1.本发明属于铜合金技术领域，具体涉及一种黄铜合金带材及其制备方法。
背景技术：2.黄铜合金是一种常见的加工强化型合金，其主要通过大加工率的轧制实现带材硬度和强度的提高，然而大加工率的轧制通常会在带材内部形成大量的位错，随着位错密度的升高，会在带材内部应力集中的区域内形成位错的塞积。在带材进行冲压及折弯加工时，位错塞积区域极易形成裂纹，导致产品不合格。位错塞积一旦形成，很难通过后续的低温退火加以消除，而高温退火又会导致带材硬度和强度的急剧下降。随着电子接插件、连接器的形状日益复杂，尺寸及厚度逐渐变小，对黄铜带材的加工性能要求也越来越高。目前常用改善方法是通过细化晶粒的方式，在保证高强度和高硬度的同时，提高带材的折弯性能。在实际工业化生产中，一般通过控制高温发生的动态再结晶和加大冷变形的加工量实现上述晶粒的细化。但该方式存在两大问题，一方面在大变形量加工条件下，带材轧制所需的轧制力提高，带材收卷和开卷的张力也随之增加，进而导致带材在轧制过程中易打滑，形成表面挫伤；另一方面晶粒细化通常要达到5μm以下时，带材的细晶强化效果才能体现出来，而如何在保证在晶粒细化的同时带材内部晶粒也能均匀更是尤为重要。这是因为大尺寸晶粒晶界和小尺寸晶界的结合力要弱于均匀晶粒组织的晶界结合力，所以裂纹更容易在这些大小晶粒交界处产生。
3.因此，本发明将改善加工硬化型引发的黄铜开裂，采用第二相粒子强化的方式获得具有高强度、高硬度、良好折弯性能以及抗高温软化性能优异的黄铜合金。
技术实现要素：4.本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种高强度、高硬度、良好折弯性能、板型以及抗高温软化性能优异的黄铜合金带材。
5.本发明解决第一个技术问题所采用的技术方案为：一种黄铜合金带材，其特征在于：该黄铜合金的质量百分比组成为：cu：60.5～68.5wt％，ni：0.9～2.2wt％，si：0.2～0.45wt％，p：0.005～0.02wt％，余量为zn和不可避免的杂质。
6.普通的黄铜合金一般采用大加工量的轧制实现高强度，但剧烈的塑性变形会使带材内部的位错密度不断提高，位错与位错之间互相缠结和割阶，导致带材的塑性大幅度降低，表现为延伸率的明显下降。本发明在熔炼过程中，加入一定比例的ni元素和si元素，由于第二相粒子的存在，位错的运动受到了明显的阻碍，因此达到相同强度所需的加工量可有所减小，随着加工量的减小，带材的塑性性能明显改善，延伸率显著提高。
7.本发明通过向黄铜合金中添加一定量的ni元素和si元素，使其在铜基体中形成均匀分布的镍硅金属化合物形式的第二相粒子，利用第二相粒子的强化作用，改善了普通黄铜单纯利用轧制加工硬化提升材料力学性能产生的塑性性能的急剧下降。黄铜合金带材在轧制过程中，晶粒会沿轧制方向被拉长，后续热处理也无法完全消除不同方向晶粒尺寸上
的差异，因此带材的塑性在各个方向上会有所差异，而这种各向异性行为不利于黄铜在冲压和折弯加工成形。同时，第二相粒子在提高带材强度的同时保证延伸率，并具有良好的抗高温软化性能。
8.作为优选，该黄铜合金的微观组织中含有第二相粒子，所述第二相粒子包括nisi相，所述第二相粒子的平均粒径为200～400nm，单位面积密度范围为0.4
×
106～0.7
×
106个/mm2。
9.本发明黄铜带材强度的提升与第二相粒子的尺寸和数量密切相关，当第二相粒子平均直径小于200nm且单位面积密度较小时，第二相粒子对位错的阻碍作用有限，且更容易在晶界处富集，造成带材在轧制时出现沿晶界处撕裂，在带材表面形成裂纹或起皮缺陷。当第二相粒子平均直径大于400nm，单位面积密度大于0.7
×
106个/mm2时，此时第二相粒子已不再是强化相，而成为铜基体中硬脆的杂质相，导致合金带材的强度和硬度急剧下降。同时正是由于第二相粒子的存在，铜合金在加热时相变的驱动力明显增加，位错滑移的驱动力也有所增加，因此含第二相粒子的黄铜合金的抗高温度软化温度可显著提升，超过普通黄铜合金150-200℃以上。
10.作为优选，该黄铜合金带材的塑性应变比r值控制在1.1≤r≤2.0，强度达到590mpa以上，延伸率≥10％，在180
°
折弯条件下，好方向r/t≤1.0，坏方向r/t≤1.0，抗高温软化温度≥500℃。
11.本发明解决第二个技术问题所采用的技术方案为：一种黄铜合金带材的制备方法，其特征在于，制备工艺流程包括：半连续铸造
→
铣面
→
热轧
→
在线固溶处理
→
一次冷加工
→
时效处理
→
二次冷加工
→
低温退火；所述热轧的起始温度为780℃-820℃，结束温度为700℃-750℃，所述一次冷加工的加工率为40-60％，所述时效处理的温度为400℃-500℃，保温时间为2-4h。
12.热轧的结束温度为700℃-750℃，在热轧完成后，直接将带材放入冷却池中进行在线固溶处理。采用在线固溶处理，不仅避免了普通固溶处理需加热造成的晶粒的长大，致使带材平均晶粒度偏差较大，带材性能不稳定。同时固溶处理后，可保证ni元素和si元素弥散分布于铜基体的内部，改善了带材成分的均匀性，后续虽也对带材进行加热时效处理，但加热温度在再结晶温度以下，不会对元素分布产生影响。此外，热轧组织硬度相对较低，固溶处理后带材的硬度值增加也不会过大，也便于后续冷加工。
13.时效处理的温度为400℃-500℃，保温时间为2-4h，在该温度进行时效处理后，可在合金内部形成弥散分布的平均粒径为200～400nm的第二相粒子，且带材的晶粒度在10μm左右。若时效温度过低，带材的第二相粒子无法完全析出，无法充分发挥作用，最终导致带材的强度值和硬度值偏低。若时效温度过高，带材中晶粒会发生一定程度的长大，而晶粒尺寸的增加，既影响带材的上述力学性能，有导致带材在折弯时易开裂。综上所述，本发明最终选择上述工艺对带材进行时效处理。
14.作为优选，所述二次冷加工的加工率为5-15％，加工道次为两道次。采用上述冷轧加工实现对带材塑性应变比r值的控制，保证带材同时具备较高延伸率和良好的折弯性能。
15.作为优选，所述低温退火的温度为260℃-320℃，保温时间为2-6h。对带材进行上述低温退火处理，可消除加工产生的部分内应力，改善带材的板型。
16.与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明利用第二相粒子的加入，将黄铜冷加
工的塑性成形加工率降低，明显改善了冷加工轧制造成的带材各项异性，使带材的r值提高，将带材的塑性应变比r值控制在1.1≤r≤2.0范围内，即保证了带材的强度达到590mpa以上，延伸率≥10％，同时具有良好的折弯性能，在180
°
折弯条件下，好方向r/t≤1.0，坏方向r/t≤1.0，抗高温软化温度≥500℃，应用于对导电性要求不高，但耐高温和折弯要求高的接插件和冲压机械零件。
附图说明
17.图1为本发明实施例1的扫描电镜图片。
具体实施方式
18.以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
19.选取12个实施例和8个对比例，具体成分见表1。
20.12个实施例按照本发明制备方法进行制备，其制备工艺流程为：半连续铸造
→
铣面
→
热轧
→
在线固溶处理
→
一次冷加工
→
时效处理
→
二次冷加工
→
低温退火，其中，半连续铸造时，按照先加入铜锭，再加入锡锭，再加入硅锭的顺序进行投料，待上述金属在熔炼炉全部熔化后，再加入磷铜中间合金实现除气目的，随后对铜水进行化学光谱测试，若测试合格将熔融金属液从熔炼炉转炉至保温炉进行半连续铸造，若成分有偏差，加入相应的原料直至成分合格后再转炉。其中相应的参数选择如下：熔炼温度为1150℃-1250℃，铸造温度为1100℃-1200℃，拉铸速度为120-150mm/min，铸锭厚度为80mm，其中关键加工工艺参数详情见表2。
21.对比例1和对比例2与实施例的区别在于ni元素和si元素的含量有所不同，具体含量见表1；
22.对比例3和对比例4与本实施例的不同之处在于未进行在线固溶处理；
23.对比例5和对比例6与本实施例的不同之处在于时效的工艺参数不同，具体参数见表1；
24.对比例7和对比例8与本实施例的不同之处在于冷轧加工率不同，具体参数见表1。
25.对制备获得的12个实施例和8个对比例分别进行硬度、抗拉强度、屈服强度、延伸率、晶粒度、折弯性能和软化温度温度的测试，并对黄铜合金中第二相粒子的分布情况进行分析，具体的性能分析数据详情见表3。
26.硬度检测：按照《gb/t 4340.0-2009金属材料维氏硬度试验第1部分：试验方法》进行，测试样品长度为30mm，宽度为30mm。
27.抗拉强度、屈服强度和延伸率的检测：室温拉伸试验按照《gb/t 228.1-2010金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》在在电子万能力学性能试验机上进行测试，采用宽度为20mm带头试样，拉伸速度为5mm/min。
28.金相组织晶粒大小测试，按照《gb/t 6394-2007金属平均晶粒度测定方法》中的截点法，对100倍的金相显微镜采集照片中的晶粒大小进行测试。样品宽度为10mm，长度为10mm。
29.塑性应变比r值测试，按照《iso 10113:2020metallic materials-sheet and strip-determination of plastic strain ratio(金属材料薄板和带材塑性应变比的测
定)要求进行测试和计算。
30.折弯性能测试按照《gb/t 232-2010金属材料弯曲试验方法》通过对应弯曲模具在万能试验机上进行，好、坏方向180
°
折弯，样品宽度10mm，长度50mm。其中，好方向为平行于轧制方向的方向，坏方向为垂直于轧制方向的方向。
31.抗高温软化性能测试按照《gb/t 33370-2016铜及铜合金软化温度的测试方法》中要求进行，样品长度为40mm，宽度为40mm。
32.黄铜合金中的第二相粒子采用场发射扫描电子显微镜jsm-it700hr进行分析并拍摄电镜照片，第二相分布情况如图1所示，其平均晶粒尺寸为200-400nm。
33.根据实施例与对比例的对比分析，可以证明本发明中成分要求及各项加工指标对带材性能的影响。通过对比例1和2可知，当ni元素和si元素的含量较低时，黄铜合金经固溶时效处理后，形成的第二相粒子尺寸较小，虽然带材的延伸率较高，但抗拉强度低；而当ni元素和si元素的含量较高时，形成的第二相粒子不但数量增加，而且尺寸增加了近1.5倍，合金带材的强度高，但延伸率下降明显。此外，对比例1和对比例2的塑性应变比r值较低，折弯性能也较差。通过对比例3和对比例4可知，若带材不进行固溶处理，会导致合金中的ni元素和si元素分布不均匀，进而形成的第二相粒子的尺寸也较为粗大，在元素和第二相分布均不均匀的条件下，带材的抗拉强度低，折弯性能差，抗高温软化性能也明显下降。通过对比例5和对比例6可知，当时效温度较低时，尽管带材的延伸率较高，带材的折弯性能也较好，但由于第二相粒子的强化作用未得以充分发挥，带材的抗拉强度偏低。通过对比例7可知，但不进行二次冷加工，带材的强度较低，而通过对比例8可知，采用较大的二次冷加工，会明显增加带材的抗拉强度，但严重影响合金带材的塑性性能，带材的塑性应变比急剧降低，带材的折弯性能也明显下降。
34.表1实施例及对比例的成分
[0035][0036]
表2实施例及对比例的关键工艺控制参数、微观组织
[0037][0038]
表3实施例和对比例的性能
[0039]
技术特征：1.一种黄铜合金带材，其特征在于：该黄铜合金的质量百分比组成为：cu：60.5～68.5wt％，ni：0.9～2.2wt％，si：0.2～0.45wt％，p：0.005～0.02wt％，余量为zn和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的黄铜合金带材，其特征在于：该黄铜合金的微观组织中含有第二相粒子，所述第二相粒子包括nisi相，所述第二相粒子的平均粒径为200～400nm，单位面积密度范围为0.4
×
106～0.7
×
106个/mm2。3.根据权利要求1至2任一权利要求所述的黄铜合金带材，其特征在于：该黄铜合金带材的塑性应变比r值控制在1.1≤r≤2.0，强度达到590mpa以上，延伸率≥10％，在180
°
折弯条件下，好方向r/t≤1.0，坏方向r/t≤1.0，抗高温软化温度≥500℃。4.一种权利要求1至3任一权利要求所述的黄铜合金带材的制备方法，其特征在于，制备工艺流程包括：半连续铸造
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铣面
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热轧
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在线固溶处理
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一次冷加工
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时效处理
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二次冷加工
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低温退火；所述热轧的起始温度为780℃-820℃，结束温度为700℃-750℃，所述一次冷加工的加工率为40-60％，所述时效处理的温度为400℃-500℃，保温时间为2-4h。5.根据权利要求4所述的黄铜合金带材的制备方法，其特征在于，所述二次冷加工的加工率为5-15％，加工道次为两道次。6.根据权利要求4所述的黄铜合金带材的制备方法，其特征在于，所述低温退火的温度为260℃-320℃，保温时间为2-6h。
技术总结本发明公开了一种黄铜合金带材，其特征在于：该黄铜合金的质量百分比组成为：Cu：60.5～68.5wt％，Ni：0.9～2.2wt％，Si：0.2～0.45wt％，P：0.005～0.02wt％，余量为Zn和不可避免的杂质。本发明利用第二相粒子的加入，将黄铜冷加工的塑性成形加工率降低，明显改善了冷加工轧制造成的带材各项异性，使带材的r值提高，将带材的塑性应变比r值控制在1.1≤r≤2.0范围内，即保证了带材的强度达到590MPa以上，延伸率≥10％，同时具有良好的折弯性能，在180
技术研发人员：罗金宝 华称文 项燕龙 巢国辉 何科科 张磊
受保护的技术使用者：宁波金田铜业(集团)股份有限公司
技术研发日：2022.06.30
技术公布日：2022/11/1
