CN101812651A

CN101812651A - 一种细化析出或弥散强化型铜合金板带晶粒的方法

Info

Publication number: CN101812651A
Application number: CN 201010147633
Authority: CN
Inventors: 杨续跃
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2010-04-15
Filing date: 2010-04-15
Publication date: 2010-08-25

Abstract

一种细化析出或弥散强化型铜合金板带晶粒的方法，是将析出强化铜合金或弥散强化铜合金坯料加热进行变形量为20％～70％的塑性变形；然后，进行冷轧或温轧，得板坯；再将板坯进行至少3道次、低应变量冷轧，相邻冷轧道次之间进行退火的处理；即得本发明之平均尺寸为1～2μm的超细晶粒铜合金板带。本发明加工工艺设计合理、设备要求简单，操作方便，通过反复低应变冷轧和退火细化铜合金晶粒，提高其强度和延性，可有效克服现有的剧烈塑性变形技术在细化铜合金晶粒时存在的延伸率急剧下降和规模化难的问题，有良好的工业应用前景。

Description

一种细化析出或弥散强化型铜合金板带晶粒的方法

技术领域

本发明公开了一种细化铜合金板带晶粒的方法，特指系一种细化析出或弥散强化型铜合金板带晶粒的方法。属于铜合金加工技术领域。

背景技术

析出强化或弥散强化型铜合金是一种具有优异导电、导热和无铁磁性的高性能功能材料，也是一种具有高强高韧、又可承受较大载荷的结构材料，在航天航空、交通运输和电工电子等领域具有重要的应用价值和广阔的应用前景。

细化晶粒是金属常用的强化手段。由Hall-Petch关系可知，材料的屈服强度与晶粒大小成反比，即晶粒越小其强度越高。细化晶粒的方法有很多，利用高温变形过程中发生的动态再结晶或利用冷变形后再结晶退火的传统加工热处理方法可将晶粒细化到10μm的数量级，但很难进一步将其细化到1～2μm以下。而等通道角挤压(ECAP)和累积叠轧等剧烈塑性变形技术是目前被认为细化晶粒至亚微米级甚至纳米级的有效方法。但剧烈塑性变形制备的材料通常具有强度高、延性和导电性低的特点，尤其是当晶粒细化至1μm以下时，延伸率急剧下降已成为十分突出的问题。另外，由于采用等通道角挤压制备的产品尺寸较小，而且还需要大吨位的液压机及昂贵的模具，这些问题制约了其在工业上的推广和应用。因此，如何通过大规模常规工业手段制备1～2μm以下的超细晶粒铜合金板带是一道技术难题。

超细晶粒铜合金的制备，必须解决现有技术对材料有形状、长度等尺寸上的限制、规模化生产难和延性急剧下降的问题。

发明目的

本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种工艺方法简单，操作方便，可实现工业化规模生产，有效细化铜合金晶粒，保持超细晶粒铜合金强度、硬度，提高超细晶粒铜合金延伸率的细化析出或弥散强化型铜合金板带晶粒的方法。

本发明一种细化析出或弥散强化型铜合金板带晶粒的方法，包括下述步骤：

第一步：热变形

将析出强化铜合金或弥散强化铜合金坯料加热到850～900℃，保温5～20分钟后进行塑性变形，控制变形量为20％～70％；

第二步：预轧

将第一步所得坯料进行变形量为40％～90％的冷轧得板坯；或

将第一步所得坯料进行变形量为40％～80％的温轧得板坯，所述温轧加热温度小于等于300℃，保温5～20分钟；

第三步：多道次低应变量冷轧和退火

将第二步所得板坯进行至少3道次、低应变量冷轧，相邻冷轧道次之间进行退火；即得本发明之平均尺寸为1～2μm的超细晶粒铜合金板带；所述每道次变形量为10％～20％；所述相邻冷轧道次之间的退火工艺是：退火温度为：250～350℃，保温时间为：20～100分钟，冷却方式：空冷。

本发明中，所述强化铜合金为析出强化铜合金铸锭或粉末冶金法制备的弥散强化铜合金中的一种。

本发明中，所述塑性变形为热挤压或热轧工艺中的一种。

本发明由于采用上述工艺方法，以析出强化铜合金铸锭或以粉末冶金法制备的弥散强化铜合金棒坯为原料，在热轧或热挤压后，反复进行冷轧和低温退火，通过累积应变和静态回复来细化晶粒组织，可以制备超大尺寸、超细晶粒铜合金板带，解决了现有细晶粒铜合金制备受材料尺寸所限和延性低的问题，使超细晶粒铜合金板带的低成本规模化生产成为可能。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和积极效果：

1、采用反复低应变冷轧和低温退火，不仅能有效细化晶粒，还可改善延性和抑制退火过程中发生的再结晶。由于低应变冷轧导入的大量位错在随后的退火中被亚晶的晶界吸收，导致亚晶间的取向差微增，当反复冷轧和退火累积到一定的取向差时便可形成新的细晶组织，而退火是在0.5Tm以下的温度进行的，并不会发生静态再结晶，可一直保持加工硬化效应(如附图2所示)，最终获得同时具有高强度和高延性的超细晶粒铜合金板带。

2、采用本发明，在冷轧和退火反复进行10个循环后，获得了晶粒尺寸为1～2μm，硬度为1300MPa的铜合金。

3、本发明无需增加设备投资，可根据现有设备加工制造超大尺寸超细晶粒铜合金板带，有良好的工业应用前景

综上所述，本发明加工工艺设计合理、设备要求简单，操作方便，通过反复低应变冷轧和退火细化铜合金晶粒，提高其强度和延性，可有效克服现有的剧烈塑性变形技术在细化铜合金晶粒时存在的延伸率急剧下降和规模化难的问题，有良好的工业应用前景。

附图说明

附图1本发明之铜合金板带晶粒细化工艺示意图。

附图2为本发明实施例1、实施例2反复冷轧、退火时循环次数与硬度的关系。

附图3为本发明实施例1的析出强化铜合金反复冷轧、退火后的EBSD取向成像图。

附图4为本发明实施例2的析出强化铜合金反复冷轧、退火后的EBSD取向成像图。

附图5为本发明实施例3的析出强化铜合金反复冷轧、退火后的EBSD取向成像图。

附图6为本发明实施例4的析出强化铜合金反复冷轧、退火后的EBSD取向成像图。

附图7为本发明实施例5的弥散强化铜合金反复冷轧、退火后的EBSD取向成像图。

附图8为本发明实施例6的弥散强化铜合金反复冷轧、退火后的EBSD取向成像图。

从附图2可见，退火后，试件硬度不仅没有下降，反而随循环次数的增多缓慢增加。

从附图3、4、5、6、7、8可以看出，合金试件经反复冷轧、退火后，晶粒明显细化。

实施例：

结合本发明的内容提供以下六个实施例：

实施例1

采用箱式电阻炉将析出强化铜合金铸锭加热到900℃，保温20分钟后进行热轧，控制热变形量为70％，然后进行冷轧，控制冷变形量为90％，然后，进行5道次，每道次变形量为20％的冷轧，每道次冷轧后，将薄板加热到250℃，保温100分钟后空冷到室温，即得本发明之超细晶粒铜合金板带。由图3可知：5个循环后整个组织已被均匀细化至1～2μm以下。

实施例2

采用箱式电阻炉将析出强化铜合金铸锭加热到850℃，保温10分钟后进行热轧，控制热变形量为40％，然后进行冷轧，控制冷变形量为40％，然后，进行10道次，每道次变形量为15％的冷轧，每道次冷轧后，将薄板加热到300℃，保温60分钟后空冷到室温，即得本发明之超细晶粒铜合金板带。由图4可知：10个循环后整个组织已被均匀细化至1～2μm以下。

实施例3

采用箱式电阻炉将析出强化铜合金铸锭加热到880℃，保温5分钟后进行热轧，控制热变形量为20％，然后进行冷轧，控制冷变形量为60％，然后，进行10道次，每道次变形量为10％的冷轧，每道次冷轧后，将薄板加热到350℃，保温20分钟后空冷到室温，即得本发明之超细晶粒铜合金板带。由图5可知：10个循环后整个组织已被均匀细化至1～2μm以下。

实施例4

采用箱式电阻炉将析出强化铜合金铸锭加热到900℃，保温20分钟后进行热轧，控制热变形量为70％，然后，将冷轧板坯加热到250℃，保温20分钟后进行温轧，控制变形量为80％；然后，进行3道次，每道次变形量为20％的冷轧，每道次冷轧后，将薄板加热到250℃，保温100分钟后空冷到室温，即得本发明之超细晶粒铜合金板带。由图6可知：3个循环后整个组织已被均匀细化至1～2μm以下。

实施例5

采用箱式电阻炉将粉末冶金法制备的弥散强化铜合金坯加热到850℃，保温10分钟后进行热轧，控制热变形量为40％，然后，将冷轧板坯加热到280℃，保温10分钟后进行温轧，控制变形量为60％；然后，进行5道次，每道次变形量为15％的冷轧，每道次冷轧后，将薄板加热到300℃，保温60分钟后空冷到室温，即得本发明之超细晶粒铜合金板带。由图7可知：5个循环后整个组织已被均匀细化至1～2μm以下。

实施例6

采用箱式电阻炉将粉末冶金法制备的弥散强化铜合金坯加热到880℃，保温5分钟后进行热轧，控制热变形量为20％，然后，将冷轧板坯加热到300℃，保温5分钟后进行温轧，控制变形量为40％；然后，进行5道次，每道次变形量为10％的冷轧，每道次冷轧后，将薄板加热到350℃，保温20分钟后空冷到室温，即得本发明之超细晶粒铜合金板带。由图8可知：5个循环后整个组织已被均匀细化至1～2μm以下。

Claims

1.一种细化析出或弥散强化型铜合金板带晶粒的方法，包括下述步骤：

第一步：热变形

第二步：预轧

将第一步所得坯料进行变形量为40％～90％的冷轧得板坯；或

第三步：多道次低应变量冷轧和退火

2.根据权利要求1所述的一种细化析出或弥散强化型铜合金板带晶粒的方法，其特征在于：所述强化铜合金为析出强化铜合金铸锭或粉末冶金法制备的弥散强化铜合金中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种细化析出或弥散强化型铜合金板带晶粒的方法，其特征在于：所述塑性变形为热挤压或热轧工艺中的一种。