一种高强度钛铜带材及其制备方法
阅读说明：本技术 一种高强度钛铜带材及其制备方法 (High-strength titanium copper strip and preparation method thereof ) 是由 吴春鹤 沈晓东 于 2021-09-26 设计创作，主要内容包括：本发明适用于钛铜带材技术领域,提供了一种高强度钛铜带材及其制备方法,本技术方案钛铜中钛浓度优选的：3.0％质量左右；第三元素优先选择Fe、Mg、Mn,且浓度不超过0.5％质量,其余由铜及不可避免的杂质构成,使结晶粒微细化,这样制作处的带材即提高强度的同时又兼顾弯曲性能。本技术方案从加工工艺改进,首先用真空炉将电解铜50Kg熔化,将第三元素以表1所示的配合比例分别添加后充分搅拌最后加一定比例的Ti,在氩气保护下倒入模具制造钢锭,钢锭在电阻炉中以900℃加热3小时的均质化处理后热轧,得到10mm的板材,反复的中间轧制到所需的试验样品,通过冷轧变形量、退火温度/速度、时效处理温度/时间的调整在特性改善方面有所进步。(The invention is suitable for the technical field of titanium copper strips, and provides a high-strength titanium copper strip and a preparation method thereof, wherein the titanium concentration in the titanium copper is preferred: about 3.0% by mass; the third element is preferably Fe, Mg or Mn, and has a concentration of not more than 0.5% by mass, and the balance is copper and unavoidable impurities, so that the crystal grains are refined, and the strength of the produced strip is improved while the bending performance is considered. The technical scheme is improved from the processing technology, firstly 50Kg of electrolytic copper is melted by a vacuum furnace, third elements are respectively added according to the matching proportion shown in table 1, then Ti with a certain proportion is fully stirred, finally the mixture is poured into a mould under the protection of argon to manufacture steel ingots, the steel ingots are heated in a resistance furnace for 3 hours at 900 ℃ for homogenization treatment and then are hot-rolled to obtain 10mm plates, the required test samples are repeatedly rolled in the middle, and the improvement of the characteristics is realized through the adjustment of cold rolling deformation, annealing temperature/speed and aging treatment temperature/time.)
技术领域
本发明属于钛铜带材技术领域，尤其涉及一种高强度钛铜带材及其制备方法。
背景技术
近年以便携终端等为代表的电子设备的小型化日益进展，其较小的部件要求较高的强度及较好的折弯性能。
钛铜属于时效硬化型合金，通过低温时效处理调整合金的金相组织提高强度，但强度与弯曲加工性相反的特性限制该合金的发展及使用。
发明内容
本发明提供一种高强度钛铜带材及其制备方法，旨在解决上述背景技术的问题。
本发明是这样实现的，一种高强度钛铜带材，包括含2.0--3.5％质量的钛Ti，以及第三元素Fe、Co、Ni、Si、Cr、P、Mg、Mn中的一种以上，其余由铜及不可避免的杂质构成，使结晶粒微细化。
优选的，钛浓度优选的：3.0％质量左右。
优选的，第三元素优先选择Fe、Mg、Mn，且浓度不超过0.5％质量。
一种高强度钛铜带材的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：钢锭冶炼：
通过向真空炉中依次添加电解铜、第三元素以及钛，使之熔化混合并倒入到模具中制作钢锭；
步骤二：表面清理：
通过铣床、刨床对钢锭表面进行清理；
步骤三：均质化处理/热轧：
先将表面清理后的钢锭投入电阻炉中以高温充分的均质化处理，并保温一段后进行热轧，得到带材；
步骤四：退火、表面氧化层清理及冷轧的反复：
对带材进行退火，并对其表面氧化层进行清洗，最后对其进行冷轧；
步骤五：时效处理：
冷轧后，带材在低温中保温一段时间。
优选的，步骤一中：具体包括如下步骤：
步骤S1：在真空炉中添加电解铜50Kg，并将其熔化；
步骤S2：选取一种及以上的第三元素，并按照相应的比例配置添加到真空炉中，进行充分搅拌；
步骤S3：等第三元素充分熔化后，加入一定比例的钛与之混合，形成混合液体；
步骤S4：在氩气保护下将混合液体倒入对应模具中，制作钢锭。
优选的，步骤三中：钢锭投入电阻炉中以800℃--900℃温度充分的均质化处理，保温3小时以上后进行热轧，得到厚度10mm左右的带材。
优选的，在步骤四中：其在冷轧中，其中中间轧制压下量为50％--70％，优选的为50％。
优选的，在步骤五中：带材在低温400℃--500℃中保温12小时。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的一种高强度钛铜带材及其制备方法，
1、本技术方案中钛铜含2.0--3.5％质量的钛，添加第三元素Fe、Co、Ni、Si、Cr、P、Mg、Mn中的一种以上，其余由铜及不可避免的杂质构成，使结晶粒微细化，其中：钛浓度优选的：3.0％质量左右；第三元素优先选择Fe、Mg、Mn，且浓度不超过0.5％质量，这样制作处的带材即提高强度的同时又兼顾弯曲性能。
2、本技术方案从加工工艺改进，沿着钢锭冶炼、表面清理、均质化处理/热轧、退火、表面氧化层清理及冷轧的反复、时效处理的顺序为基础，通过冷轧变形量、退火温度/速度、时效处理温度/时间的调整在特性改善方面有所进步；具体的是：首先用真空炉将电解铜50Kg熔化，将第三元素以表1所示的配合比例分别添加后充分搅拌最后加一定比例的Ti，在氩气保护下倒入模具制造钢锭，钢锭在电阻炉中以900℃加热3小时的均质化处理后热轧，得到10mm的板材，反复的中间轧制到所需的试验样品。
附图说明
图1为本发明的多种试验样品对比示意图一；
图2为本发明的多种试验样品对比示意图二；
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：
一种高强度钛铜带材，包括含2.0--3.5％质量的钛Ti，以及第三元素Fe、Co、Ni、Si、Cr、P、Mg、Mn中的一种以上，其余由铜及不可避免的杂质构成，使结晶粒微细化。为了提高强度的同时还能够兼顾弯曲性能。
钛浓度优选的：3.0％质量左右。如果钛浓度不到2.5％则析出物变得不充分，得不到理想的强度，但带材轧制方向的横向弯曲性能较好；如果Ti浓度超过3.5％以上，则加工性能差，在轧制时容易裂边甚至断裂，综合考虑强度、弯曲性能则优先的Ti浓度3.0％左右。
第三元素优先选择Fe、Mg、Mn，且浓度不超过0.5％质量。
一种高强度钛铜带材的制造方法
①钢锭冶炼：在真空冶炼炉中进行，因高熔点的第三元素需要在添加后加大功率充分搅拌并保持一定时间，由于Ti熔点较低很容易溶解到铜中所以在第三元素完全熔化后添加来制造钢锭。
②表面清理：为了得到理想的表面质量，避免起皮、洞眼、色差等异常，需要通过铣床、刨床对钢锭的表面进行清理。
③均质化处理/热轧：由于钢锭凝固时产生偏析及结晶物颗粒大小不一，热轧前需要在800℃--900℃温度下充分的均质化处理，保温时间3小时以上，得到厚度10mm左右的带材。
④退火、表面氧化层清理及冷轧的反复：中间轧制的压下量大小影响最终带材的性能，压下量越高强度越高但是弯曲性能越差，过小，则得不到想要的强度，因此优先使用压下量为50--70％。由于最终冷轧而错位密度提高，能提高强度但晶粒粗大且不均匀，弯曲及导电率较差，因此优选压下量50％。
⑤时效处理：通过低温400℃--500℃保温12小时时效处理，进一步提高强度并改善弯曲性能及导电率。
请参阅图1和图2，图2为图1中各个实施样品的性能表。
实施例一：
选择Ti为3.0％质量，第三元素为0.3％质量Fe，压下量为50％，时效处理条件为410℃下12小时。
一种高强度钛铜带材的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：钢锭冶炼：
通过向真空炉中依次添加电解铜、第三元素以及钛，使之熔化混合并倒入到模具中制作钢锭；
步骤一中：具体包括如下步骤：
步骤S1：在真空炉中添加电解铜50Kg，并将其熔化；
步骤S2：选取0.3％质量Fe添加到真空炉中，进行充分搅拌；
步骤S3：等Fe充分熔化后，加入3.0％质量钛与之混合，形成混合液体；
步骤S4：在氩气保护下将混合液体倒入对应模具中，制作钢锭；
步骤二：表面清理：
通过铣床、刨床对钢锭表面进行清理；
步骤三：均质化处理/热轧：
先将表面清理后的钢锭投入电阻炉中以800℃--900℃温度充分的均质化处理，保温3小时以上后进行热轧，得到厚度10mm左右的带材；
步骤四：退火、表面氧化层清理及冷轧的反复：
对带材进行退火，并对其表面氧化层进行清洗，最后对其进行冷轧；其中中间轧制压下量为50％；
步骤五：时效处理：
冷轧后，带材在低温410℃中保温12小时。
得到：抗拉强度为1080(N/mm2)；屈服强度为920(N/mm2)；伸长率为8.1(％)；导电率为12.2(％IACS)；硬度为310(HV)。
实施例二：
选择Ti为3.0％质量，第三元素为0.3％质量Fe，压下量为70％，时效处理条件为410℃下12小时。
一种高强度钛铜带材的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：钢锭冶炼：
通过向真空炉中依次添加电解铜、第三元素以及钛，使之熔化混合并倒入到模具中制作钢锭；
步骤一中：具体包括如下步骤：
步骤S1：在真空炉中添加电解铜50Kg，并将其熔化；
步骤S2：选取0.3％质量Fe添加到真空炉中，进行充分搅拌；
步骤S3：等Fe充分熔化后，加入3.0％质量钛与之混合，形成混合液体；
步骤S4：在氩气保护下将混合液体倒入对应模具中，制作钢锭；
步骤二：表面清理：
通过铣床、刨床对钢锭表面进行清理；
步骤三：均质化处理/热轧：
先将表面清理后的钢锭投入电阻炉中以800℃--900℃温度充分的均质化处理，保温3小时以上后进行热轧，得到厚度10mm左右的带材；
步骤四：退火、表面氧化层清理及冷轧的反复：
对带材进行退火，并对其表面氧化层进行清洗，最后对其进行冷轧；其中中间轧制压下量为70％；
步骤五：时效处理：
冷轧后，带材在低温410℃中保温12小时。
得到：抗拉强度为1120(N/mm2)；屈服强度为960(N/mm2)；伸长率为4.1(％)；导电率为13.1(％IACS)；硬度为328(HV)。
实施例三：
选择Ti为3.0％质量，第三元素为0.3％质量Fe和0.1％质量Mg，压下量为50％，时效处理条件为410℃下12小时。
一种高强度钛铜带材的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：钢锭冶炼：
通过向真空炉中依次添加电解铜、第三元素以及钛，使之熔化混合并倒入到模具中制作钢锭；
步骤一中：具体包括如下步骤：
步骤S1：在真空炉中添加电解铜50Kg，并将其熔化；
步骤S2：选取0.3％质量Fe和0.1％质量Mg添加到真空炉中，进行充分搅拌；
步骤S3：等Fe和Mg充分熔化后，加入3.0％质量钛与之混合，形成混合液体；
步骤S4：在氩气保护下将混合液体倒入对应模具中，制作钢锭；
步骤二：表面清理：
通过铣床、刨床对钢锭表面进行清理；
步骤三：均质化处理/热轧：
先将表面清理后的钢锭投入电阻炉中以800℃--900℃温度充分的均质化处理，保温3小时以上后进行热轧，得到厚度10mm左右的带材；
步骤四：退火、表面氧化层清理及冷轧的反复：
对带材进行退火，并对其表面氧化层进行清洗，最后对其进行冷轧；其中中间轧制压下量为50％；
步骤五：时效处理：
冷轧后，带材在低温410℃中保温12小时。
得到：抗拉强度为1050(N/mm2)；屈服强度为905(N/mm2)；伸长率为9.6(％)；导电率为10.8(％IACS)；硬度为315(HV)。
实施例四：
选择Ti为3.0％质量，第三元素为0.3％质量Fe和0.1％质量Mg，压下量为70％，时效处理条件为410℃下12小时。
一种高强度钛铜带材的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：钢锭冶炼：
通过向真空炉中依次添加电解铜、第三元素以及钛，使之熔化混合并倒入到模具中制作钢锭；
步骤一中：具体包括如下步骤：
步骤S1：在真空炉中添加电解铜50Kg，并将其熔化；
步骤S2：选取0.3％质量Fe和0.1％质量Mg添加到真空炉中，进行充分搅拌；
步骤S3：等Fe和Mg充分熔化后，加入3.0％质量钛与之混合，形成混合液体；
步骤S4：在氩气保护下将混合液体倒入对应模具中，制作钢锭；
步骤二：表面清理：
通过铣床、刨床对钢锭表面进行清理；
步骤三：均质化处理/热轧：
先将表面清理后的钢锭投入电阻炉中以800℃--900℃温度充分的均质化处理，保温3小时以上后进行热轧，得到厚度10mm左右的带材；
步骤四：退火、表面氧化层清理及冷轧的反复：
对带材进行退火，并对其表面氧化层进行清洗，最后对其进行冷轧；其中中间轧制压下量为70％；
步骤五：时效处理：
冷轧后，带材在低温410℃中保温12小时。
得到：抗拉强度为1140(N/mm2)；屈服强度为980(N/mm2)；伸长率为3.7(％)；导电率为11.6(％IACS)；硬度为331(HV)。
实施例五：
选择Ti为3.0％质量，第三元素为0.3％质量Fe和0.1％质量Mn，压下量为50％，时效处理条件为410℃下12小时。
一种高强度钛铜带材的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：钢锭冶炼：
通过向真空炉中依次添加电解铜、第三元素以及钛，使之熔化混合并倒入到模具中制作钢锭；
步骤一中：具体包括如下步骤：
步骤S1：在真空炉中添加电解铜50Kg，并将其熔化；
步骤S2：选取0.3％质量Fe和0.1％质量Mn添加到真空炉中，进行充分搅拌；
步骤S3：等Fe和Mn充分熔化后，加入3.0％质量钛与之混合，形成混合液体；
步骤S4：在氩气保护下将混合液体倒入对应模具中，制作钢锭；
步骤二：表面清理：
通过铣床、刨床对钢锭表面进行清理；
步骤三：均质化处理/热轧：
先将表面清理后的钢锭投入电阻炉中以800℃--900℃温度充分的均质化处理，保温3小时以上后进行热轧，得到厚度10mm左右的带材；
步骤四：退火、表面氧化层清理及冷轧的反复：
对带材进行退火，并对其表面氧化层进行清洗，最后对其进行冷轧；其中中间轧制压下量为50％；
步骤五：时效处理：
冷轧后，带材在低温410℃中保温12小时。
得到：抗拉强度为1060(N/mm2)；屈服强度为925(N/mm2)；伸长率为9.5(％)；导电率为12.6(％IACS)；硬度为306(HV)。
实施例六：
选择Ti为3.0％质量，第三元素为0.3％质量Fe和0.1％质量Mn，压下量为70％，时效处理条件为410℃下12小时。
一种高强度钛铜带材的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：钢锭冶炼：
通过向真空炉中依次添加电解铜、第三元素以及钛，使之熔化混合并倒入到模具中制作钢锭；
步骤一中：具体包括如下步骤：
步骤S1：在真空炉中添加电解铜50Kg，并将其熔化；
步骤S2：选取0.3％质量Fe和0.1％质量Mn添加到真空炉中，进行充分搅拌；
步骤S3：等Fe和Mn充分熔化后，加入3.0％质量钛与之混合，形成混合液体；
步骤S4：在氩气保护下将混合液体倒入对应模具中，制作钢锭；
步骤二：表面清理：
通过铣床、刨床对钢锭表面进行清理；
步骤三：均质化处理/热轧：
先将表面清理后的钢锭投入电阻炉中以800℃--900℃温度充分的均质化处理，保温3小时以上后进行热轧，得到厚度10mm左右的带材；
步骤四：退火、表面氧化层清理及冷轧的反复：
对带材进行退火，并对其表面氧化层进行清洗，最后对其进行冷轧；其中中间轧制压下量为70％；
步骤五：时效处理：
冷轧后，带材在低温410℃中保温12小时。
得到：抗拉强度为1100(N/mm2)；屈服强度为995(N/mm2)；伸长率为3.8(％)；导电率为12.1(％IACS)；硬度为326(HV)。
实施例七：
选择Ti为3.0％质量，第三元素为0.3％质量Fe、0.1％质量Mg和0.1％质量Mn，压下量为50％，时效处理条件为410℃下12小时。
一种高强度钛铜带材的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：钢锭冶炼：
通过向真空炉中依次添加电解铜、第三元素以及钛，使之熔化混合并倒入到模具中制作钢锭；
步骤一中：具体包括如下步骤：
步骤S1：在真空炉中添加电解铜50Kg，并将其熔化；
步骤S2：选取0.3％质量Fe、0.1％质量Mg和0.1％质量Mn添加到真空炉中，进行充分搅拌；
步骤S3：等Fe、Mg和Mn充分熔化后，加入3.0％质量钛与之混合，形成混合液体；
步骤S4：在氩气保护下将混合液体倒入对应模具中，制作钢锭；
步骤二：表面清理：
通过铣床、刨床对钢锭表面进行清理；
步骤三：均质化处理/热轧：
先将表面清理后的钢锭投入电阻炉中以800℃--900℃温度充分的均质化处理，保温3小时以上后进行热轧，得到厚度10mm左右的带材；
步骤四：退火、表面氧化层清理及冷轧的反复：
对带材进行退火，并对其表面氧化层进行清洗，最后对其进行冷轧；其中中间轧制压下量为50％；
步骤五：时效处理：
冷轧后，带材在低温410℃中保温12小时。
得到：抗拉强度为1090(N/mm2)；屈服强度为960(N/mm2)；伸长率为10.6(％)；导电率为10.9(％IACS)；硬度为322(HV)。
实施例八：
选择Ti为3.0％质量，第三元素为0.3％质量Fe、0.1％质量Mg和0.1％质量Mn，压下量为70％，时效处理条件为410℃下12小时。
一种高强度钛铜带材的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：钢锭冶炼：
通过向真空炉中依次添加电解铜、第三元素以及钛，使之熔化混合并倒入到模具中制作钢锭；
步骤一中：具体包括如下步骤：
步骤S1：在真空炉中添加电解铜50Kg，并将其熔化；
步骤S2：选取0.3％质量Fe、0.1％质量Mg和0.1％质量Mn添加到真空炉中，进行充分搅拌；
步骤S3：等Fe、Mg和Mn充分熔化后，加入3.0％质量钛与之混合，形成混合液体；
步骤S4：在氩气保护下将混合液体倒入对应模具中，制作钢锭；
步骤二：表面清理：
通过铣床、刨床对钢锭表面进行清理；
步骤三：均质化处理/热轧：
先将表面清理后的钢锭投入电阻炉中以800℃--900℃温度充分的均质化处理，保温3小时以上后进行热轧，得到厚度10mm左右的带材；
步骤四：退火、表面氧化层清理及冷轧的反复：
对带材进行退火，并对其表面氧化层进行清洗，最后对其进行冷轧；其中中间轧制压下量为70％；
步骤五：时效处理：
冷轧后，带材在低温410℃中保温12小时。
得到：抗拉强度为1150(N/mm2)；屈服强度为950(N/mm2)；伸长率为6.2(％)；导电率为11.2(％IACS)；硬度为339(HV)。
综上所述：发明例一、三、五由于最终轧制压下量偏小强度低弯曲性能/伸长好，而发明例二、四、六、八则相反，最后发明例七，由于合适的添加第三元素使结晶粒微细化，并控制压下量，提高强度的同时兼顾弯曲性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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