一种耐热软化Cu-Ni-Si连接器用铜合金及其组织稳定化方法与流程

本发明属于铜合金，具体涉及一种耐热软化cu-ni-si连接器用铜合金及其组织稳定化方法。

背景技术：

1、随着汽车电子、新能源汽车、高速通信和高载流连接技术的快速发展，连接器端子和导电弹性元件需要在较高温度、较大插拔应力和长期电流载荷条件下保持稳定的强度、弹性和接触可靠性。然而，传统高强铜合金在冷加工后虽可获得较高强度，但在中高温服役或焊接热影响条件下易发生回复和再结晶，导致硬度、弹性和接触保持力显著下降，难以满足连接器小型化、高可靠性及耐热服役环境的使用需求。

2、目前，连接器用高性能铜合金材料主要包括铍青铜、锡磷青铜和cu-ni-si系合金三大类。其中，铍青铜（如c17200）虽具有较高的强度和弹性，但其含有毒元素铍且在高于150℃环境下应力松弛率急剧增大，易导致弹性元件接触力下降而失效；锡磷青铜属于加工硬化型合金，在弯曲成形、高温抗应力松弛和导电性能方面均存在不足，难以满足高端连接器需求。cu-ni-si系合金（如c7025）通过析出强化可获得较高的强度和导电率，是近年来广泛应用的代表性合金体系。然而，现有cu-ni-si系合金主要依靠晶内连续析出相强化，虽然可通过调整ni/si比和添加co、cr、mg等元素进一步改善性能，但细小连续析出相在较高温度下容易粗化，其对位错和晶界的钉扎能力随之下降，导致合金在中高温热暴露后抗软化能力不足。不连续析出相具有片层或纤维状形貌，经冷加工后可沿加工方向取向排列，其相界面对位错运动和晶界迁移具有阻碍作用。若进一步通过稳定化热处理调控该不连续析出相组织，可提高连接器材料在短时热暴露和中温服役中的抗软化能力。

3、现有技术尚缺少一种面向连接器应用、将不连续析出相取向化和稳定化退火相结合的cu-ni-si系铜合金组织稳定化方法。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的上述问题，本发明旨在解决现有连接器用cu-ni-si系铜合金在中高温短时热暴露、焊接热影响或长期载流服役后易发生回复、再结晶和接触力下降的问题。

2、本发明提供了一种耐热软化cu-ni-si连接器用铜合金，以质量百分含量计，所述铜合金的成分包括ni 3.50～6.50％、si 0.70～1.70％、mg 0.02～0.16％、sn 0.01～0.25％和cr 0.005～0.25％，且p≤0.0008％，余量为cu和不可避免的杂质。

3、优选地，所述铜合金的成分以质量百分含量计，ni为4.00～6.00％，si为0.90～1.50％，mg为0.04～0.12％，sn为0.04～0.18％，cr为0.02～0.15％，p≤0.0005％。

4、更优选地，所述铜合金的成分以质量百分含量计，ni为4.40～5.80％，si为1.00～1.42％，mg为0.05～0.10％，sn为0.06～0.14％，cr为0.04～0.12％，p≤0.0003％。

5、优选地，所述铜合金还含有选自zr、ti、ag、y、la和ce中的一种或多种元素，以质量百分含量计所述一种或多种元素中的每一种元素的含量均为0.001～0.080％，且所述一种或多种元素的总含量不高于0.20％。

6、优选地，所述铜合金的微观组织中含有沿加工方向取向分布的不连续析出相和晶内粒状ni-si析出相，所述不连续析出相呈片层状、纤维状或断续纤维状。

7、更优选地，所述不连续析出相为含ni和si的金属间化合物，其平均横向间距为0.03～1.00μm；所述晶内粒状ni-si析出相的平均尺寸为3～80nm，数密度不低于1×1020m-3。

8、本发明还提供了一种耐热软化cu-ni-si连接器用铜合金的组织稳定化方法，依次包括以下步骤：

9、（1）固溶处理：对cu-ni-si系合金坯料进行固溶处理和冷却，得到固溶坯料；

10、（2）成核时效处理：将经固溶处理后的坯料于430～540℃保温10～360min；

11、（3）第一冷加工：对经成核时效处理后的坯料进行冷加工，累计真应变为0.6～3.5；

12、（4）稳定化时效处理：将经第一冷加工后的坯料于300～450℃保温5～150min；

13、（5）第二冷加工：对经稳定化时效处理后的坯料进行冷加工，变形量为10～75％；

14、（6）去应力退火：将经第二冷加工后的坯料于180～340℃保温3～90min； 其中，去应力退火后不再进行360～560℃范围内以获得峰值硬度为目标的再次时效处理。

15、进一步地，所述固溶处理为将热加工坯料于930～1000℃保温5～90min，随后进行水冷、喷淋冷却或雾冷。

16、进一步地，在所述固溶处理之前，还包括熔炼和热加工步骤，熔炼温度为1120～1250℃；所得铸锭于820～940℃保温1～8h后进行热轧、热挤压、孔型轧制或锻造，热加工总变形量为40～85％。

17、进一步地，经所述成核时效处理后，坯料中不连续析出相的面积分数为10～70％；所述第一冷加工为冷轧、冷拔、拉拔、旋锻或孔型轧制中的一种或多种。

18、进一步地，所述稳定化时效处理的温度为340～420℃、保温时间为20～120min；所述去应力退火的温度为220～330℃、保温时间为10～60min。

19、本发明还提供了上述耐热软化cu-ni-si连接器用铜合金及其组织稳定化方法在制备汽车连接器、新能源汽车高压连接器、耐热端子、继电器弹片、充电接口导电弹片或高温服役电子连接部件中的应用。

20、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

21、（1）以sn、mg、cr协同提高连接器用铜合金的抗软化和抗应力松弛能力，所制得的合金在400℃保温30min后的硬度保持率不低于75%。

22、（2）通过成核时效与第一冷加工的配合，使不连续析出相从随机晶界片层组织转变为沿加工方向取向分布的纤维状或断续纤维状组织；该取向不连续析出相与晶内粒状ni-si析出相形成复合强化组织，二者协同作用，共同阻碍位错运动和晶界迁移，显著提高合金在中高温热暴露后的组织稳定性和硬度保持率。

23、（3）通过第二冷加工与去应力退火的配合，兼顾了合金的强度、弹性、导电率与冲压成形稳定性，且去应力退火后不进行二次峰时效处理，简化了工艺流程；所得材料特别适用于汽车连接器、新能源汽车高压连接器、继电器弹片及耐热端子等高温服役环境。

1.一种耐热软化cu-ni-si连接器用铜合金，其特征在于，以质量百分含量计，所述铜合金的成分包括ni 3.50～6.50％、si 0.70～1.70％、mg 0.02～0.16％、sn 0.01～0.25％和cr 0.005～0.25％，且p≤0.0008％，余量为cu和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的耐热软化cu-ni-si连接器用铜合金，其特征在于，所述铜合金的成分以质量百分含量计，ni为4.00～6.00％，si为0.90～1.50％，mg为0.04～0.12％，sn为0.04～0.18％，cr为0.02～0.15％，p≤0.0005％。

3.根据权利要求2所述的耐热软化cu-ni-si连接器用铜合金，其特征在于，所述铜合金的成分以质量百分含量计，ni为4.40～5.80％，si为1.00～1.42％，mg为0.05～0.10％，sn为0.06～0.14％，cr为0.04～0.12％，p≤0.0003％。

4.根据权利要求1所述的耐热软化cu-ni-si连接器用铜合金，其特征在于，所述铜合金还含有选自zr、ti、ag、y、la和ce中的一种或多种元素，以质量百分含量计所述一种或多种元素中的每一种元素的含量均为0.001～0.080％，且所述一种或多种元素的总含量不高于0.20％。

5.根据权利要求1所述的耐热软化cu-ni-si连接器用铜合金，其特征在于，所述铜合金的微观组织中含有沿加工方向取向分布的不连续析出相和晶内粒状ni-si析出相，所述不连续析出相呈片层状、纤维状或断续纤维状。

6.根据权利要求5所述的耐热软化cu-ni-si连接器用铜合金，其特征在于，所述不连续析出相为含ni和si的金属间化合物，其平均横向间距为0.03～1.00μm；所述晶内粒状ni-si析出相的平均尺寸为3～80nm，数密度不低于1×1020m-3。

7.一种权利要求1至6任一项所述耐热软化cu-ni-si连接器用铜合金的组织稳定化方法，其特征在于，依次包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的耐热软化cu-ni-si连接器用铜合金的组织稳定化方法，其特征在于，所述固溶处理为将热加工坯料于930～1000℃保温5～90min，随后进行水冷、喷淋冷却或雾冷。

9.根据权利要求7所述的组织稳定化方法，其特征在于，在所述固溶处理之前，还包括熔炼和热加工步骤，熔炼温度为1120～1250℃；所得铸锭于820～940℃保温1～8h后进行热轧、热挤压、孔型轧制或锻造，热加工总变形量为40～85％。

10.根据权利要求7所述的组织稳定化方法，其特征在于，经所述成核时效处理后，坯料中不连续析出相的面积分数为10～70％；所述第一冷加工为冷轧、冷拔、拉拔、旋锻或孔型轧制中的一种或多种。

11.根据权利要求7所述的组织稳定化方法，其特征在于，所述稳定化时效处理的温度为340～420℃、保温时间为20～120min；所述去应力退火的温度为220～330℃、保温时间为10～60min。

12.一种权利要求1至6任一项所述耐热软化cu-ni-si连接器用铜合金在制备汽车连接器、新能源汽车高压连接器、耐热端子、继电器弹片、充电接口导电弹片或高温服役电子连接部件中的应用。

13.一种权利要求7至11任一项所述组织稳定化方法制备的耐热软化cu-ni-si连接器用铜合金在制备汽车连接器、新能源汽车高压连接器、耐热端子、继电器弹片、充电接口导电弹片或高温服役电子连接部件中的应用。