不同工艺加工C19210合金带材的组织和性能.pdf
《不同工艺加工C19210合金带材的组织和性能.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《不同工艺加工C19210合金带材的组织和性能.pdf(6页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、铜业工程 COPPER ENGINEERINGTotal 182No.4 2023总第182期2023年第4期引文格式引文格式:赵久辉,周涛,肖桥平.不同工艺加工C19210合金带材的组织和性能 J.铜业工程,2023(4):102-107.不同工艺加工C19210合金带材的组织和性能赵久辉1,2,3,周涛2,肖桥平2(1.江西铜业集团有限公司,江西 南昌 330096;2.江西铜业技术研究院有限公司,江西 南昌 330096;3.中南大学材料科学与工程学院,湖南 长沙 410083)摘要:采用“半连续铸锭热轧及多道次冷轧和退火”与“铸杆连续挤压及多道次冷轧和退火”两种工艺制备了C19210合
2、金带材。采用金相显微镜观察该合金带材的晶粒组织,采用万能拉伸机、硬度计和涡流导电仪测试其力学性能和导电性能。结果表明:连续挤压工艺更利于细化晶粒,制备的带材折弯性能更优异;而热轧工艺制备的带材由于热轧过程固溶更充分,时效过程能析出更多的第二相,使得热轧工艺制备的带材力学性能、导电率和抗软化性能略优于连续挤压工艺。关键词:热轧;连续挤压;力学性能;导电率;抗软化性能doi:10.3969/j.issn.1009-3842.2023.04.013中图分类号:TG33 文献标识码:A 文章编号:1009-3842(2023)04-0102-06引线框架是半导体元器件和集成电路中的基础性材料,引线框架
3、材料起到起固定芯片、散热并传递电信号的作用。近年来,电子信息行业迅速发展,IC集成电路逐步向尺寸更小、精度更高、规模更大的方向发展,对引线框架材料的性能提出了更高的要求,不仅需要具备优异的导电性能、延伸率和抗软化温度,还需要具备更好的力学性能1-3。目前主要用于引线框架的材料包括:Cu-Cr-Zr 系列合金带材4-5,Cu-Ni-Si 系列合金带材6-8和Cu-Fe-P系列合金带材9-11。其中Cu-Fe-P系列合金带材使用占比高达80%以上,而C19210合金带材又是制备该系列合金带材的主要材料。C19210合金 中,Fe 含 量 占 比 0.05%0.15%,P 含 量 占 比0.025%
4、0.04%,属于高导电合金。C19210合金在热处理过程中能形成Fe2P或Fe3P相12-15,第二相的析出能提高该合金的导电率,还能起到一定的强化作用。此外,第二相的存在使得该合金具备一定的抗高温软化能力。因此,该合金带材适用于制备中低端的引线框架材料16。目前,C19210合金带材的生产工艺主要有两种。第一种加工工艺为“半连续铸造高温加热保温多道次热轧多道次冷轧和退火”制备Cu-Fe-P合金带材14,17,热轧过程具备均匀化和固溶的作用,使得后续时效过程能充分析出第二相,提高该合金带材的综合性能。第二种加工工艺为“连铸杆坯连续挤压多道次冷轧和退火”的短流程工艺制备Cu-Fe-P合金带材18
5、-20,生产过程中不需采用热轧工序(高温长时间加热,半连续铸锭生产成本高)和热轧铸坯铣面工序,节省了生产成本。铸杆连续挤压过程中温度能达到800 以上,挤压出的板坯进行快速水冷,具备固溶和剧烈变形细化晶粒的效果。因此,该短流程工艺也适用于生产C19210合金带材。近年来,随着国内铜板带加工企业不断扩产以及新加工企业的建立,C19210产品的市场竞争异常激烈,加工费用不断走低,故降低C19210合金加工成本势在必行。如果短流程连续挤压工艺能生产出各项性能满足要求的产品,那么该工艺将在生产C19210合金带材时具备较大的成本优势。本文主要对比了两种加工工艺生产C19210合金带材的组织,以及产品性
6、能的差异。1 实 验图 1 为 采 用 热 轧 和 连 续 挤 压 的 方 式 制 备C19210合金带材的工艺流程。其中,热轧工艺采用 15 kg 真空熔炼炉制备 280 mm110 mm40 mm的方形铸锭。在熔炼过程中,加入Cu-Fe和Cu-P中间合金后加热至1280 保温30 min,然后降温至1200 浇铸;控制Fe和P的添加比例,最后获得成收稿日期:2023-04-25;修订日期:2023-06-29作者简介:赵久辉(1992),男,江西上饶人,博士,工程师,研究方向:铜加工,E-mail:分为 Cu-0.1Fe-0.03P 的铸锭;加入 Fe 质量分数为10%的Cu-Fe中间合金
7、和P质量分数为13%的Cu-P中间合金。浇铸的铸锭中Fe质量分数占比0.1%,P质量分数占比0.03%,余量为Cu。40 mm的铸块加热至850 保温4 h后热轧至厚度16 mm;热轧后由16 mm粗轧至2 mm;粗轧后在500 保温5 h进行时效,时效后由2 mm中轧至0.8 mm;中轧后在400 保温5 h进行退火,退火后精轧至厚度为0.5 mm的成品。连续挤压工艺采用100 kg真空下引连铸炉制备直径16 mm的铸杆。熔炼过程加入Cu-Fe和Cu-P中间合金后加热至1280 保温30 min,然后降温至1200 拉铸;控制Fe和P的添加比例,最后获得成分为Cu-0.1Fe-0.03P的铸
8、锭;加入Fe质量分数10%的 Cu-Fe 中间合金和 P 质量分数 13%的 Cu-P中间合金。浇铸的铸锭成分中 Fe 质量分数占比0.1%,P质量分数占比0.03%,余量为Cu。铸杆在350 连续挤压中以 10 r/min 的速度挤压出尺寸为 60 mm16 mm 的挤压板坯,挤压板坯由 16 mm 粗轧至2 mm;粗轧后在500 保温5 h进行时效;时效后由2 mm中轧至0.8 mm;中轧后在400 保温5 h进行退火,退火后精轧至厚度0.5 mm的成品。将热轧工艺和连续挤压工艺制备的C19210合金带材分别加工出金相试样、导电率试样、硬度试样、折弯试样和室温拉伸试样,后续分别进行相应的性
9、能测试和组织观察。其中折弯试样长度100 mm,宽度 10 mm;室温拉伸试样宽度 20 mm,标距 80 mm,试样总长度 200 mm。采用万能试验机测试室温拉伸性能,拉伸速度2 mm/min,采用维氏硬度计测试硬度值,采用涡流导电仪测试导电率值,硬度值和导电率值测试5次取平均值。以R/T=1进行折弯后采用金相显微镜观察折弯表面状况及其金相组织。2 结果与分析2.1铸坯组织图2为两种工艺制备的铸坯及其金相组织,图2(a)为真空炉浇铸的方形铸锭,图2(c)为铸锭的金相组织,晶粒尺寸接近1 mm,图2(b)为真空下引连铸铸杆,铸杆约1/4的横截面金相如图2(d)所示,晶粒尺寸也接近1 mm。两
10、种方式制备的铸锭晶粒组织相差不大。2.2热轧和连续挤压板的组织和性能图 3为热轧和挤压板及其金相组织图像。由图3(c)可知,热轧板表面金相组织基本为完全再结晶组织,晶粒沿着轧制方向伸长,大部分晶粒尺寸为1520 m。由图3(d)可知,挤压板表面金相组织为完全再结晶组织,晶粒尺寸相对于热轧坯明显更小,连续挤压板平均晶粒尺寸约为10 m。相对热轧,连续挤压能有效地细化晶粒。表1为热轧和连续挤压板坯的硬度和导电率,C19210合金铸锭热轧后的硬度为HV 95.8(误差范围1.6),相对于连续挤压后的硬度HV 92.2(误差范围1.1)更大。连续挤压的金相组织反映出连续挤压后能得到完全再结晶组织(基本
11、为等轴的再结晶晶粒)的板坯,而热轧后板坯的金相中晶粒长纵比大于1,表明有一定的变形组织,因而热轧板坯硬度更高。热轧板坯的导电率为68.9%IACS(误差范围0.8),比连续挤压板坯导电率 70.2%IACS(误差范围0.5)略低。这是因为热轧前的铸锭在850 保温了4 h,有助于合金元素Fe和P固溶进Cu基体中,因而导电率更低。连续挤压后的板坯同样要经历高温及快冷阶段,因而连续挤压板坯的固溶度也较好,导电率与热轧坯相差不大。图1不同工艺制备的C19210合金带材的流程图(a)热轧工艺;(b)连续挤压工艺Fig.1Process of preparing C19210 alloy strip b
12、y different process(a)Hot rolling process;(b)Continuous extrusion process102赵久辉等 不同工艺加工C19210合金带材的组织和性能2023年第4期分为 Cu-0.1Fe-0.03P 的铸锭;加入 Fe 质量分数为10%的Cu-Fe中间合金和P质量分数为13%的Cu-P中间合金。浇铸的铸锭中Fe质量分数占比0.1%,P质量分数占比0.03%,余量为Cu。40 mm的铸块加热至850 保温4 h后热轧至厚度16 mm;热轧后由16 mm粗轧至2 mm;粗轧后在500 保温5 h进行时效,时效后由2 mm中轧至0.8 mm;
13、中轧后在400 保温5 h进行退火,退火后精轧至厚度为0.5 mm的成品。连续挤压工艺采用100 kg真空下引连铸炉制备直径16 mm的铸杆。熔炼过程加入Cu-Fe和Cu-P中间合金后加热至1280 保温30 min,然后降温至1200 拉铸;控制Fe和P的添加比例,最后获得成分为Cu-0.1Fe-0.03P的铸锭;加入Fe质量分数10%的 Cu-Fe 中间合金和 P 质量分数 13%的 Cu-P中间合金。浇铸的铸锭成分中 Fe 质量分数占比0.1%,P质量分数占比0.03%,余量为Cu。铸杆在350 连续挤压中以 10 r/min 的速度挤压出尺寸为 60 mm16 mm 的挤压板坯,挤压板
14、坯由 16 mm 粗轧至2 mm;粗轧后在500 保温5 h进行时效;时效后由2 mm中轧至0.8 mm;中轧后在400 保温5 h进行退火,退火后精轧至厚度0.5 mm的成品。将热轧工艺和连续挤压工艺制备的C19210合金带材分别加工出金相试样、导电率试样、硬度试样、折弯试样和室温拉伸试样,后续分别进行相应的性能测试和组织观察。其中折弯试样长度100 mm,宽度 10 mm;室温拉伸试样宽度 20 mm,标距 80 mm,试样总长度 200 mm。采用万能试验机测试室温拉伸性能,拉伸速度2 mm/min,采用维氏硬度计测试硬度值,采用涡流导电仪测试导电率值,硬度值和导电率值测试5次取平均值。
15、以R/T=1进行折弯后采用金相显微镜观察折弯表面状况及其金相组织。2 结果与分析2.1铸坯组织图2为两种工艺制备的铸坯及其金相组织,图2(a)为真空炉浇铸的方形铸锭,图2(c)为铸锭的金相组织,晶粒尺寸接近1 mm,图2(b)为真空下引连铸铸杆,铸杆约1/4的横截面金相如图2(d)所示,晶粒尺寸也接近1 mm。两种方式制备的铸锭晶粒组织相差不大。2.2热轧和连续挤压板的组织和性能图 3为热轧和挤压板及其金相组织图像。由图3(c)可知,热轧板表面金相组织基本为完全再结晶组织,晶粒沿着轧制方向伸长,大部分晶粒尺寸为1520 m。由图3(d)可知,挤压板表面金相组织为完全再结晶组织,晶粒尺寸相对于热
16、轧坯明显更小,连续挤压板平均晶粒尺寸约为10 m。相对热轧,连续挤压能有效地细化晶粒。表1为热轧和连续挤压板坯的硬度和导电率,C19210合金铸锭热轧后的硬度为HV 95.8(误差范围1.6),相对于连续挤压后的硬度HV 92.2(误差范围1.1)更大。连续挤压的金相组织反映出连续挤压后能得到完全再结晶组织(基本为等轴的再结晶晶粒)的板坯,而热轧后板坯的金相中晶粒长纵比大于1,表明有一定的变形组织,因而热轧板坯硬度更高。热轧板坯的导电率为68.9%IACS(误差范围0.8),比连续挤压板坯导电率 70.2%IACS(误差范围0.5)略低。这是因为热轧前的铸锭在850 保温了4 h,有助于合金元
17、素Fe和P固溶进Cu基体中,因而导电率更低。连续挤压后的板坯同样要经历高温及快冷阶段,因而连续挤压板坯的固溶度也较好,导电率与热轧坯相差不大。图1不同工艺制备的C19210合金带材的流程图(a)热轧工艺;(b)连续挤压工艺Fig.1Process of preparing C19210 alloy strip by different process(a)Hot rolling process;(b)Continuous extrusion process103总第182期铜业工程Total 1822.3两种工艺制备成品带材的组织和性能分别采用热轧和连续挤压两种工艺制备了厚度0.5 mm的成品
18、带材。表2列出了成品带材的硬度、导电率、抗软化性能、室温拉伸抗拉强度和断后延伸率,其中抗软化性能为成品带材在470 保温3 min后的硬度(一般保证该硬度值大于成品带材硬度值的80%即为合格)。图4为成品带材室温拉伸时工程应力应变曲线。热轧工艺制备的成品带材,其维氏硬度为HV 119.6(误差范围1.2),导电率为91.3%IACS(误差范围0.4),相对于连续挤图2铸坯及其金相组织(a)铸锭;(b)铸杆;(c)铸锭金相;(d)铸杆金相Fig.2Casting billet and its metallographic(a)Ingot;(b)Casting rod;(c)Ingot metal
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 不同 工艺 加工 C19210 合金 组织 性能
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。