CN102051565B - 一种铍青铜合金的形变强化和时效强化工艺方法 - Google Patents
一种铍青铜合金的形变强化和时效强化工艺方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102051565B CN102051565B CN201110023963XA CN201110023963A CN102051565B CN 102051565 B CN102051565 B CN 102051565B CN 201110023963X A CN201110023963X A CN 201110023963XA CN 201110023963 A CN201110023963 A CN 201110023963A CN 102051565 B CN102051565 B CN 102051565B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- axis
- true strain
- test specimen
- copper alloy
- strength
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 230000032683 aging Effects 0.000 title claims abstract description 42
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 14
- ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N beryllium atom Chemical compound [Be] ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 14
- 229910000906 Bronze Inorganic materials 0.000 title abstract 3
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims abstract description 27
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims abstract description 27
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000010791 quenching Methods 0.000 claims abstract 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 9
- DMFGNRRURHSENX-UHFFFAOYSA-N beryllium copper Chemical compound [Be].[Cu] DMFGNRRURHSENX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 claims description 3
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 claims 1
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000956 alloy Substances 0.000 abstract description 3
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 19
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 8
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 8
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 8
- 238000004881 precipitation hardening Methods 0.000 description 7
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 4
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 3
- 230000000930 thermomechanical effect Effects 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 238000001887 electron backscatter diffraction Methods 0.000 description 2
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 2
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 2
- 229910000952 Be alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 1
- 230000007096 poisonous effect Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
- Conductive Materials (AREA)
- Investigating And Analyzing Materials By Characteristic Methods (AREA)
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
Abstract
一种铍青铜合金的形变强化和时效强化工艺方法，是将铍青铜合金铸锭或热变形后的材料切割成矩形块状，加热到800～980℃保温0.5～10小时水淬冷却后，在室温分别沿矩形块的X轴、Y轴、Z轴三个方向进行多道次、多轴向压缩变形，单道次真应变量为0.2～0.6，应变速率为10-4～101s-1，当累积真应变量大于等于1.2时，在300～450℃进行人工时效处理，即可获得硬度达423HV的高强块体铜合金。本发明通过形变热处理工艺可大幅度提高铜合金的强度，特别是解决了部分铜合金强度偏低的问题，具备加工工艺、设备要求简单，操作方便等优点；可制备大件高强铜合金材料，有良好的工业应用前景。
Description
技术领域
本发明公开了一种铍青铜合金的形变强化和时效强化工艺方法，特指利用多道次、多轴向压缩变形和人工时效处理来提高铜合金强度的方法。属于铜合金加工技术领域。
背景技术
析出硬化型铜合金是一种具有较高强度、良好耐磨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。铍青铜是一种典型的析出硬化型合金，在所有的铍合金中是用途最广的一种，其用量在当今世界已超过铍消费总量的70％。但铍是一种有毒元素，容易引起工业污染，因此降低铍的含量势在必行，这也导致低铍铜合金的用量逐渐增多。与高铍铜合金相比，低铍铜合金的强度偏低，在降低铍含量的同时保持其良好的强度性能成为亟待解决的问题。提高析出硬化型铜合金的强度通常可采用添加合金元素和形变热处理两种方法，由于在铜中产生析出硬化作用的合金元素多为稀有贵重金属，导致在制备或回收高强铜合金时存在成本高的问题，通过形变热处理来进行晶界强化和时效强化铜合金越来越受到关注。如何充分发挥晶界强化与时效强化作用，简化制备工艺、经济高效的制备出析出硬化型高强铜合金成为亟待解决的问题。
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通过多道次、多轴向压缩变形和时效处理提高铍青铜合金强度的形变强化和时效强化工艺方法。
本发明一种铍青铜合金的形变强化和时效强化工艺方法，包括下述步骤：
第一步：固溶处理
将铍青铜合金铸锭或热变形后的材料切割成矩形块状，加热到800～980℃，保温0.5～10小时，出炉水淬，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、多轴向压缩变形，每道次真应变量控制在0.2～0.6，应变速率控制在10-4～101s-1，直至累积真应变量大于等于1.2；
第三步：时效处理
将第二步所得矩形试件加热到300～450℃，保温10～107秒后水淬，进行时效处理，即制得硬度达423HV的高强度铍青铜合金。
本发明一种铍青铜合金的形变强化和时效强化工艺方法中，所述固溶处理温度为850～950℃；保温时间为0.5～5小时。
本发明一种铍青铜合金的形变强化和时效强化工艺方法中，所述每道次真应变量控制在0.3～0.5，应变速率控制在10-3～10-1s-1。
本发明一种铍青铜合金的形变强化和时效强化工艺方法中，所述时效处理温度为300～400℃，保温时间为102～105秒。
本发明一种铍青铜合金的形变强化和时效强化工艺方法中，所述时效处理温度为300～350℃，保温时间为102～104秒。
本发明的优点和积极效果简述于下：
本发明采用铍青铜合金铸锭或热变形后的材料为原料，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轴三个方向进行多道次、多轴向压缩变形，可使铍青铜合金组织内产生高密度变形带和高角度晶界，随后的低温时效处理可充分将固溶于基体中的合金元素析出，充分发挥合金元素的析出硬化作用，极大的提高铜合金的强度。具有以下优点：
(1)反复多向压缩变形时单道次变形量低，可累积大应变而不引起材料损伤；可使组织内产生高密度变形带和高角度晶界，极大的提高了材料的硬度。
(2)采用本发明，制备出了硬度达423HV的高强度铍青铜合金，特别是制备出了硬度达302HV的高强度低铍铜合金。
(3)加工工艺、设备要求简单，加工成本低，适合规模化生产；对于铍青铜等对人体有害的合金可实现自动化生产，具有良好的工业应用前景。
综上所述，本发明可有效解决现有技术在制备析出硬化型高强度铜合金时存在的成本高、形变热处理工艺难控制的问题，特别是解决了部分铜合金强度偏低的问题，有良好的工业应用前景。
附图说明
附图1为本发明沿矩形块的X轴、Y轴、Z轴三个方向进行多道次、多轴向压缩变形的原理示意图。
附图2(a)为本发明实施例1的试件固溶处理后的金相组织。
附图2(b)为本发明实施例1的试件累积真应变量达2.4后，经320℃保温3.6×103秒时效处理后的金相组织。
附图3(a)为本发明实施例4的试件固溶处理后的EBSD取向成像图。
附图3(b)为本发明实施例4的试件累积真应变量达2.4后的EBSD取向成像图。
附图4(a)为本发明实施例6的试件固溶处理后的金相组织。
附图4(b)为本发明实施例6的试件累积真应变量达4.8后，在450℃保温2×103秒时效处理后的金相组织。
附图5为本发明实施例1、2、3的试件累积真应变量达2.4后分别在320℃、300℃和350℃下时效处理时，显微硬度随时效时间的变化曲线。
附图6为本发明实施例6、7、8的试件累积真应变量达4.8后分别在450℃、400℃和350℃下时效处理时，显微硬度随时效时间的变化曲线。
附图中：从附图2(b)可以看出，试件累积真应变量达2.4后，经320℃保温3.6×103秒时效处理后，组织内部存在高密度变形带和大量高角度晶界，同时在原始晶界处和由变形产生的高角度晶界处出现大量析出物。
从附图3(b)可以看出，试件累积真应变量达2.4后，组织内产生了大量的变形带和高角度细晶组织。
从附图4(b)可以看出，试件累积真应变量达4.8后，在450℃保温2×103秒时效处理后，试件组织中存在大量细晶，在其晶界处出现了大量析出物。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作详细介绍：
本发明针对高铍铜合金(铍含量在1.7wt％左右)的铸锭，切割制备了100个矩形块状试件，分为3组，分别编号为第一组、第二组、第三组，其中第一组、第二组30个试件，第三组40个试件，分别作为实施例1、2、3的试件。
实施例1
将第一组矩形块状试件置于炉内加热到800℃保温10小时后水淬冷却后，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、多轴向压缩变形，应变速率为1.5×10-4s-1，每道次真应变量控制在0.2，当各方向的真应变量累积到2.4时，停止压缩变形随后对试件进行人工时效处理。温度为320℃，保温10～105秒后，分别出炉水淬，将第一组试件进行硬度检测，得到附图5的显微硬度随时效时间的变化曲线1。参见附图5可知，其最佳时效时间为3.6×103秒；同时参见附图2，此时试件组织内部存在高密度变形带和大量高角度晶界，同时在原始晶界处和由变形产生的高角度晶界处出现大量析出物，这极大的强化了其组织，硬度高达420HV。
实施例2
将第二组矩形块状试件置于炉内加热到900℃保温4小时后水淬冷却后，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、多轴向压缩变形，应变速率为1.5×10-2s-1，每道次真应变量控制在0.4，当各方向的真应变量累积到2.4时，停止压缩变形随后对试件进行人工时效处理。温度为300℃，保温10～105秒后，分别出炉水淬，将第二组试件进行硬度检测，得到附图5的显微硬度随时效时间的变化曲线2。参见附图5可知，其最佳时效时间为7.2×103秒；硬度高达423HV。
实施例3
将第二组矩形块状试件置于炉内加热到980℃保温0.5小时后水淬冷却后，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、多轴向压缩变形，应变速率为1.5×101s-1，每道次真应变量控制在0.6，当各方向的真应变量累积到2.4时，停止压缩变形随后对试件进行人工时效处理。温度为350℃，保温10～104秒后，分别出炉水淬，将第三组试件进行硬度检测，得到附图5的显微硬度随时效时间的变化曲线3。参见附图5可知，其最佳时效时间为1×103秒；硬度高达398HV。
本发明针对低铍铜合金(铍含量在0.3wt％左右)的铸锭，切割制备了82个矩形块状试件，分为5组，分别编号为第四组、第五组、第六组、第七组、第八组，其中：第四组、第五组各1个试件，第六组、第七组每组25个试件，第八组30个试件，分别作为实施例4、5、6、7、8的试件。
实施例4
将第四组矩形块状试件置于炉内加热到900℃保温4小时后水淬冷却后，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、多轴向压缩变形，应变速率为3×10-2s-1，每道次真应变量控制在0.4，当各方向的真应变量累积到2.4时，停止压缩变形。由附图3可看出，经变形后组织内产生了大量的变形带和高角度细晶组织。经检测得，其硬度由铸态时的65HV增强到174HV。
实施例5
将第五组矩形块状试件置于炉内加热到850℃保温8小时后水淬冷却后，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、多轴向压缩变形，应变速率为10-1s-1，每道次真应变量控制在0.2，当各方向的真应变量累积到1.2时，停止压缩变形；随后对试件进行人工时效处理。温度为450℃，保温3.6×103秒后，出炉水淬，检测得其硬度为270HV。
实施例6
将第六组矩形块状试件置于炉内加热到980℃保温0.5小时后水淬冷却后，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、多轴向压缩变形，应变速率为10-4s-1，每道次真应变量控制在0.2，当各方向的真应变量累积到4.8时，停止压缩变形；随后对试件进行人工时效处理。温度为450℃，保温102～105秒后，分别出炉水淬，将第六组试件进行硬度检测，得到附图6的显微硬度随时效时间的变化曲线4。参见附图6可知，其最佳时效时间为2×103秒；同时参见附图4，此时试件组织中存在大量细晶，在其晶界处出现了大量析出物，硬度高达281HV。
实施例7
将第七组矩形块状试件置于炉内加热到900℃保温3小时后水淬冷却后，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、多轴向压缩变形，应变速率为10-2s-1，每道次真应变量控制在0.4，当各方向的真应变量累积到4.8时，停止压缩变形；随后对试件进行人工时效处理。温度为400℃，保温102～107秒后，分别出炉水淬，将第七组试件进行硬度检测，得到附图6的显微硬度随时效时间的变化曲线5。参见附图6可知，其最佳时效时间为1.08×104秒；硬度高达284HV。
实施例8
将第八组矩形块状试件置于炉内加热到800℃保温8小时后水淬冷却后，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、多轴向压缩变形，应变速率为101s-1，每道次真应变量控制在0.6，当各方向的真应变量累积到4.8时，停止压缩变形；随后对试件进行人工时效处理。温度为350℃，保温102～107秒后，分别出炉水淬，将第八组试件进行硬度检测，得到附图6的显微硬度随时效时间的变化曲线6。参见附图6可知，其最佳时效时间为2.016×105秒；硬度高达302HV。
Claims (1)
1. 一种高铍铜合金的形变强化和时效强化工艺方法，包括下述步骤：
第一步：固溶处理
将铍含量在1.7wt%的高铍铜合金铸锭切割成矩形块状置于炉内，加热到900℃，保温4小时，出炉水淬，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、多轴向压缩变形，每道次真应变量控制在0.4，应变速率控制在1.5×10-2s-1，真应变量累积到2.4时，停止压缩变形；
第三步：时效处理
将第二步所得矩形试件加热到300℃，保温7.2×103秒后水淬，进行时效处理，即制得硬度达423 HV的高强度高铍铜合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201110023963XA CN102051565B (zh) | 2011-01-21 | 2011-01-21 | 一种铍青铜合金的形变强化和时效强化工艺方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201110023963XA CN102051565B (zh) | 2011-01-21 | 2011-01-21 | 一种铍青铜合金的形变强化和时效强化工艺方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102051565A CN102051565A (zh) | 2011-05-11 |
| CN102051565B true CN102051565B (zh) | 2012-05-30 |
Family
ID=43956357
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201110023963XA Expired - Fee Related CN102051565B (zh) | 2011-01-21 | 2011-01-21 | 一种铍青铜合金的形变强化和时效强化工艺方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102051565B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103572185A (zh) * | 2013-11-15 | 2014-02-12 | 贵州航锐航空精密零部件制造有限公司 | 一种提高铍青铜蝶簧硬度和弹性的热处理方法 |
| CN103668019B (zh) * | 2013-12-04 | 2015-12-09 | 兰州飞行控制有限责任公司 | 铍青铜薄片的固溶处理方法 |
| CN112708837B (zh) * | 2021-01-28 | 2022-01-14 | 株洲艾美新材料有限公司 | 一种高铍铍铜合金的热处理工艺 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101333609A (zh) * | 2007-06-28 | 2008-12-31 | 周水军 | 重力、低压铸造用低铍铜合金模具材料及其生产工艺 |
| CN101463454A (zh) * | 2009-01-16 | 2009-06-24 | 中南大学 | 一种利用孪生变形制备块体纳米/超细晶粒镁合金的方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4599120A (en) * | 1985-02-25 | 1986-07-08 | Brush Wellman Inc. | Processing of copper alloys |
| JP4930993B2 (ja) * | 2007-01-05 | 2012-05-16 | 住友軽金属工業株式会社 | 銅合金材料及びその製造方法並びに溶接機器の電極部材 |
-
2011
- 2011-01-21 CN CN201110023963XA patent/CN102051565B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101333609A (zh) * | 2007-06-28 | 2008-12-31 | 周水军 | 重力、低压铸造用低铍铜合金模具材料及其生产工艺 |
| CN101463454A (zh) * | 2009-01-16 | 2009-06-24 | 中南大学 | 一种利用孪生变形制备块体纳米/超细晶粒镁合金的方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| JP昭61-195957A 1986.08.30 |
| JP特开2008-163439A 2008.07.17 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102051565A (zh) | 2011-05-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103981410B (zh) | 一种高耐损伤铝合金及其制备方法 | |
| CN102051564B (zh) | 一种超细晶粒高强度高韧性铜合金板带的制备方法 | |
| CN104372277B (zh) | 一种颗粒状δ相均匀分布的GH4169合金制备方法 | |
| CN106591632A (zh) | 一种改善铝锂合金综合性能的热处理工艺 | |
| CN109112449A (zh) | 一种消除铝合金模锻件残余应力的方法 | |
| CN104532154A (zh) | 高硬度高抛光预硬化塑胶模具钢及其制备工艺 | |
| CN105714223B (zh) | 一种Al‑Zn‑Mg‑Cu‑Zr铝合金的均匀化热处理方法 | |
| CN107130197B (zh) | 一种超细晶az80镁合金的形变热处理方法 | |
| CN103849746A (zh) | 一种40CrNiMoA芯棒的热处理工艺及其处理得到的40CrNiMoA芯棒 | |
| CN104962847A (zh) | 一种提高7系合金厚板均匀性和抗腐蚀性能的热处理工艺 | |
| CN105755409A (zh) | 一种改善铝锂合金薄板耐损伤性能的热处理方法 | |
| CN110468361B (zh) | 一种变形高温合金细晶棒材的制备方法 | |
| CN102127725A (zh) | 一种高强度高韧性镁合金板带材的制备方法 | |
| CN102808105A (zh) | 一种形状记忆铜合金的制备方法 | |
| CN109439961A (zh) | 一种高温合金丝材及其制备方法 | |
| CN112191845A (zh) | 一种改善增材制造镍基高温合金组织均匀性的热加工方法 | |
| CN103589977A (zh) | 一种提高Al-Cu-Mg合金抗疲劳性能的方法 | |
| CN102051565B (zh) | 一种铍青铜合金的形变强化和时效强化工艺方法 | |
| CN104745989A (zh) | 一种铜铬锆系合金的双级固溶热处理方法 | |
| CN108385046B (zh) | 一种TiAl-V合金的热处理方法 | |
| CN108977689A (zh) | 一种亚稳β钛合金板材及其加工方法 | |
| CN110438422B (zh) | 一种增材制造2219铝合金的热处理方法 | |
| CN105154715A (zh) | 一种高性能铜合金材料及其制备方法 | |
| CN102560298B (zh) | 特别适用于旋压塑性成形的铝合金挤压管材的热处理工艺方法 | |
| CN103834885A (zh) | 一种提高铝合金板材塑性的热处理方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20120530 Termination date: 20130121 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |