而言脆而硬，主要为合金提供强度，β相越粗大越容易导致性能不均匀且材料的塑形急剧下降，因此，为了获得性能的均匀性，本身请的β相为细小的颗粒状，颗粒上两点之间的最长距离控制在3～5微米。

作为优选，所述铜锌镍合金电极母线的晶粒度为10～15微米。铜锌镍合金电极母线的晶粒度越小强度越高，且材料性能的均匀性越好，为了实现强度和塑性的平衡，本申请将铜锌镍合金电极母线的晶粒度控制在10～15微米。

本发明所要解决的第二个技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种铜锌镍合金电极母线的制备方法。

本发明解决第二个技术问题所采用的技术方案为：一种铜锌镍合金电极母线的制备方法，其特征在于：该铜锌镍合金电极母线的制备流程为：熔炼→铸造→第一道连续拉伸连续退火工序→扒皮拉伸工序→退火→酸洗→第二道连续拉伸连续退火工序→检验；所述铸造工序：采用上引连续铸造技术拉铸毛坯，铸造温度1020～1060℃，毛坯规格φ8～9mm，牵引速度120～200cm/min，牵引节距1～8mm，反推量1～3mm，冷却水进水温度20～35℃，冷却水出水温度30～45℃。

通过控制铸造温度、牵引速度、牵引节距、冷却水进水温度，冷却水出水温度使凝壳厚度继续增厚，有足够的强度从结晶器中引出。设置反推并将反推量设置为1～3mm：一是使铜水凝固时受到机械压缩的作用，铜水补缩更为充分，结晶组织更加致密；二是结晶时起到振动的作用，细化晶粒，从而提高铸坯的强度和塑性。最终得到的上引毛坯延伸率可稳定达到40％以上，具有优异的加工性能。

作为优选，所述拉铸毛坯的延伸率为40～50％，所述拉铸毛坯前端、中端、末端延伸率偏差控制在3％以下。毛坯的质量直接决定了后续的加工性能和材料的整体性能均匀，将毛坯的延伸率控制在40～50％，拉铸毛坯前端、中端、末端延伸率偏差控制在3％以下，高的延伸率以及延伸率的均匀一方面有利于后续的拉伸不断线，另一方面也可以保证性铜锌镍合金电极母线的性能均匀。

作为优选，所述第一道连续拉伸连续退火工序：拉伸速率240～600m/min，退火温度600～800℃，连续拉伸的总加工率控制在10～90％。

作为优选，所述扒皮拉伸工序采用拉伸模和凸型刀口模配合；所述拉伸模的模芯由聚晶材料制成；所述凸型刀口模的顶面倾斜度为24～26°；扒皮量控制在0.1～0.6mm，总拉伸加工率控制10～60％。扒皮拉伸工序的目的是消除坯料表面毛刺，拉伸模的模芯采用聚晶材料，相比传统的钨钢模，拉伸后线坯表面质量更好。凸型刀口模的顶面倾斜度为24～26°，能够有效降低拉伸时的阻力，从而降低模具寿命损耗，提高了生产效率和成品率。

作为优选，所述退火工序：退火温度300～500℃，保温时间：2～6h。退火工序的使坯料充分软化，消除材料内应力。为使铜锌镍合金材料在低温热处理加工条件下保持较高的加工塑性，将退火温度设置在300～500℃，从而降低能耗，节约生产成本，同时避免了因温度过高造成晶粒组织长大造成最终成品材料强度大幅降低的风险。

作为优选，所述第二道连续拉伸连续退火工序：拉伸速率360～660m/min，退火温度500～700℃，连续拉伸的总加工率控制在10～90％。连续拉伸连续退火工序可以实现连续、同步生产作业，大幅度提高了生产效率，拉伸速率与退火温度配合控制材料性能，得到的单件成品质量可超过800kg/卷。

与现有技术相比，本发明的优点在于：为改善铜锌合金电极母线的强度与塑性，在铜锌合金中添加适量的Ni，Ni元素提高材料的塑性和抗高温软化性能，加入B元素起到细化晶粒的作用，避免粗大的柱状α相形成，提高材料性能的均匀性；添加微量Sn元素以适当提高材料强度；本申请的铜锌镍合金电极母线可以实现规格小于φ1.6mm，抗拉强度550MPa以上，延伸率20％以上，性能均匀、高温加工性能优异，满足高速、高精度线切割加工需求。

附图说明

图1为本发明实施例1铜锌镍合金电极母线的金相照片(放大200倍)。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1至实施例4为本发明铜锌镍合金电极母线的成分，按照本发明的制备方法加工成电极母线，制备流程为：熔炼→铸造→第一道连续拉伸连续退火工序→扒皮拉伸工序→退火→酸洗→第二道连续拉伸连续退火工序→检验；具体工艺：

实施例1

1)熔炼：按照实施例1的组分进行配料，待原料全部熔化后，加入清渣剂，搅拌，将液面浮渣捞除干净后加入木炭覆盖。升温至1030～1040℃，喷火2次，静置10min后转入保温炉，添加木炭覆盖，覆盖厚度50～60mm；

2)铸造：采用上引连续铸造技术拉铸毛坯，铸造温度1020～1060℃，毛坯规格φ8mm，牵引速度160cm/min，牵引节距4mm，反推量1mm，冷却水进水温度20～35℃，冷却水出水温度30～45℃，上引毛坯以盘圆方式收线；

3)第一道连续拉伸连续退火工序：毛坯在连拉机组中进行6道次拉伸以及同步在线退火工序，拉伸速率360m/min，退火温度650℃，进线规格φ8.0mm，出线规格φ4.30mm，此工序连拉总加工率71％；

4)扒皮拉伸工序：φ4.30mm坯料经扒皮后拉伸至φ3.30mm，拉伸加工率41％；

5)退火：坯料置于罩式炉中退火，退火温度460℃，升温30min保温3.5h；

6)酸洗：对退火后的坯料进行酸洗作业，除去表面氧化皮；

7)第二道连续拉伸连续退火工序：坯料在连拉机组中进行8道次拉伸以及同步在线退火工序，拉伸速率600m/min，退火温度650℃，进线规格φ3.30mm，出线规格φ1.20mm，此工序加工率86.8％。

8)检验，包装入库。

从图1可以看出铜锌镍合金电极母线是以α相为基体，在α相上析出细小的β相，α相中的柱状α相面积分数在10％以下，β相为细小的颗粒状，颗粒上两点之间的最长距离为3～5微米。铜锌镍合金电极母线的晶粒度为10～15微米。

实施例2

1)熔炼：按照实施例2的组分进行配料，待原料全部熔化后，加入清渣剂，搅拌，将液面浮渣捞除干净后加入木炭覆盖。升温至1040～1050℃，喷火2次，静置12min后转入保温炉，添加木炭覆盖，覆盖厚度50～60mm；

2)铸造：采用上引连续铸造技术拉铸毛坯，铸造温度1020～1060℃，毛坯规格φ8.5mm，牵引速度170cm/min，牵引节距4mm，反推量1mm，冷却水进水温度25～35℃，冷却水出水温度35～40℃，上引毛坯以盘圆方式收线；

3)第一道连续拉伸连续退火工序：毛坯在连拉机组中进行6道次拉伸以及同步在线退火工序，拉伸速率350m/min，退火温度700℃，进线规格φ8.5mm，出线规格φ4.70mm，此工序连拉总加工率69％；

4)扒皮拉伸工序：φ4.70mm坯料经扒皮后拉伸至φ3.50mm，拉伸加工率44.5％；

5)退火：坯料置于罩式炉中退火，退火温度480℃，升温30min保温2.5h；

6)酸洗：对退火后的坯料进行酸洗作业，除去表面氧化皮；

7)第二道连续拉伸连续退火工序：坯料在连拉机组中进行8道次拉伸以及同步在线退火工序，拉伸速率540m/min，退火温度550℃，进线规格φ3.50mm，出线规格φ1.20mm，此工序加工率88％；

8)检验，包装入库。

实施例3

1)熔炼：按照实施例3的组分进行配料，加入熔炼炉中熔化；待原料全部熔化后，加入清渣剂，搅拌，将液面浮渣捞除干净后加入木炭覆盖。升温至1030～1040℃，喷火2次，静置15min后转入保温炉，添加木炭覆盖，覆盖厚度50～60mm；

2)铸造：采用上引连续铸造技术拉铸毛坯，铸造温度1020～1060℃，毛坯规格φ8.5mm，牵引速度150cm/min，牵引节距4mm，反推量1mm，冷却水进水温度25～35℃，冷却水出水温度35～45℃，上引毛坯以盘圆方式收线；

3)第一道连续拉伸连续退火工序：毛坯在连拉机组中进行8道次延伸以及同步在线退火工序，拉伸速率380m/min，退火温度750℃，进线规格φ8.5mm，出线规格φ4.60mm，此工序连拉总加工率70％；

4)扒皮拉伸工序：φ4.60mm坯料经扒皮后拉伸至φ3.45mm，拉伸加工率43.7％；

5)退火：坯料置于罩式炉中退火，退火工序温度450℃，升温45min保温4h；

6)酸洗工序：对退火后的坯料进行酸洗作业，除去表面氧化皮；

7)第二道连续拉伸连续退火工序：坯料在连拉机组中进行8道次延伸以及同步在线退火工序，拉伸速率580m/min，退火温度600℃，进线规格φ3.45mm，出线规格φ1.50mm，此工序加工率81％；

8)检验，包装入库。

实施例4

1)熔炼：按照实施例4的组分进行配料，加入熔炼炉中熔化；待原料全部熔化后，加入清渣剂，搅拌，将液面浮渣捞除干净后加入木炭覆盖。升温至1045～1060℃，喷火2次，静置15min后转入保温炉，添加木炭覆盖，覆盖厚度50～60mm；

2)铸造：采用上引连续铸造技术拉铸毛坯，铸造温度1020～1060℃，毛坯规格φ9.0mm，牵引速度120cm/min，牵引节距4mm，反推量1mm，冷却水进水温度25～35℃，冷却水出水温度40～45℃，上引毛坯以盘圆方式收线；

3)第一道连拉连退工序：毛坯在连拉机组中进行8道次延伸以及同步在线退火工序，拉伸速率350m/min，退火温度780℃，进线规格φ9.0mm，出线规格φ4.80mm，此工序连拉总加工率71.5％；

4)扒皮拉伸工序：φ4.80mm坯料经扒皮后拉伸至φ3.45mm，拉伸加工率48％；

5)退火：坯料置于罩式炉中退火，退火工序温度480℃，升温30min保温3.5h；

6)酸洗：对退火后的坯料进行酸洗作业，除去表面氧化皮；

7)第二道连续拉伸连续退火工序：坯料在连拉机组中进行8道次延伸以及同步在线退火工序，拉伸速率540m/min，退火温度550℃，进线规格φ3.45mm，出线规格φ1.20mm，此工序加工率87.9％；

8)检验，包装入库。

对于制备得到的4个实施例合金分别进行力学性能检测：室温拉伸试验按照《GB/T228.1-2010金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》在电子万能力学性能试验机上进行，采用宽度为12.5mm的带头试样，拉伸速度为5mm/min。

拉铸毛坯前端、中端、末端延伸率偏差＝|头部延伸率-尾部延伸率|+|头部延伸率-中部延伸率|+|中部延伸率-尾部延伸率|/3。

表1本发明实施例的成分

表2本发明实施例的性能