CN102002656B - 一种细化析出或弥散强化型块体铜合金晶粒的方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用室温多向变形及退火工艺协调细化高强高导电铜合金晶粒的方法，是将高强高导电铜合金铸锭或热变形材切割成矩形块状，放入炉中加热到800～860℃保温40～120分钟水淬冷却后，在室温分别沿矩形块的X轴、Y轴、Z轴三个方向依次进行多道次、多轴压缩变形，控制每道次真应变量为0.2～0.6，当累积真应变量达到1.2以上时，在600～800℃进行退火再结晶，即可获得平均尺寸0.5～3μm的超细晶粒铜合金块。本发明加工工艺、设备要求简单，操作方便，可有效克服现有技术在细化高强高导电铜合金晶粒时存在的模具损伤严重、动力要求过高、难以制备块体材料的难题；可制备大件致密超细晶粒高强高导电铜合金材料，有良好的工业应用前景。
Description
技术领域
本发明公开了一种细化析出或弥散强化型块体铜合金晶粒的方法，特指利用室温多向变形及退火协调细化铜合金晶粒、制备块体超细晶粒高强高导电铜合金。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高强高导电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1～3μm以下。等通道角挤压(ECAP)和累积叠轧等剧烈塑性变形技术是目前细化晶粒至亚微米级甚至纳米级的有效方法，但其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。且采用等通道角挤压制备的产品尺寸较小，不能用于制备大块体材料。此外，对于铍青铜等析出强化型高强高导电铜合金来说，加工时所需压力极大，模具极易损毁，大大增加了生产成本，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超细晶粒块体高强高导电铜合金是一道技术难题。
块体超细晶粒高强高导电铜合金的制备，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。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种加工工艺、设备要求简单，操作方便，利用室温多向变形及再结晶退火细化块体高强高导电铜合金晶粒的方法。
本发明一种细化析出或弥散强化型块体铜合金晶粒的方法，包括下述步骤：
第一步：固溶处理
将析出或弥散强化型铜合金切割成矩形块状，加热到800～860℃，保温40～120分钟，随后水淬，进行固溶处理；
第二步：压缩变形
将第一步所得矩形试件在室温下分别沿矩形块的X轴、Y轴、Z轴三个方向依次进行多道次、多轴压缩变形，每道次真应变量控制在0.2～0.6，直至累积真应变量大于等于1.2；
第三步：再结晶退火
将第二步所得矩形试件加热至600～800℃，保温0.1～10分钟，进行再结晶退火后空冷，即可获得平均尺寸为0.5～3μm的块体超细晶粒铜合金。
本发明中，所述析出或弥散强化型铜合金采用热锻或热轧方法制造。
本发明采用铸锭或热变形方法制造的析出或弥散强化型铜合金为原料，将其切割成矩形块状，进行固溶处理后，在室温分别沿矩形块的X轴、Y轴、Z轴三个方向依次进行多道次、多轴压缩变形，通过控制每道次应变量及应变速率，从三个方向累积应变量，导入高密度的位错和变形带，在再结晶退火时，大大增加了再结晶形核率，从而细化块体高强高导电铜合金晶粒；具有如下优点：
1、变形在室温下进行，无需专门的模具，节省了大量模具和热加工费用，经济高效。
2、可用于高强高导电铜合金的晶粒细化，解决了等通道角挤压法难以加工高强高导电铜合金(如铍青铜)、模具损害严重的难题。
3、加工工艺、设备要求简单，可用于制备块体铜合金材料，有良好的工业应用前景。
综上所述，本发明加工工艺、设备要求简单，操作方便，经济高效，可有效克服现有技术在细化高强高导电铜合金晶粒时存在的模具强度要求过高、模具损害严重、难以规模化制备块体超细晶粒铜合金的问题，有良好的工业应用前景。
附图说明
附图1为本发明沿X、Y、Z轴方向进行多道多轴变形原理示意图。
附图2(a)为本发明实施例1的试件累积变形1.2后在800℃退火60s时的金相组织。
附图2(b)为本发明实施例1的试件累积变形1.2后在800℃退火120s时的金相组织。
附图3(a)为本发明实施例2的试件累积变形2.1后600℃退火100s时的金相组织。
附图3(b)为本发明实施例2的试件累积变形2.1后800℃退火20s时的金相组织。
附图4(a)为本发明实施例3的试件累积变形3.6后800℃退火60s时的金相组织。
附图4(b)为本发明实施例3的试件累积变形3.6后800℃退火150s时的金相组织。
附图5为本发明实施例4的试件累积变形6后700℃退火10s的金相组织。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作详细介绍：
实施例1
将高强高导电铍青铜合金热轧板切割成矩形块状置于炉内加热到800℃保温60分钟后水淬冷却后，再将试样置于液压机的下平砧上，先以X轴为压缩轴进行压缩变形。当X方向的真应变量达到0.2时，停止压缩，将试样旋转90度，以Y轴为压缩轴，再次压缩，当Y方向的真应变量达到0.2时，停止压缩，将试样旋转90度，以Z轴为压缩轴，再次压缩。当Z方向的真应变量达到0.2时，停止压缩，将试样旋转90度，再以X轴为压缩轴，反复进行X→Y→Z→X·····方向压缩。当各方向的真应变量累积到1.2时在800℃退火，由附图2可见，退火60～120s后晶粒被细化至2μm以下。
实施例2
将高强高导电铍青铜合金矩形热锻块置于炉内加热到820℃保温40分钟后水淬冷却后，再将试样置于液压机的下平砧上，先以X轴为压缩轴进行压缩变形。当X方向的真应变量达到0.3时，停止压缩，将试样旋转90度，以Y轴为压缩轴，再次压缩。当Y方向的真应变量达到0.3时，停止压缩，将试样旋转90度，以Z轴为压缩轴，再次压缩。当Z方向的真应变量达到0.3时，停止压缩，将试样旋转90度，再以X轴为压缩轴，反复进行X→Y→Z→X·····方向压缩。当各方向的累积真应变量达到2.1时在600～800℃退火，由附图3(a)可见，在600℃退火100s或800℃退火20s(b)后晶粒都被细化至1μm以下。
实施例3
将高强高导电铍青铜合金热轧板切割成矩形块状置于炉内加热到850℃保温120分钟后水淬冷却后，再将试样置于液压机的下平砧上，先以X轴为压缩轴进行压缩变形。当X方向的真应变量达到0.4时，停止压缩，将试样旋转90度，以Y轴为压缩轴，再次压缩。当Y方向的真应变量达到0.4时，停止压缩，将试样旋转90度，以Z轴为压缩轴，再次压缩。当Z方向的真应变量达到0.4时，停止压缩，将试样旋转90度，以X轴为压缩轴，反复进行X→Y→Z→X·····方向的压缩。当各方向的真应变量累积到3.6时在800℃退火，由附图4可见，退火60～150s后晶粒被细化至3～5μm。
实施例4
将高强高导电铍青铜合金热轧板切割成矩形块状置于炉内加热到840℃保温30分钟后水淬冷却后，再将试样置于液压机的下平砧上，先以X轴为压缩轴进行压缩变形。当X方向的真应变量达到0.6时，停止压缩，将试样旋转90度，以Y轴为压缩轴，再次压缩。当Y方向的真应变量达到0.6时，停止压缩，将试样旋转90度，以Z轴为压缩轴，再次压缩。当Z方向的真应变量达到0.6时，停止压缩，将试样旋转90度，以X轴为压缩轴，反复进行X→Y→Z→X·····方向压缩。当各方向的累积真应变量达到6时在700℃退火，由附图5可见，退火10s后即得本发明之平均尺寸小于1μm的超细晶粒铜合金。
Claims (2)
1.一种细化析出或弥散强化型块体铜合金晶粒的方法，包括下述步骤：
第一步：固溶处理
将析出或弥散强化型铜合金切割成矩形块状，加热到800～860℃，保温40～120分钟，随后水淬，进行固溶处理；
第二步：压缩变形
将第一步所得矩形试件在室温下分别沿矩形块的X轴、Y轴、Z轴三个方向依次进行多道次、多轴压缩变形，每道次真应变量控制在0.2～0.6，直至累积真应变量大于等于1.2；
第三步：再结晶退火
将第二步所得矩形试件加热至600～800℃，保温0.1～10分钟，进行再结晶退火后空冷，即可获得平均尺寸为0.5～3μm的块体超细晶粒铜合金。
2.根据权利要求1所述的一种细化析出或弥散强化型块体铜合金晶粒的方法，其特征在于：所述析出或弥散强化型铜合金采用铸锭或热变形的方法制造。
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