本发明属于有色金属加工领域，具体涉及一种黄铜线材及其制备方法与应用。
背景技术：
1、黄铜作为一种常用的铜合金材料，具备良好的综合性能且生产成品低廉。其中，应用于dc类插件的黄铜线材产品，主要通过冷锻、电镀、铆接等方式加工生产，同时dc类插件完成装配后需进行跌落滚筒测试。因此要求黄铜母线材具备优异的导电性能，冷变形塑性，表面光洁度和抗变形性能。
2、目前市面上用于制备dc类插件的材料主要为h62、h65系列黄铜，并且主要通过水平、上引连续铸造方式生产加工，相比于挤压制品，生产成本更低，效率更高，然而铸造开坯产品经过后道加工和热处理后仍易残留铸态组织。h62，h65普黄铜产品普遍使用在线连续拉伸退火工艺，虽然经过在线退火处理后材料塑性得以有效提升，但受限工艺，材料内部铸态组织难以有效消除，铸态组织残留至成品则不利于冷锻加工，易出现开裂以及掉铜粉划伤材料表面问题。同时随着产品性能要求日益剧增，h62/h65黄铜按现有常规工艺无法兼具上述综合力学性能。
3、公开号为cn104593706a的专利文献公开了一种普通黄铜线材的冷连轧方法，包括：配料→上引连铸黄铜杆坯料→冷轧→退火→酸洗→拉伸→退火→酸洗→成品精拉→成品检验、包装、入库，该发明的黄铜原料中包括牌号为h62～h90的普通黄铜。该发明方法可消除黄铜杆坯料中存有的气孔和微小裂纹，使坯料组织的致密度显著提高，避免黄铜线材在拉伸过程中出现断线现象。
4、公告号为cn103643078b的专利文献公开了一种黄铜线材及所述黄铜线材的加工方法，所述的黄铜线材的成分包括cu、sn、si、zn，所述的cu元素所占的重量比在63.5～65％，sn元素所占的重量比在0.8～1.2％，si元素所占的重量比在0.10～0.50％，余量为zn。该发明制备的黄铜线材的力学性能值控制在650～750mpa。
5、然而，现有技术多是从某一方面改善黄铜线材的性能，但用于dc类插件的黄铜线材需要同时具备良好的冷锻性能、铆接性能和塑性性能，其对带材的强度、硬度、屈强比以及延伸塑性等性能均有较高的要求。而现有的h62，h65黄铜无法同时满足良好的导电、表面光洁度、抗变形及耐铆、冷锻变形性能要求，因此，亟需开发一种黄铜线材以满足dc类插件的生产使用需求。
技术实现思路
1、为解决现有技术存在的不足，本发明提供了一种黄铜线材，该黄铜线材具备良好的冷锻加工性能、切削性能，同时具备高的强度、高的屈强比以及优异的延伸塑性，满足高要求dc类插件的生产使用需求。
2、一种黄铜线材，包括以下质量百分含量的组分，cu：61～65wt％；p：0.005～0.01wt％；ni：0.01～0.5wt％；sn：0.01～0.5wt％；co：0～0.1wt％；si：0～0.1wt％；x：0.001～0.05wt％；余量为zn和其他不可避免的杂质，其中x为元素b或v中的至少一种。
3、因材料需要经过铆接加工，在保证高强度的同时需获得良好的塑性，cu含量若过低，则α相数量降低，材料脆性增加，无法获得理想的铆接性能和冷锻性能。若cu含量过高，一方面增加原料成本，另一方面零件冷锻后局部位置需进行机械车削、钻孔加工，cu含量增加使材料粘性增加，不利于车削、钻孔断屑，切削性能大幅度降低。本发明将cu含量控制61～65wt％，可促进少量脆性β相形成，也有利于冷锻加工变形，能够减小冷锻过程材料与模具之间的粘黏阻力，获得更加优异的冷锻成型效果，改善冷锻件表面、尺寸公差良好和均匀一致性。
4、p元素的添加主要用于改善熔炼过程熔体的流动性，减小铸造时坯料内部形成气孔、缩松等缺陷影响产品的综合性能，同时形成适量的cu3p相以改善材料冷锻过程与模具间的粘黏起皮问题，有效提升产品冷锻加工后的表面光洁度。p元素添加量不易过高，否则易产生过量的cu3p相，从而大幅度降低材料的加工塑性，增加了材料加工和使用过程发生开裂的风险。
5、ni元素添加的主要目的是为进一步提升材料的强度。由于dc类插头产品要求同时具备跌落抗变形和铆接能力，因此材料在获得高强度同时需兼具良好的延伸塑性。黄铜合金主要通过加工硬化提升强度，ni元素的添加一方面能够与铜基体固溶，起到固溶强化的作用，另一方面与p元素形成nip强化相分布于晶界中进一步增加强度。因此添加ni元素后加工变形率可适当降低就能够满足强度要求，因加工率可适当调低从而保证材料获得良好的延伸塑性。
6、sn元素添加的主要目的为增加材料强度和切削性能。sn元素在α相中存在一定溶解度，能够起到固溶强化作用。同时sn元素能够在黄铜基体中形成少量易切削相，进一步改善材料切削可加工性能。sn元素添加量不易过高，若添加过量sn元素，则易形成大量脆性γ相，材料力学强度性能和塑性反而降低。
7、co元素的作用与ni相似，能够固溶于α相进一步提升基体强度，同时少量co元素与p元素形成cop析出强化相，同样能够促进材料强度提升。同时在条件相同情况下，添加适量co元素后也能够改善材料导电性能。
8、si元素的添加主要是为了进一步改善材料的切削性能和冷锻效果。si在黄铜中zn当量系数为﹢10，间接扩大了β相区，形成适量β相数量，改善材料冷锻过程与模具发生摩擦粘黏问题。同时形成znsi脆性化合物改善材料切削性能。si添加量不宜过大，si元素过量导致形成硬脆硅化物数量急剧增加，显著恶化材料加工、切削、冷锻性能。
9、b与v元素添加的主要目的是为进一步改善材料铸造组织。引铸毛坯内部组织一般呈树枝粗晶状分布，经过后道拉伸、退火热处理虽然能够在一定程度上消除，但加工至成品后仍会有所残留。出现枝晶组织一方面会降低材料强度和塑性，另一方面在冷锻加工过程极易产生铜粉，铜粉在模具上粘黏经过冷锻加工对插件表面造成划伤等不利影响，从而降低插件表面光洁度，因此有效消除铸态枝晶组织尤为关键。通过添加b或v元素后，能够起到变质细化晶粒作用，从而大幅度消除引铸毛坯中连续状枝晶铸态组织，晶粒呈颗粒质点状均匀分布，经过后道加工、热处理后组织均匀、致密性更加优异。但b、v元素添加量不宜过高，若添加过量则极易造成引铸过程出现开裂。
10、优选地，所述的黄铜线材的组织平均晶粒度控制在40～100μm。成品晶粒度偏低，冷锻加工易出现伤模现象；成品晶粒度偏高，冷锻加工组织流动性不佳。本发明将黄铜线材的组织平均晶粒度控制在上述范围，符合良好冷锻加工条件。更优选地，所述的黄铜线材的组织平均晶粒度控制在50～80μm。
11、优选地，所述的黄铜线材中，β相的比例控制在2～10％。本发明将黄铜线材中β相的比例控制在上述范围，可改善材料冷锻过程中与模具发生摩擦粘黏出现起皮的问题。
12、优选地，所述的黄铜线材的抗拉强度在620mpa以上，屈服强度在500mpa以上，屈强比达到0.8以上，硬度在180hv5以上，延伸率在5％以上。本发明将黄铜线材的硬度、强度、屈强比以及延伸率控制在上述范围，可保证材料同时具备良好的冷锻、铆接和塑性性能，从而满足dc类插件的加工应用要求。
13、本发明还提供了所述的黄铜线材的制备方法，包括以下步骤：配料熔炼→铸造→第一道盘拉→第一道退火→中间拉伸、退火→成品拉伸前退火→成品拉伸；
14、其中，所述的配料熔炼工序中，将符合成分配比的原料或回料依次加入工频炉内升温，熔炼温度为900～1200℃；
15、所述的铸造工序中，采用上引连铸铸造生产，铸造温度为950～1100℃；拉铸速度为0.5～1.5m/min；牵引节距为1～5mm；反推量为1～3mm；冷却水进水温度为5～30℃，冷却水出水温度为20～50℃，引铸得到上引毛坯；
16、所述的第一道盘拉工序中，控制盘拉加工率为40～80％；
17、所述的第一道退火工序中，退火温度为550～600℃，退火保温时间为1～8h，退火结束后对坯料进行酸洗处理，除去表面氧化皮；
18、所述的中间拉伸、退火工序中，根据产品规格中间进行若干次拉伸、退火、酸洗处理，每道次加工率控制在20～80％，退火温度为400～600℃，退火保温时间为0.5～8h，最终加工至留底规格与成品规格的加工率控制在30～50％；
19、所述的成品拉伸前退火工序中，退火温度为400～550℃，退火保温时间为1～8h，退火结束后对坯料进行酸洗处理，除去表面氧化皮；
20、所述的成品拉伸工序中，拉伸加功率控制在30～50％。
21、本发明的铸造工序中，铸造温度控制在950～1100℃范围。若铸造温度偏低，则铜水凝固时间相对较短，易出现来不及补充就出现凝固，铸坯极易出现缩孔、缩松等缺陷，造成加工塑性降低，同时不利于获得理想的力学性能特征。若铸造温度过高，一方面加重锌、磷等元素烧损，影响成分均匀稳定，另一方面增加能耗成本。进一步优选地，所述的铸造温度控制在980～1050℃。
22、本发明的铸造工序中，拉铸速度控制在0.5～1.5m/min范围。若拉铸速度过慢，则铜水在结晶器内凝固时间增加，凝固液穴高度较高，凝固后铸坯与结晶器接触面积增加。一方面增加了结晶器或石墨管磨损，另一方面铸坯表面光滑度降低，经过拉伸加工极易造成缺陷和铜粉陷入材料表面，降低材料品质。若拉铸速度过快，会增加材料组织疏松的风险，毛坯塑性无法满足后道加工要求。
23、本发明的铸造工序中，采用反推工艺并且控制反推量在1～3mm，能够显著改善铸造毛坯组织致密性，降低结晶裂纹形成的风险，使毛坯获得优异的加工塑性和强度性能。然而若反推量过高，毛坯表面质量和性能反而会出现降低。
24、本发明的铸造工序中，对冷却水进出水温进行限定，主要是为了避免冷却强度过低造成组织晶粒粗大以及冷却强度过高造成铜水补充效果不佳导致的品质缺陷等问题。
25、通过上述铸造工序生产得到的铸造毛坯，塑性良好，延伸率a％≥45％，满足后道大加工率拉伸要求；同时粗晶、树枝状枝晶组织比例＜10％，避免了残留至成品影响冷锻加工性能；晶粒平均尺寸＜20μm，改善了组织均匀性、力学强度和延伸塑性；并且超粗大晶粒(晶粒尺寸＞50μm)比例＜5％，避免了粗大铸态组织残留至成品。
26、优选地，第一道盘拉工序中，对铸造毛坯选择性进行扒皮处理并控制扒皮量在0～0.5mm。可根据带材的表面质量进行选择性扒皮处理，主要目的为消除铸态毛坯表层结晶纹及少量孔洞缺陷，避免经过拉伸加工带入材料内部，影响性能和品质。同时本发明将第一道盘拉工序中的盘拉加工率控制在40～80％。选择较大加工率以充分破碎晶粒，有利于降低材料再结晶软化温度，使材料组织由铸态组织充分转变为再结晶等轴晶粒组织。若加工率偏低，则晶粒破碎不充分，经过后续退火处理难以完全消除铸态组织，最终部分铸态组织残留至成品，一方面材料无法兼具良好力学强度和塑性性能，另一方面在冷锻加工过程极易掉落产生细碎铜粉，造成冷锻插件表面质量降低。
27、在第一道盘拉工序的基础上，进行第一道退火。本发明将第一道退火工序的退火温度控制在550～600℃，选择较高的软化退火温度，一方面使前道大加工率拉伸坯料充分软化，提高塑性。另一方面使材料组织充分再结晶，形成等轴晶粒组织，使材料力学性能进一步改善提升。然而退火温度不宜过高，若高于600℃，一方面造成材料表层脱锌，形成品质缺陷；另一方面，过烧形成粗大晶粒，材料脆性反而增加，组织性能均一稳定性大幅度降低。
28、成品拉伸前退火工序，主要控制材料的组织形貌特征。退火温度控制在400～550℃，若退火温度过低，前道拉伸后的晶粒无法充分长大，可能造成晶粒尺寸过低，细晶强化作用过高，在冷锻加工过程易出现开裂以及对模具损耗过大等问题。若退火温度过高，会造成晶粒度过高，在冷锻加工后插件表面极易形成橘皮状皱纹，从而表面光洁度大幅度降低，无法满足使用需求。为达到良好的冷锻加工条件之一，需控制产品平均晶粒度在40～100μm范围之内。
29、成品拉伸工序中，控制拉伸加工率在30～50％，主要为了平衡材料同时具备良好的力学强度和延伸塑性。若加工率偏低，则材料强度偏低，塑性偏高，虽然满足插件铆接加工要求，但经过后续滚筒跌落测试材料易发生变形，无法满足要求。若加工率偏高，则材料强度偏高，塑性偏低，虽满足滚筒跌落测试，但无法满足插件铆接加工要求。因此为达到良好的加工、测试使用要求，本发明通过控制拉伸加工率将产品的硬度控制在180hv5，屈强比控制在0.8以上，延伸率控制在5％以上。
30、本发明还提供了所述的黄铜线材在生产dc插件产品中的应用。本发明的黄铜线材具备良好的冷锻加工性能、切削性能，同时具备高的强度、高的屈强比以及优异的延伸塑性，可用于生产dc插件产品。
31、相比于现有技术，本发明至少具备以下有益效果：
32、(1)本发明通过控制cu含量使黄铜线材中形成少量的β相，改善材料冷锻过程中与模具发生摩擦粘黏出现起皮的问题；通过添加p、sn、si元素改善材料冷锻加工效果，避免黏铜伤及冷锻插件表面的风险，同时sn、si元素配合使用还可进一步地改善材料的切削加工性能；通过添加ni、co、p元素，形成一定数量的nip、cop等析出强化相，进一步提高材料的整体强度，有效保证材料在具备高强度前提下获得良好的延伸塑性，满足滚筒跌落测试和铆接要求；通过添加b、v元素，使材料铸造毛坯获得良好、均匀的组织形貌，并且辅助通过后道加工及热处理工艺，有效改善铸造毛坯加工材料在冷锻加工过程易掉落铜粉而造成插件表面划伤的问题。
33、(2)本发明通过控制元素的组成和配比并结合后续加工工艺，生产得到了具备良好的冷锻加工性能、切削性能，满足dc插件加工和表面品质要求的黄铜线材。本发明的黄铜线材同时具备高强度(硬度)、高屈强比以及延伸塑性，在dc插件产品中应用前景广阔。
1.一种黄铜线材，其特征在于，包括以下质量百分含量的组分，cu：61～65wt％；p：0.005～0.01wt％；ni：0.01～0.5wt％；sn：0.01～0.5wt％；co：0～0.1wt％；si：0～0.1wt％；x：0.001～0.05wt％；余量为zn和其他不可避免的杂质，其中x为元素b或v中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的黄铜线材，其特征在于，所述的黄铜线材的组织平均晶粒度控制在40～100μm。
3.根据权利要求2所述的黄铜线材，其特征在于，所述的黄铜线材中，β相的比例控制在2～10％。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的黄铜线材，其特征在于，所述的黄铜线材的屈强比在0.8以上，硬度在180hv5以上，延伸率在5％以上。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的黄铜线材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：配料熔炼→铸造→第一道盘拉→第一道退火→中间拉伸、退火→成品拉伸前退火→成品拉伸；
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，铸造工序得到的上引毛坯的延伸率≥45％，粗晶、树枝状枝晶组织比例＜10％，组织晶粒平均尺寸＜20μm，尺寸＞50μm超粗大晶粒的比例＜5％。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述的第一道退火工序中，退火温度为550～600℃，退火保温时间为1～8h，退火结束后对坯料进行酸洗处理。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述的中间拉伸、退火工序中，根据产品规格进行若干次拉伸、退火、酸洗处理，每道次加工率控制在20～80％，退火温度为400～600℃，退火保温时间为0.5～8h，最终加工至留底规格或成品规格的加工率控制在30～50％。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述的成品拉伸工序中，拉伸加功率控制在30～50％。
10.根据权利要求1-4中任一项所述的黄铜线材在生产dc插件产品中的应用。
