时效硬化型铜基合金及其制备工艺

摘要

一种用于制造带材、板材、线材、箔材、管材、粉末或铸件形式的商用带材产品的时效硬化型铜基合金和制备方法，所述带材产品用于要求高屈服强度和适当导电性的场合。所述合金特别适合用于电路连接器和互连连接器。所述合金含有Cu－Ti－X，其中，X选自于Ni，Fe，Sn，P，Al，Zn，Si，Pb，Be，Mn，Mg，Ag，As，Sb，Zr，B，Cr和Co以及它们的组合。所述合金能够提供优异的屈服强度与导电性组合以及优异的应力松弛抗力。屈服强度至少724MPa(105ksi)，导电性至少50％IACS。

说明书

本发明涉及一种时效硬化型铜基合金以及一种由该合金制备可商用产品的工艺方法。更具体地，采用一种包括工艺过程中的固溶退火和至少一次时效退火的工艺方法将0.35-5重量％钛的铜合金加工成成品尺寸。所获产品的导电性高于50％IACS，屈服强度高于724MPa(105ksi)。

整个本专利申请中，除非另有说明，所有的组成均为重量％，所有的机械和电学实验均在室温(名义上22℃)下进行。词“大约”意味着±10％，如铜基中的词“基”意味着合金中至少含有50重量％的特定基本元素。术语“轧制”意图包括拉伸或拉拔或者例如在制造和加工线材、棒材或管材中使用的任何其它形式的冷加工。

许多不同类型的电路连接器采用铜基合金制成。对于电路连接器而言，重要的性能包括屈服强度、可弯曲成形性、应力松弛抗力、弹性模量、极限抗拉强度和导电性。

这些性能的目标值和它们的相对重要性依赖于采用所述铜合金制造的产品的预定使用场合。下面的性能描述对于许多预定场合而言是一般性介绍，但是，对于汽车引擎罩用途，所述目标值是具体的。

屈服强度是材料表现出偏离应力和应变之间比例关系特定偏差时的应力，典型的偏差是0.2％。这是一个相对于弹性变形而言塑性变形成为主要形式时的应力标志。理想的是，用作连接器的铜合金的屈服强度至少724MPa。

当外加应力作用在使用中的金属带材，例如当带材在弯曲成连接器之后承受载荷时，应力松弛变得明显。金属通过产生大小相等但方向相反的内应力而产生反作用。如果金属保持在应变位置，则内应力作为时间和温度的函数而减小。这种现象出现的原因在于通过微塑性流动使金属中的弹性应变转变成塑性或永久应变。

铜基电路连接器在其配合部件上必须保持在高于临界接触力的条件下长时间，以获得良好的电连接。应力松弛使接触力降至临界载荷以下，导致形成开路。对于用于连接器用途的铜合金，理想的是当暴露在105℃下1000小时时仍保持至少95％的初始应力，以及，当暴露在150℃下1000小时时仍保持至少85％的初始应力。

弹性模量，也称作杨氏模量，是金属刚性或刚度的量度，它是在弹性区应力与相应应变的比值。由于弹性模量是材料刚性的量度，因此，理想的是具有量级达140GPa(20×10³ksi)的高模量。

可弯曲性决定最小弯曲半径(MBR)，它决定着在沿弯曲的金属带材外径方向不出现开裂的情况下可以实施弯曲的严重程度。对于要形成不同形状并具有各种角度的弯曲的连接器而言，MBR是一个重要性能。

弯曲成形性可以表示为MBR/t，其中，t是金属带材厚度。MBR/t是弯曲金属带材不发生破坏时所围绕的心轴最小曲率半径与带材厚度的比值。在题目为Standard Test Method for Semi-Guided Bend Test forDuctility of Metallic Materials的ASTM(American Society forTesting and Materials)编号E290-92中对所述“心轴”实验进行了详细说明。

理想的是，MBR/t基本各向同性，其在弯曲轴与金属带材轧制方向垂直的“好方向”以及在弯曲轴与金属带材轧制方向平行的“差方向”均具有类似的值。理想的是MBR/t对于90°弯曲，其值约1.5或更小，对于180°弯曲，其值约2或更小。

或者，可以通过使用具有V型凹槽的试块和具有要求半径的工作表面的冲头，来评价90°弯曲时的弯曲成形性。在所述“V型试块”方法中，将待测试的状态铜合金带材置于试块与冲头之间，当驱动冲头进入凹槽时，在带材中形成要求的弯曲程度。

与所述“V型试块”方法相关的是180°“成形冲头”方法中，采用具有圆柱形工作表面的冲头使铜合金带材发生180°弯曲。

在题目为Standard Test Method for Bend Test for Formabilityof Copper Alloy Spring Material的ASTM编号B820-98中均对所述“V型试块”和“成形冲头”方法进行了详细说明。

对于一个给定金属样品，两种方法均给出可定量的弯曲性能结果，而且，可以使用任一种方法来确定相对弯曲性能。

极限抗拉强度是在拉伸实验期间带材失效之前承受的最大载荷与带材初始横截面积之比值。理想的是极限抗拉强度约760MPa。

导电性采用％IACS(International Annealed Copper Standard)表示，其中，将20℃时未合金化的铜的导电性定义为100％IACS。

各种文献中，美国专利4,601,879和4,612,167公开了含钛的铜基合金。所述专利4,601,879公开的铜基合金含有0.25-3.0％镍、0.25-3.0％锡和0.12-1.5％钛。示例性的合金的导电性为48.5-51.4％IACS，屈服强度为568.8-579.2MPa(82.5-84ksi)。

所述专利4,612,167公开的铜合金含有0.8-4.0％镍和0.2-4.0％钛。示例性的合金的导电性为51％IACS，屈服强度为663.3-679.2MPa(96.2ksi-98.5ksi)。

AMAX Copper，Inc.(Greenwich，CT)已商业化的铜镍钛合金具有Cu-2％Ni-1％Ti和Cu-5％Ni-2.5％Ti的名义组成。所报道的Cu-2％Ni-1％Ti合金性能中，屈服强度为441.3-551.6MPa(64-80ksi)，极限抗拉强度为503.3-655.0MPa(73-95ksi)，延伸率为9％，导电性为50-60％IACS。所报道的Cu-5％Ni-2.5％Ti合金性能中，屈服强度为620.6-689.5MPa(90-100ksi)，极限抗拉强度为744.7MPa(108ksi)UTS，延伸率为10％，导电性为40-53％IACS。

对于所述铜合金而言，许多当前和未来的应用场合均要求导电性至少50％IACS，屈服强度至少724MPa(105ksi)。仍然需要能够获得要求的导电性和强度的铜钛合金以及制备所述合金的方法。

                       发明概述

在本发明中，提供了一种时效硬化型铜基合金，以及将所述合金加工成可用于要求高强度和较高导电性的任何用途的商用产品的方法，产品的典型形式包括带材、板材、线材、箔材、管材、粉末或铸件。当根据本发明的方法加工时，所述合金获得至少724MPa(105ksi)的屈服强度和50％IACS的导电性，使得合金特别适合用于电路连接器和互连件。

所述合金的基本组成为(以重量计)0.35-5％钛，0.001-10％的X，其中，X选自于Ni，Fe，Sn，P，Al，Zn，Si，Pb，Be，Mn，Mg，Bi，S，Te，Se，Ag，As，Sb，Zr，B，Cr和Co以及它们的组合，余者为铜和不可避免的杂质。合金的导电性至少50％IACS，屈服强度至少105ksi。

在本发明的一个优选方面，合金的基本组成为0.35-2.5％钛，0.5-5.0％镍，0.5-0.8％铁、钴及其混合物，0.01-1.0％镁，最多1％的Cr、Zr、Ag以及它们的组合，余者为铜和不可避免的杂质。

当不存在铍时，这些合金能够避免出现与目前铍铜合金有关的可能危害健康的问题，同时，又能够提供类似的强度和导电性组合。

                  几个附图的简述

图1是说明第一种加工本发明铜合金的方法的流程图。

图2是说明第二种加工本发明铜合金的方法的流程图。

图3是说明第三种加工本发明铜合金的方法的流程图。

                     发明详述

许多电流输送用途要求具有强度与导电性的组合的具有良好成形性和应力松弛抗力的铜合金。两个示例性用途是在发动机罩下的汽车用途和多媒体用途(例如计算机、DVD播放机、CD读取机等)。

对于汽车用途而言，要求铜合金具有良好的成形性、至少50％IACS的导电性和最高达200℃的应力松弛抗力。对于多媒体互连用途而言，要求铜合金的屈服强度超过724MPa(105ksi)，导电性高于50％IACS，以及在室温和稍高于室温的工作温度下的机械稳定性，其特征是在约100℃下具有优异的应力松弛抗力。

当采用本发明的方法加工时，所述合金组成出人意料地提供满足汽车和多媒体用途，以及其他电气和电子用途要求的最佳性能组合。所述合金能够同时提供较高的强度和高的导电性，以及同时提供较高的导电性和极高的强度。

本发明合金组成中含有Cu-Ti-X，其中，X选自于Ni，Fe，Sn，P，Al，Zn，Si，Pb，Bi，S，Te，Se，Be，Mn，Mg，Ag，As，Sb，Zr，B，Cr和Co以及它们的组合。钛含量为0.35-5％，元素″X″的总量为0.001-10％。

当X选自于Ni，Fe，Co，Mg，Cr，Zr，Ag以及它们的混合物时，强度及导电性最高。

本发明合金中可以以电解(阴极)铜或重熔铜或铜合金废料中的典型含量含有氧、硫和碳。典型地，每种所述元素的量约为2-50ppm，优选每种存在量低于20ppm。

也可以包含影响合金性能的其他添加元素。这类添加元素包括改善合金的自由机械加工性能的元素，例如铋、铅、碲、硫和硒。当为了提高自由机械加工性能而添加时，所述添加物的存在量可以最高达2％。优选自由机械加工性能添加物的总量约为0.8％-1.5％。

铜合金，特别是在由回收或废料铜制成的铜合金中存在的典型杂质总含量可以最高达约1％。作为一个非穷尽的列举，所述杂质包括镁、铝、银、硅、镉、铋、锰、钴、锗、砷、金、铂、钯、铪、锆、铟、锑、铬、钒和铍。每种杂质的存在量应低于0.35％，优选低于0.1％。

应该认识到：当某些上述杂质或其他元素的含量与在上述规定杂质范围重叠时，可能对本发明的铜合金有利。例如，可以改善强度或冲压性能。本发明意在包括这些低含量的添加物。

在本发明的一个更优选的实施方案中，钛含量为0.35-2.5％，而且，在一个最优选的实施方案中，钛含量为0.8-1.4％。

当钛以固溶形式存在于铜合金基体中时，导电性严重下降。″X″应该优选有效地使钛在时效退火期间自固溶态析出。用于促进所述析出的合适的″X″元素包括Ni，Fe，Sn，P，Al，Si，S，Mg，Cr，Co以及这些元素的组合。

一种优选的添加元素是镍。Ni与Ti的组合产生析出物CuNiTi，而且，Fe与Ti的存在产生析出物Fe₂Ti。

另一种优选添加元素是镁。添加Mg提高最终尺寸和状态产品的应力松弛抗力和软化抗力。Mg也能够在工艺过程中的时效退火热处理期间提供软化抗力。

当存在量低时，添加元素Cr，Zr和/或Ag能够提高强度，但又不会过度降低导电性。

一种具有改善的屈服强度、导电性、应力松弛抗力以及适当(modest)的可弯曲性组合的本发明优选合金的基本组成为约0.5-5.0％镍、约0.35-2.5％钛、约0.5-0.8％铁或钴、约0.01-1.0％镁，任选最多约1.0％的一种或多种选自于Sn，P，Al，Zn，Si，Pb，Bi，S，Te，Se，Be，Mn，Mg，Ag，As，Sb，Zr，B，Cr和它们的混合物，以及，余者为铜和杂质。优选所述任选元素包括最多约1％的一种或多种选自于Cr，Zr和Ag的元素。

该合金的更优选范围是：约0.8-1.7％镍、约0.8-1.4％钛、约0.90-1.10％铁或钴、约0.10-0.40％镁、最多约1.0％的一种或多种选自于Cr，Zr，Ag或Sn的元素以及它们的混合物，余者为铜和杂质。

在本发明的第一个实施方案中，所述合金组成和加工提供的屈服强度至少约793MPa(115ksi)，并且优选至少约827MPa(120ksi)。对于该实施方案，导电性最高约40％IACS。在本发明的第二个实施方案中，所述组成和加工提供的屈服强度高于约724MPa(105ksi)，并且优选最高至少约793MPa(115ksi)。在该第二个实施方案中，合金的导电性优选约45-55％IACS。在第三个实施方案中，所述组成和加工提供的屈服强度约为552-690MPa(80-100 ksi)，导电性约55-65％IACS。

图1以流程图形式示出了根据本发明第一个实施方案的工艺。采用传统方法对本发明的合金进行熔炼和铸造10。在约750-1000℃下热轧12所述铸态合金。在磨削除掉氧化物之后，对合金进行冷轧14，其中与轧制方向垂直的横截面积压下量(“面积缩减量”)为约50-99％。然后，可以在约850-1000℃的固溶退火温度下对合金固溶处理16，时间从约10秒至约1小时，随后，淬火18或快冷至环境温度，获得平均晶粒尺寸约5-20μm的等轴晶。之后，可以对合金进行第一次冷轧20，其面积压下比最高约80％，优选约30-80％。第一次冷轧20之后，进行第一次退火22，退火温度为约400-650℃，优选约450-600℃，时间从约1分钟至10小时，优选约1-8小时。然后，对合金进行第二次冷轧24，以约10-50％的面积压下比冷轧至成品尺寸。第二次冷轧之后，可以进行第二次退火26，退火温度为约150-600℃，优选约200-500℃，时间从约15秒至约10小时。

或者，根据本发明的另一个实施方案，所述合金加工成最终尺寸期间，未采用工艺过程中的固溶热处理。即：可以通过使用(多个)较低温度的退火处理和介于其间的冷加工的循环将合金加工成最终尺寸。该可选择的方法对于制备导电性更高的产品尤其有用。

图2以流程图形式示出了本发明的另一个可选择的工艺。采用传统方法对本发明的合金进行熔炼和铸造10。在约750-1000℃下热轧12所述铸态合金，并且，随后淬火或快速冷却。在磨削除掉氧化物之后，对所述热轧后的合金进行冷轧14，其中面积压下比为约50-99％。然后，可以在约400-650℃的退火温度下对合金进行第一次退火处理28，时间从约15秒至约10小时。如果需要，所述冷轧和第一次退火步骤可以任选地重复进行。随后，对合金进行面积压下比为约40-80％的冷轧30，之后，在约400-650℃，优选约450-600℃的温度下，进行第二次退火32，时间优选约1-10小时。然后，以约10-50％的面积压下比将合金冷轧34至成品尺寸。任选地，之后，可以在约150-600℃，优选约200-500℃下实施第三次退火26，时间从约15秒至约10小时。

本发明工艺的第二个可选择替代的优选实施方案使用组成处于优选范围的合金。该工艺能够制备的本发明合金具有约758MPa(110ksi)YS(屈服强度)和约50％IACS导电性的名义性能。参照图3，采用传统方法对合金进行熔炼和铸造10。在约750-1000℃下热轧12所述铸态合金。在磨削除掉氧化物之后，以约50-99％的面积压下比，对所述热轧后的合金进行冷轧14。然后，在约950-1000℃下对合金固溶处理16，时间从约15秒至约1小时。接下来，以约40-60％的面积压下比，对所述合金进行冷轧20，然后，进行第一次退火28，退火温度约400-650℃，优选约450-600℃，时间约1-10小时，优选约1-3小时。第一次退火28之后，采用约40-60％的面积压下比进行冷轧30。然后，在比第一次退火28低的温度下，对合金进行第二次退火32。第二次退火在约375-550℃下进行约1-3小时。然后，以至少约30％的面积压下比，将所述经两次退火的合金冷轧34至成品尺寸，其中，合金可以在约150-600℃，优选约200-500℃下进行第三次退火26，时间约1-3小时。

参照下面的实施例，将会更好地了解本发明的合金和本发明的工艺。

                       实施例

在遵循某些工艺描述的实施例中，性能和单位均采用缩略形式。例如，″＝英寸，WQ＝水淬，斜线标记/＝持续(for)，SA＝固溶退火，CR＝冷轧或冷压下，YS＝屈服强度，TS＝抗拉强度，EL＝延伸率，％IACS＝导电性，MBR/t＝最小弯曲半径与带材厚度之比值，SR＝应力松弛抗力，Gs＝晶粒尺寸，μm＝微米，beg.＝开始，recr.＝再结晶，n.c.r.＝未完全再结晶，sec.或s＝秒，hrs.或h＝小时，MS/m＝百万西门子/米，ksi＝千磅/平方英寸。

                       实施例1

采用图1所示的方法，在石英坩埚中熔炼并且采用Durville浇注法在钢模中铸造出一系列具有表1所示分析组成的4.5kg(10磅)实验室铸锭。在浇注之后，铸锭尺寸为10.16cm×10.16cm×4.45cm(4″×4″×1.75″)。在950℃下保温3小时之后，采用3个道次将铸锭热轧至2.8cm(1.1″)，在950℃下重新加热10分钟，并且，采用3个道次进一步热轧至1.27cm(0.50″)，之后，进行水淬。通过在1000℃保温2小时对所获得的热轧板材均匀化处理，之后，进行水淬。经过修整和磨削除去氧化层之后，将合金冷轧至1.27mm(0.050″)。然后，合金在1000℃下固溶处理20-60秒，只是合金J346例外，该合金在950℃固溶处理60秒。固溶和淬火处理之后，将合金冷轧压下50％至0.64mm(0.025″)，并且在550℃下时效退火3个小时。然后，将合金冷轧压下50％至0.32mm(0.0125″)尺寸，并且，在275℃下去应力退火2个小时。表2给出了性能的测量结果。

表2数据表明：获得了621-765MPa(90-111ksi)的高屈服强度和38.2-63.8％IACS的导电性。Cu-Ni-Ti-Fe合金J345和J346在105℃下1000小时之后获得的应力松弛抗力与95％的期望值接近。Cu-Ni-Ti-Mg合金J354则达到了该期望值。

               表1-实施例1中的合金合金标号(ID)组成分析结果，重量％J345Cu-2.32Ni-1.96Ti-1.06FeJ346Cu-1.16Ni-1.32Ti-0.92FeJ347Cu-0.80Ni-0.80TiJ348Cu-0.89Ni-1.82Ti-1.04FeJ351Cu-2.45Ni-1.16TiJ354Cu-2.43Ni-1.18Ti-0.38Mg

                                                      表2                                         表1所示合金在去应力退火条件下的性能合金ID  导电性  ％IACS             YS/TS/EI  90°-MBR/t    好方向/    差方向 ％SR 105℃   1,000h   ％SR 105℃    3,000h MPa/MPa/％ Ksi/ksi/％  J345  42.9 731/841/2 106/122/2    2.7/8.8    90.4    89.5  J346  56.1 669/703/3 97/102/3    1.4/2.9    88.2    87.3  J347  34.6 731/807/1 106/117/1    2.7/8.8    -    -  J348  38.2 765/855/4 111/124/4    1.9/7.5    -    -  J351  63.8 621/641/1 90/93/1    1.4/2.2    -    -  J354  47.0 752/793/2 109/115/2    5.0/8.8    95.1    93.9

                      实施例2

根据如图2所示的工艺，像实施例1那样，对表1中的合金进行加工，直至经历获得热轧板材尺寸后的均匀化热处理。该实施例中，合金加工至成品尺寸，未采用工艺过程中的固溶热处理。经过修整和磨削除掉氧化层之后，将合金冷轧至2.54mm(0.100″)，并且在550℃下进行3小时的第一次时效退火。然后，将合金冷轧压下70％至0.76mm(0.030″)，并且在525℃下进行3小时的第二次时效退火。然后，将合金冷轧压下50％至0.38mm(0.015″)尺寸，并且，在275℃下去应力退火2个小时。在这种情况下测量性能，结果如表3所示。

与表2中的数据一致，该实施例的合金同时具有676-738MPa(98-107ksi)的高屈服强度和49.9-69.7％IACS的更高导电性。当在Cu-Ni-Ti基础合金中添加Fe或Mg时，应力松弛抗力增加。比较合金J354和合金J351，由表3中数据可看出：当在Cu-Ni-Ti合金中添加Mg时，能够获得最高的应力松弛抗力。

                                                   表3                                       表1所示合金在去应力退火条件下的性能  合金ID   导电性   ％IACS              YS/TS/EI    90°   -MBR/t   ％SR   105℃   1,000h   ％SR   105℃   3,000h  MPa/MPa/％  ksi/ksi/％    J345    57.8  738/793/4  107/115/4  3.1/4.2    86.9    85.9    J346    63.2  676/717/5  98/104/5  0.8/4.2    85.8    84.7    J347    49.9  724/765/3  105/111/3  0.8/5.2    -    -    J348    58.8  717/772/6  104/112/6  2.1/5.2    -    -    J351    69.7  676/717/4  98/104/4  0.8/0.8    82.7    80.8    J354    60.8  696/745/5  101/108/5  2.4/4.2    92.4    90.4

                      实施例3

根据如图1所示的工艺，在石英坩埚中熔炼并且采用Durville浇注法在钢模中铸造出一系列具有表4所示分析组成的4.5kg(10磅)实验室铸锭。在浇注之后，铸锭尺寸为10.16cm×10.16cm×4.45cm(4″×4″×1.75″)。在950℃下保温3小时之后，采用3个道次将铸锭热轧至2.8cm(1.1″)厚，在950℃下重新加热10分钟，并且，采用3个道次进一步热轧至1.27cm(0.50″)厚，之后，进行水淬。经过修整和磨削除去氧化层之后，将合金冷轧至1.27mm(0.050″)。

然后，将除J477之外的合金在1000℃下固溶处理25秒，之后，进行水淬，以获得直径为约12-24μm的可控细小的再结晶晶粒尺寸。合金J477的处理工艺为：950℃下固溶热处理25秒+WQ，获得9μm的晶粒尺寸。

将所有合金冷轧压下50％至0.64mm(0.025″)厚，并且在550℃下进行时效退火，该退火的时间可有效地在基体不过度软化的情况下使导电性最大。550℃下的保温时间如表5所示。然后，将合金冷轧压下50％至0.32mm(0.0125″)尺寸，并且，在275℃下去应力退火2个小时，在这种条件下测量性能，结果如表5所示。

表5中的数据表明：尽管基础合金J477能够提供634MPa(92ksi)YS和58.1％IACS导电性的良好性能组合，但是，Fe的添加能够将基础合金的强度增加至690MPa(100ksi)(J483相对J477)，而导电性仅稍有下降。而且，通过比较合金J491与J481，显示当保持Ni，Ti和Fe含量不变时，添加Mg能够提高105℃下的应力松弛抗力这一优点。通过比较合金J491(表5)与表2中合金J345和J346的性能，也可以发现Mg的优点。

                     表4               实施例3中的合金合金标号 组成分析结果，wt％J477 Cu-1.41Ni-0.71TiJ481 Cu-1.00Ni-0.98Ti-0.99FeJ483 Cu-1.42Ni-0.87Ti-0.53FeJ485 Cu-0.97Ni-1.40Ti-1.01FeJ486 Cu-1.86Ni-1.43Ti-0.98FeJ491 Cu-0.98Ni-0.94Ti-1.00Fe-0.35Mg

                                                   表5                                      表4所示合金在去应力退火条件下的性能合金ID  550℃  /NO.  小时数   导电性   ％IACS                YS/TS/EI      90°    -MBR/t    ％SR  1000小时    105℃    ％SR  1000小时    150℃    MPa/MPa/％    Ksi/ksi/％    J477    3    58.1    634/662/1    92/96/1  1.1/1.8    J481    5    56.6    662/690/4    96/100/4  1.1/1.8    92    90    J483    8    54.0    690/717/3    100/104/3  1.8/2.2    93    86    J485    8    53.6    696/731/5    101/106/5  0.8/2.1    J486    8    52.8    703/731/1    102/106/1    J491    8    55.0    676/703/5    98/102/5  1.4/2.4    96    86

                        实施例4

根据如图2所示的工艺，将表4中的合金加工至成品尺寸，但未采用工艺过程中的固溶热处理。经过修整和磨削除掉氧化层之后，将所述热轧态的合金冷轧至0.050″，并且进行第一次时效退火，退火的温度和时间如表6所示，可有效地使导电性最大。然后，将合金冷轧压下50％至0.025″尺寸，并且进行第二次时效退火，所选择的退火温度和时间如表6所示，选择所述退火温度和时间以便在基体不过度软化的情况下使导电性最大。表6示出了每种合金所采用的具体时效退火工艺。然后，将合金冷轧压下50％至0.0125″尺寸，并且，在275℃下去应力退火2个小时，在这种条件下测量性能，结果如表7所示。使用该工艺，添加Fe和Mg的合金提供较低但仍良好的强度和更高的导电性以及良好的应力松弛抗力。

                                            表6                            实施例4中的合金所采用的时效退火工艺合金编号时效处理(在0.050″尺寸)时效处理(在0.025″尺寸)  YS MPa/YS，Ksi/导电性％IACS J477 525℃/2小时450℃/1小时524/    76/69.4％       J481 550℃/2小时500℃/1小时427/    62/69.4％               J483 550℃/2小时500℃/1小时552/    80/65.1％                J485 550℃/4小时500℃/1小时552/    80/65.2％                J486 550℃/2小时450℃/1小时483/    70/66.6％          J491 550℃/4小时500℃/1小时448/    65/61.0％               

                                          表7                          表4所示合金在去应力退火条件下的性能                CR0.32mm(0.0125”)+去应力退火275℃/2小时合金ID导电性％IACS                 YS/TS/EI      90°     -MBR/t    ％SR    105℃ 1000小时    ％SR   150℃ 1000小时    MPa/MPa/％    ksi/ksi/$    J477    64.1    579/627/3    84/91/3  1.8/3.8    J481    68.1    545/607/4    79/88/4  1.7/1.9    82    76    J483    62.5    607/648/4    88/94/4  1.8/2.2    86    82    J485    61.3    641/703/5    93/102/5  1.8/3.8    J486    64.8    572/634/5    83/92/5    J491    60.3    614/648/5    89/94/5  1.9/2.2    94    77

                     实施例5

采用图3所示的方法，在石英坩埚中熔炼并且采用Durville浇注法在钢模中铸造出一系列具有表8所示分析组成的4.5kg(10磅)实验室铸锭。在浇注之后，铸锭尺寸为10.16cm×10.16cm×4.45cm(4″×4″×1.75″)。在950℃下保温3小时之后，采用3个道次将铸锭热轧至2.8cm(1.1″)厚，在950℃下重新加热10分钟，并且，采用3个道次进一步热轧至1.27cm(0.50″)尺寸，之后，进行水淬。经过修整和磨削除去氧化层之后，将合金冷轧至2.54mm(0.100″)厚，并且在950℃的炉内固溶热处理40秒，之后，进行水淬，以获得8-12μm的可控细小的再结晶晶粒尺寸。之后，将合金冷轧压下50％至1.27mm(0.050″)尺寸，并且在565℃下时效退火3个小时，目的是在基体不过度软化的情况下使导电性最大。然后，将合金冷轧压下50％至0.64mm(0.025″)尺寸，并且，在410℃下进行2小时的第二次时效退火，冷轧至0.25mm(0.010″)。随后，在250℃下去应力退火2个小时。在这种条件下测量性能，结果如表9所示。

                                     表8                              实施例5中的合金合金标号 组成分析结果，重量％J694 Cu-1.78Ni-1.34Ti-0.98Fe-0.24MgJ698 Cu-1.72Ni-1.42Ti-1.02Fe-0.24Mg-0.06ZrJ699 Cu-1.72Ni-1.35Ti-1.01Fe-0.23Mg-0.60AgJ700 Cu-1.75Ni-1.37Ti-1.01Fe-0.23Mg-0.53Cr

                                                   表9                                     表8所示合金在去应力退火条件下的性能  410℃/2小时  0.64mm(0.025”)              CR0.25mm(0.010”)+250℃/2小时合金编号 Ni/Ti (Ni+Fe)/Ti         YS导电性％IACS             YS/TS/EI  90°-MBR/t MPa Ksi MPa/MPa/％Ksi/ksi/％J694 1.3  2.1 648 94 50.9 745/800/3108/116/3 2.2/9.4J698 0.8  1.9 641 93 51.3 765/821/3111/119/3 2.6/7.8J699 1.3  2.0 621 90 51.9 772/821/2112/119/2 2.8/10.9J700 1.3  2.0 641 93 49.5 758/814/2110/118/2 2.6/6.2

对照基准合金J694与含锆合金J698，证实：少量的锆能够在不影响导电性的情况下提高屈服强度。对比合金J694与含银合金J699，证实：少量的银能够同时提高屈服强度和导电性。对照合金J694与含铬合金J700，证实：少量的铬能够在导电性稍稍降低的情况下稍稍提高屈服强度。

                      实施例6

采用图3所示的方法，在石英坩埚中熔炼并且采用Durville浇注法在钢模中铸造出一系列具有表10所示分析组成的4.5kg(10磅)实验室铸锭。在浇注之后，铸锭尺寸为10.16cm×10.16cm×4.45cm(4″×4″×1.75″)。在950℃下保温3小时之后，采用3个道次将铸锭热轧至2.8cm(1.1″)厚，在950℃下重新加热10分钟，并且，采用3个道次进一步热轧至1.27cm(0.50″)尺寸，之后，进行水淬。经过修整和磨削除去氧化层之后，将合金冷轧至2.54mm(0.100″)，并且在1000℃的炉内固溶热处理25-35秒，之后，进行水淬，以获得6-12μm的可控细小的再结晶晶粒尺寸。之后，将合金冷轧压下50％至1.27mm(0.050″)尺寸，并且在550-600℃下时效退火3-4个小时。然后，将合金冷轧压下50％至0.64mm(0.025″)尺寸，并且，在410-425℃下再次进行2小时的时效退火，随后，冷轧至0.25mm(0.010″)，并且，在250-275℃下去应力退火2个小时。

表11示出了成品尺寸时的性能，表明：添加Mg(J604与J603相比)和/或添加Zr(J644与J603相比)，能够获得更好的屈服强度与导电性的组合。

如果未添加Mg，则单独添加Cr效果较差(将表11中J646(D列)的较低强度与表9中J700的较高强度比较)。由表11也显示在以下Mg的含量范围内，Mg的添加如何提高屈服强度(和抗拉强度)，其中当Mg添加量分别为0，0.16，0.25，0.31wt％时，其屈服强度(和抗拉强度)分别为703(758)，710(772)，745(772)，745(800)，758(814)MPa[102(110)，103(112)，108(116)，110(118)ksi]，而同时导电性几乎保持在约48％IACS而恒定不变。

                       表10                实施例6中的合金合金标号 组成分析结果，重量％J603 Cu-1.86Ni-1.47Ti-0.99FeJ604 Cu-1.89Ni-1.33Ti-0.98Fe-0.25MgJ642 Cu-1.61Ni-1.42Ti-1.04Fe-0.16MgJ643 Cu-1.61Ni-1.40Ti-1.02Fe-0.31MgJ644 Cu-1.53Ni-1.37Ti-0.91Fe-0.19ZrJ646 Cu-1.61Ni-1.43Ti-0.98Fe-0.52Cr

                                            表11                        表10所示的0.25mm(0.010”)尺寸的合金在去应力退火条件下的性能    YS，MPa/UTS，MPa/延伸率，％    (YS，ksi/UTS，ksi/延伸率，％)    导电率，％IACS  工艺：  合金编    号    A    B    C    D    E    F  J603  607/669/4  (88/97/4)    62.4  627/690/4 (91/100/4)    56.0  696/758/4 (101/110/4)    53.4  703/758/3 (102/110/3)    48.1  710/772/3 (103/112/3)    50.3  710/765/3 (103/111/3)    46.9  J604  696/745/5 (101/108/5)    54.2  696/758/4 (101/110/4)    50.0  758/814/3 (110/118/3)    49.9  745/800/3 (108/116/3)    48.2  786/841/2 (114/122/2)    46.6  786/827/2 (114/120/2)    43.9  J642  641/696/3 (93/101/3)    60.1  648/717/4 (94/104/4)    56.0  724/772/3 (105/112/3)    53.9  710/772/3 (103/112/3)    51.3  731/786/3 (106/114/3)    53.8  731/779/3 (106/113/3)    50.6  J643  662/7105 (96/103/5)    56.7  662/738/4 (96/107/4)    52.6  738/793/4 (107/115/4)    51.7  758/814/3 (110/118/3)    47.7  752/800/3 (109/116/3)    50.7  758/814/3 (110/118/3)    46.9  J644  600/676/4 (87/98/4)    64.7  669/738/4 (97/107/4)    61.1  724/786/3 (105/114/3)    56.8  738/800/4 (107/116/4)    50.3  745/807/3 (108/117/3)    53.4  745/800/3 (108/116/3)    47.6  J646  524/579/4 (76/84/4)    64.7  524/593/5 (76/86/5)    61.3  607/662/2 (88/96/2)    60.8  600/662/3 (87/96/3)    56.2  607/676/4 (88/98/4)    61.6  621/690/4 (90/100/4)    58.7

                          实施例7

该实施例说明的是组成和工艺如何影响屈服强度和导电性。对尺寸为10.16cm×10.16cm×4.45cm(4″×4″×1.75″)的铸锭进行如下处理获得组成如表12所示的合金J694和J709：950℃下保温3个小时，热轧至1.27cm(0.50英寸)，之后，进行水淬。经过修整和磨削除去氧化层之后，将合金冷轧至2.54mm(0.10″)，并且在1000℃下固溶热处理35秒，之后，进行水淬。然后，将合金冷轧至1.27mm(0.050″)，在950℃下固溶处理35秒并且进行水淬。进一步处理工艺如表13所示，而性能则在表14中给出。

表12

    合金                组成  J694  Cu-1.78Ni-1.34Ti-0.98Fe-0.24Mg  J709  Cu-0.93Ni-0.90Ti-1.05Fe-0.24Mg

表13

    工艺  自1.27mm(0.05英寸)以后的工艺步骤  J1  565℃下退火3小时+冷轧至  0.64mm(0.025英寸)+410℃下退火2小  时+冷轧至0.38mm(0.015英寸)+250  ℃下退火2小时  J2  565℃下退火3小时+冷轧至0.025英寸  +410℃下退火2小时+冷轧至0.008  英寸+250℃下退火2小时

表14

工艺                         合金J694                      合金J709    YS    TS延伸率  (％)    导电性    (％    IACS)    YS    TS 延伸率  (％)导电性   (％  IACS)  MPa  (ksi)  MPa  (ksi)  MPa (ksi)  MPa  (ksi)  J1  807  117  841  122  1  42.8  765  111  793  115  1  42.8  J2  827  120  848  123  1  36.8  793  115  821  119  1  37.5

前面已对本发明的一个或多个实施方案进行了介绍。然而，应该理解的是，只要不偏离本发明的精神和范围，可以进行各种改变。因此，其他的实施方案均处于后面权利要求的范围内。