一种导电弹性Cu-Ti-Ni-V合金及其制备方法
阅读说明：本技术 一种导电弹性Cu-Ti-Ni-V合金及其制备方法 (Conductive elastic Cu-Ti-Ni-V alloy and preparation method thereof ) 是由 刘佳 郭子豪 李皓琪 杨鸿驰 石钰杰 于 2021-06-01 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种导电弹性Cu-Ti-Ni-V合金,按质量百分比由以下组分组成：Cu92.5-94.5％、Ti2.5-3.5％、Ni2.5-3.5％、V0.5-1.5％,以上各组分质量百分比之和为100％。本发明还公开了一种导电弹性Cu-Ti-Ni-V合金的制备方法,具体操作步骤如下：将铜、海绵钛、镍、钒在真空感应炉中进行熔炼,在气氛管式炉中进行均匀化处理、固溶处理、时效处理等步骤。与现有导电弹性铜合金制备相比较,本发明的制备方法简单可行,获得的Cu-Ti-Ni-V合金综合性能优异。该合金强度、延伸率、硬度和导电率分别为482～512MPa、27.2～29.5％、180～187HV、28.56～30.45％IACS。(The invention discloses a conductive elastic Cu-Ti-Ni-V alloy which comprises the following components in percentage by mass: cu92.5-94.5 percent, Ti2.5-3.5 percent, Ni2.5-3.5 percent and V0.5-1.5 percent, wherein the sum of the mass percentages of the components is 100 percent. The invention also discloses a preparation method of the conductive elastic Cu-Ti-Ni-V alloy, which comprises the following specific operation steps: smelting copper, sponge titanium, nickel and vanadium in a vacuum induction furnace, and carrying out homogenization treatment, solution treatment, aging treatment and the like in an atmosphere tube furnace. Compared with the existing conductive elastic copper alloy preparation, the preparation method is simple and feasible, and the obtained Cu-Ti-Ni-V alloy has excellent comprehensive performance. The strength, elongation, hardness and conductivity of the alloy are 482-512 MPa, 27.2-29.5%, 180-187 HV and 28.56-30.45% IACS respectively.)
技术领域
本发明属于金属材料
技术领域
，具体涉及一种导电弹性Cu-Ti-Ni-V合金，还涉及一种导电弹性Cu-Ti-Ni-V合金的制备方法。背景技术
铜基合金具有良好的导电导热性能和优异的机械性能，在导电器件、仪器仪表、计算机技术、通讯技术及精密机械制造等领域得到广泛的应用。迄今为止，已被应用于工业化中的铜合金达到上百种之多，以铍青铜的应用最为成熟。铍青铜具有优异的导电性、导热性、优良的高强度、以及良好的耐疲劳和耐蚀性。铍青铜性能出众，在现代工业化进展中发挥重要作用，但是其生产成本较高，在生产过程中生成铍的氧化物等有毒物质，不符合绿色环保理念，并且铍青铜生产工艺复杂，高温稳定性较差。近年来国内外不断寻求可替代铍青铜的新型环保的导电弹性铜合金，开发出一种力学性能、导电性能、高温性能优良的新型铜合金有着重要的工程意义和实用价值。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种生产工艺简单、绿色环保、成本低廉、延伸率高、导电性良好的Cu-Ti-Ni-V合金及其制备方法，解决了现有技术中Cu-Ti合金导电性差的问题。
本发明的另一个目的是提供一种导电弹性Cu-Ti-Ni-V合金的制备方法。
本发明所采用的第一种技术方案是，一种导电弹性Cu-Ti-Ni-V合金，按质量百分比由以下组分组成：Cu92.5-94.5％、Ti2.5-3.5％、Ni2.5-3.5％，V0.5-1.5％、以上各组分质量百分比之和为100％。
本发明所采用的第二种技术方案是，一种导电弹性Cu-Ti-Ni-V合金的制备方法，具体步骤如下：
步骤1，按质量百分比称取以下材料：铜块92.5-94.5％、海绵钛2.5-3.5％、镍块2.5-3.5％、钒块0.5-1.5％，以上各组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将铜块、海绵钛、镍块和钒块放入坩埚中，坩埚选用镁砂材质，在真空感应熔炼炉中进行熔炼，熔炼完成后，熔融态液态金属在水冷铜坩埚中浇注冷却，得到合金铸锭；
步骤3，将合金铸锭放入气氛管式炉中进行均匀化处理，待炉温升到900-950℃后，保温6-10小时，保温结束后随炉冷却，得到均匀化合金铸锭，均匀化过程通入氩气保护；
步骤4，均匀化处理过的样品再次放入气氛管式炉中进行固溶处理，待炉温升到800-900℃后，保温3-5小时，保温结束后进行淬水处理，得到固溶态合金铸锭，固溶处理过程通入氩气保护；
步骤5，将固溶处理后合金铸锭置入气氛管式炉中进行时效处理，待炉温升到350-550℃后，保温2-10小时，保温结束后随炉冷却，时效处理过程通入氩气保护。
本发明的特点还在于，
步骤2的熔炼真空度为不小于10-3Pa。
步骤4的淬水水温为20-30℃。
步骤1的铜块纯度不小于99.9％，海绵钛纯度不小于99.9％，镍块纯度不小于99.9％，钒块纯度不小于99.9％。
步骤3、步骤4和步骤5的保护气体是氩气。
本发明的有益效果是：本发明的一种高强高导Cu-Ti-Ni-V合金，Ni与Ti形成金属间化合物，提高合金抗拉强度、硬度，导电率，V的引入能够起到细化晶粒，进一步增强合金基体。因此，通过简单可行的热处理方法，即可获得综合性能良好的导电弹性铜合金。
附图说明
图1是本发明一种导电弹性Cu-Ti-Ni-V合金的制备方法流程图；
图2是本发明一种导电弹性Cu-Ti-Ni-V合金显微组织照片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提供一种导电弹性Cu-Ti-Ni-V合金，按质量百分比由以下组分组成：Cu92.5-95.5％、Ti2.5-3.5％、Ni2.5-3.5％、V0.5-1.5％，以上各组分质量百分比之和为100％。
一种导电弹性Cu-Ti-Ni-V合金及制备流程如图1所示，包括以下操作步骤：
步骤1，按质量百分比称取以下材料：纯度不小于99.9％的铜块92.5-94.5％、纯度不小于99.9％的海绵钛2.5-3.5％、纯度不小于99.9％的镍块2.5-3.5％和纯度不小于99.9％的钒块0.5-1.5％，以上各组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将铜、海绵钛、镍和钒放入坩埚中，坩埚选用镁砂材质，在真空感应熔炼炉中进行熔炼，真空度不小于10-3Pa，熔炼完成后，熔融态液态金属在水冷铜坩埚中浇注冷却，得到合金铸锭；
步骤3，将合金铸锭放入气氛管式炉中进行均匀化处理，待炉温升到900-950℃后，保温6-10小时，保温结束后随炉冷却，得到均匀化合金铸锭，均匀化过程通入氩气保护；
步骤4，均匀化处理过的样品再次放入气氛管式炉中进行固溶处理，待炉温升到800-900℃后，保温3-5小时，保温结束后进行淬水处理，淬水水温为20-30℃，得到固溶态合金铸锭，固溶处理过程通入氩气保护；
步骤5，将固溶处理后合金铸锭置入气氛管式炉中进行时效处理，待炉温升到350-550℃后，保温2-10小时，保温结束后随炉冷却，时效处理过程通入氩气保护，即获得导电弹性Cu-Ti-Ni-V合金。
实施例1
步骤1，按质量百分比称取以下材料：纯度不小于99.9％的铜9.45kg、纯度不小于99.9％的海绵钛0.25kg、纯度不小于99.9％的镍0.25kg和纯度不小于99.9％的钒0.05kg，以上各组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将铜块、海绵钛、镍块和钒块放入坩埚中，坩埚选用镁砂材质，在真空感应熔炼炉中进行熔炼，熔炼真空度0.3×10-3Pa，熔炼完成后，熔融态液态金属在水冷铜坩埚中浇注冷却，得到合金铸锭；
步骤3，将合金铸锭放入气氛管式炉中进行均匀化处理，待炉温升到900℃后，保温10小时，保温结束后随炉冷却，得到均匀化合金铸锭，均匀化过程通入氩气保护；
步骤4，均匀化处理过的样品再次放入气氛管式炉中进行固溶处理，待炉温升到800℃后，保温5小时，保温结束后进行淬水处理，淬水水温为20℃，得到固溶态合金铸锭，固溶处理过程通入氩气保护；
步骤5，将固溶处理后合金铸锭置入气氛管式炉中进行时效处理，待炉温升到350℃后，保温10小时，保温结束后随炉冷却，时效处理过程通入氩气保护，即获得导电弹性Cu-Ti-Ni-V合金。
实施例2
步骤1，按质量百分比称取以下材料：纯度不小于99.9％的铜9.25kg、纯度不小于99.9％的海绵钛0.35kg、纯度不小于99.9％的镍0.35kg和纯度不小于99.9％的钒0.05kg，以上各组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将铜块、海绵钛、镍块和钒块放入坩埚中，坩埚选用镁砂材质，在真空感应熔炼炉中进行熔炼，熔炼真空度0.4×10-3Pa，熔炼完成后，熔融态液态金属在水冷铜坩埚中浇注冷却，得到合金铸锭；
步骤3，将合金铸锭放入气氛管式炉中进行均匀化处理，待炉温升到910℃后，保温9小时，保温结束后随炉冷却，得到均匀化合金铸锭，均匀化过程通入氩气保护；
步骤4，均匀化处理过的样品再次放入气氛管式炉中进行固溶处理，待炉温升到820℃后，保温4.5小时，保温结束后进行淬水处理，淬水水温为24℃，得到固溶态合金铸锭，固溶处理过程通入氩气保护；
步骤5，将固溶处理后合金铸锭置入气氛管式炉中进行时效处理，待炉温升到400℃后，保温8小时，保温结束后随炉冷却，时效处理过程通入氩气保护，即获得导电弹性Cu-Ti-Ni-V合金。
实施例3
步骤1，按质量百分比称取以下材料：纯度不小于99.9％的铜9.35kg、纯度不小于99.9％的海绵钛0.25kg、纯度不小于99.9％的镍0.25kg和纯度不小于99.9％的钒0.15kg，以上各组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将铜块、海绵钛、镍块和钒块放入坩埚中，坩埚选用镁砂材质，在真空感应熔炼炉中进行熔炼，熔炼真空度0.6×10-3Pa，熔炼完成后，熔融态液态金属在水冷铜坩埚中浇注冷却，得到合金铸锭；
步骤3，将合金铸锭放入气氛管式炉中进行均匀化处理，待炉温升到920℃后，保温8小时，保温结束后随炉冷却，得到均匀化合金铸锭，均匀化过程通入氩气保护；
步骤4，均匀化处理过的样品再次放入气氛管式炉中进行固溶处理，待炉温升到840℃后，保温5小时，保温结束后进行淬水处理，淬水水温为25℃，得到固溶态合金铸锭，固溶处理过程通入氩气保护；
步骤5，将固溶处理后合金铸锭置入气氛管式炉中进行时效处理，待炉温升到450℃后，保温6小时，保温结束后随炉冷却，时效处理过程通入氩气保护，即获得导电弹性Cu-Ti-Ni-V合金。
实施例4
步骤1，按质量百分比称取以下材料：纯度不小于99.9％的铜9.30kg、纯度不小于99.9％的海绵钛0.30kg、纯度不小于99.9％的镍0.30kg和纯度不小于99.9％的钒0.10kg，以上各组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将铜块、海绵钛、镍块和钒块放入坩埚中，坩埚选用镁砂材质，在真空感应熔炼炉中进行熔炼，熔炼真空度0.3×10-3Pa，熔炼完成后，熔融态液态金属在水冷铜坩埚中浇注冷却，得到合金铸锭；
步骤3，将合金铸锭放入气氛管式炉中进行均匀化处理，待炉温升到930℃后，保温7小时，保温结束后随炉冷却，得到均匀化合金铸锭，均匀化过程通入氩气保护；
步骤4，均匀化处理过的样品再次放入气氛管式炉中进行固溶处理，待炉温升到870℃后，保温3.5小时，保温结束后进行淬水处理，淬水水温为27℃，得到固溶态合金铸锭，固溶处理过程通入氩气保护；
步骤5，将固溶处理后合金铸锭置入气氛管式炉中进行时效处理，待炉温升到500℃后，保温4小时，保温结束后随炉冷却，时效处理过程通入氩气保护，即获得导电弹性Cu-Ti-Ni-V合金。
实施例5
步骤1，按质量百分比称取以下材料：纯度不小于99.9％的铜块9.30kg、纯度不小于99.9％的海绵钛0.32kg、纯度不小于99.9％的镍块0.28kg和纯度不小于99.9％的钒0.10kg，以上各组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将铜、海绵钛、镍和钒放入坩埚中，坩埚选用镁砂材质，在真空感应熔炼炉中进行熔炼，熔炼真空度0.7×10-3Pa，熔炼完成后，熔融态液态金属在水冷铜坩埚中浇注冷却，得到合金铸锭；
步骤3，将合金铸锭放入气氛管式炉中进行均匀化处理，待炉温升到950℃后，保温6小时，保温结束后随炉冷却，得到均匀化合金铸锭，均匀化过程通入氩气保护；
步骤4，均匀化处理过的样品再次放入气氛管式炉中进行固溶处理，待炉温升到900℃后，保温3小时，保温结束后进行淬水处理，淬水水温为30℃，得到固溶态合金铸锭，固溶处理过程通入氩气保护；
步骤5，将固溶处理后合金铸锭置入气氛管式炉中进行时效处理，待炉温升到550℃后，保温2小时，保温结束后随炉冷却，时效处理过程通入氩气保护，即获得导电弹性Cu-Ti-Ni-V合金。
Ti元素含量为2.2～3.5wt.％Ti的Cu-Ti合金具有优良的力学性能，但是其导电性能很差。基于以上原因，国内外学者研究了Cu-3Ti系列合金，Ni与Ti有较强的亲和力能够形成Ni3Ti金属间化合物，但是经研究发现Ni的加入会使Cu-Ti-Ni合金晶粒粗大，降低了合金强度，V元素可降低铜的扩散系数，抑制晶界迁移且会生成弥散分布的微小粒子，从而使晶粒细化，因此加入1wt.％V可能会使Cu-Ti-Ni合金晶粒细化以达到合金的导电率与强度一致增长的目的。
图2是Cu-Ti-Ni-V合金显微组织图片，可以看出，晶粒内部有密集的短棒状析出相出现，并且析出细长针状相。
表1实施例与Cu-Ti合金性能参数比较
由实施例1到实施例5可以明显看出，本发明方法制备的Cu-Ti-Ni-V合金与Cu-Ti合金相比较，硬度和强度降低，但延伸率与导电率均显著提高。