CN102691022B - 一种铜合金直流电流下时效热处理方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及铜合金直流电流下时效热处理方法及装置，方法包括以下步骤：1）将待热处理的铜合金试样进行固溶处理；2）将试样出炉水淬后进行冷变形；3）将试样两端接入直流电流并在通电状态下加热至时效温度进行时效热处理；本发明采用固溶、冷变形和直流电流下时效热处理方法，固溶淬火后的冷变形，试样内部形成了高的空位密度，直流电流对空位的运动产生影响，空位在位错和晶界的周围聚集为析出相提供形核场所；直流电流对固溶原子脱离铜基体析出所需克服的能量位垒产生影响，对时效析出第二相的数量和分布产生影响。通过调整参数，从而控制材料的组织，使材料获得优良的综合机械性能；从而解决了铜合金的高强度和高导电率无法兼得的问题。

Description

一种铜合金直流电流下时效热处理方法及装置
技术领域
本发明涉及铜合金热处理技术领域，尤其是一种铜合金直流电流下时效热处理方法及装置。
背景技术
高强高导铜合金是重要的铜合金功能材料，广泛应用于高速铁路接触线、高张力线、高保真音视频线、电阻焊电极、连铸机结晶器、热核实验反应堆冷却墙壁、微波管结构和导电部件、电磁炮轨道、航空航天插接件连接线和高压开关触头等领域，对我国重大工程的实施具有重要意义。
合金时效后析出相的数量、大小、形态和分布等特征参量将对合金的强度和导电率产生很大影响。铜合金中高强度和高导电是一对相互矛盾的特性，一般来说导电率高则强度低，强度高则导电率很难提高，因此如何在保持高强度的基础上，提高合金的导电率一直是科研工作者们的研究课题。
然而，目前的铜合金处理及应用领域中，铜合金的高强度和高导电率仍然是无法兼得的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铜合金直流电流下时效热处理方法，以通过固溶、冷变形和时效热处理，并在直流电流的作用下影响析出相的形态、分布、数量和尺寸，从而解决铜合金的高强度和高导电率无法兼得的问题。
本发明的目的还在于提供一种铜合金直流电流下时效热处理装置。
为了解决上述问题，本发明的铜合金直流电流下时效热处理方法采用以下技术方案：铜合金直流电流下时效热处理方法，包括下述工艺步骤：1）将待热处理的铜合金试样进行固溶处理；2）将试样出炉水淬后进行冷变形；3）将试样两端接入直流电流并在通电状态下加热至时效温度进行时效热处理。
步骤2）所述的冷变形是通过拉拔实现的。
所述直流电流的密度为0.28~5.66A/mm2。
所述铜合金试样为Cu-Cr合金，步骤3）所述的时效温度为400~600℃，时效热处理时间为0~8h。
步骤3）的时效热处理在热处理炉内进行，时效热处理过程中热处理炉内通入惰性气体作为保护性气体。
所述热处理炉为管式炉，所述管式炉的两端分设有供惰性气体进、出的进气口和出气口。
本发明的铜合金直流电流下时效热处理装置采用以下技术方案：一种铜合金直流电流下时效热处理装置，包括热处理炉，所述热处理炉上设有用于将待处理的铜合金试样与直流电源连接的导线。
所述热处理炉为管式炉，所述管式炉包括炉管，所述炉管的内壁面上固连有两个以上与炉管同轴设置的耐火壁，所述各耐火壁沿炉管的轴向间隔设置，各耐火壁上均设有供铜合金试样穿过的通孔。
所述热处理炉上设有热电偶。
所述热处理炉上设有供惰性气体进出的进气口和出气口。
本发明的铜合金直流电流下时效热处理方法采用固溶、冷变形和直流电流下时效热处理方法，由于固溶淬火后的冷变形，试样内部形成了高的空位密度，在随后的时效过程中，直流电流对空位的运动产生影响，空位在位错和晶界的周围聚集为析出相提供形核场所；此外，直流电流还对固溶原子脱离铜基体析出所需克服的能量位垒产生影响，进而对时效析出第二相的数量和分布产生影响。通过调整参数，从而控制材料的组织，使材料获得优良的综合机械性能；从而解决了铜合金的高强度和高导电率无法兼得的问题。
附图说明
图1是本发明的铜合金直流电流下时效热处理装置的实施例1的结构示意图。 
具体实施方式
本发明的铜合金直流电流下时效热处理方法实施例1，以Φ3mm QCr0.5合金为例，具有以下步骤：1）将待热处理的铜合金试样在在980~1000℃下固溶10~90min，本实施例中，为在980℃下固溶90min；其中对铜合金的固溶技术为现有技术，有关温度和时间可参考国家标准；2）将试样出炉水淬后进行冷变形，所述的冷变形是通过拉拔实现的，冷变形后，试样形成Φ1.5mm的铜合金线；3）将试样两端接入直流电流并在通电状态下加热至时效温度进行时效热处理，该步骤中，所述直流电流的密度为0.28~5.66A/mm2，所述的时效温度为400~600℃，实施例中时效温度为450℃，另外，时效温度为技术术语，可在钟卫佳主编、冶金工业出版社出版的《铜加工技术实用手册》中查得；时效热处理时间为0~8h，本实施例中为2H，时效热处理在热处理炉内进行，所述热处理炉为管式炉，所述管式炉的两端分设有供惰性气体进、出的进气口和出气口，时效热处理过程中通过所述进、出气口在管式炉内通入惰性气体作为保护性气体；试样在时效热处理结束后随炉冷却至室温即可。
对于时效强化Cu-Cr合金，固溶体内溶质原子的特征参量（原子类型、大小、数量等）及基体中析出相的特征参量（数量、尺寸、间距、形态、分布等）是影响合金导电率的主要因素。该合金在时效析出过程中，随着固溶原子的析出，由于析出相颗粒对电子的散射作用远小于固溶在铜基体中的Cr原子引起的点阵畸变对电子的散射作用，导电率升高。此外，当第二相颗粒的尺寸与电子波的波长（10??）处于同一数量级时，颗粒对电子波的散射能力最强，会使合金的导电性显著下降；当第二相颗粒之间的间距小于铜中电子平均自由程（42nm）时，颗粒将显著阻碍电子的流动，降低铜合金的导电性；第二相颗粒弥散分布或定向分布时可获得较大的导电率。
经试验，QCr0.5铜合金线的导电率可达83%以上，其抗拉强度可达530MPa以上。
本发明的铜合金直流电流下时效热处理方法实施例2，以Φ4mm QZr0.2合金为例，具有以下步骤：1）将待热处理的铜合金试样在900℃固溶20min；2）将试样出炉水淬后进行冷变形，所述的冷变形是通过拉拔实现的，冷变形后，试样形成Φ1.8mm  的铜合金线；3）将试样两端接入直流电流并在通电状态下加热至时效温度进行时效热处理，该步骤中，所述直流电流的密度为0.28~5.66A/mm2，所述的时效温度为450℃，时效热处理时间为2h，时效热处理在热处理炉内进行，所述热处理炉为管式炉，所述管式炉的两端分设有供惰性气体进、出的进气口和出气口，时效热处理过程中通过所述进、出气口在管式炉内通入惰性气体（本实施例中为氦气）作为保护性气体；试样在时效热处理结束后随炉冷却至室温即可。
经试验，QZr0.4铜合金线的导电率可达88% 以上，其抗拉强度可达395MPa以上。
本发明的铜合金直流电流下时效热处理装置的实施例1，如图1所示，具有热处理炉，热处理炉采用管式炉，具有炉管1及同轴套设于炉管1上的加热筒2，加热筒2上设有热电偶3，炉管1内于两端之间设有耐火壁4，本实施例中，耐火壁4有四个，四个耐火壁4沿炉管1的轴向间隔设置并将炉管1的内腔分为五段，各耐火壁4上均同心设有通孔，通孔的孔中心线与炉管1的轴线共线，通孔用于在装置工作时供对应的铜合金试样5插入以将支撑夹持铜合金试样5；炉管1的两端分别穿设有导线6，设于炉管两端的两导线6分别与一直流电源7的正、负极电连接，导线6用于在装置工作时将铜合金试样5的两端与直流电源7的正、负极对应电性连接；炉管1的两端分设有进气口8和出气口9，进、出气口相通，用于在装置工作时向炉管1内通入惰性气体（如氦气等）以作为保护性气体。
在铜合金直流电流下时效热处理装置的其它实施例中，铜合金直流电流下时效热处理装置的实施例1中所述的热处理炉还可以为其它形式的热处理炉，但是应保证其具有将直流电源与试样连接的导线；所述直流电源还可以在使用时另设；所述耐火壁的数量为两个以上皆可。

Claims (7)

1.铜合金直流电流下时效热处理方法，其特征在于，包括下述工艺步骤：1）将待热处理的铜合金试样进行固溶处理；2）将试样出炉水淬后进行冷变形，试样内部形成了高的空位密度，直流电流对空位的运动产生影响，空位在位错和晶界的周围聚集为析出相提供形核场所；3）将试样两端接入直流电流并在通电状态下加热至时效温度进行时效热处理，试样在时效热处理结束后随炉冷却至室温即可，所述直流电流的密度为0.28~5.66A/mm2，所述铜合金试样为Cu-Cr合金，所述的时效温度为400~600℃，时效热处理时间为0~8h，通过调整参数，从而控制材料的组织，使材料获得优良的综合机械性能。
2.根据权利要求1所述的铜合金直流电流下时效热处理方法，其特征在于：步骤2）所述的冷变形是通过拉拔实现的。
3.根据权利要求1所述的铜合金直流电流下时效热处理方法，其特征在于：步骤3）的时效热处理在热处理炉内进行，时效热处理过程中热处理炉内通入惰性气体作为保护性气体。
4.根据权利要求3所述的铜合金直流电流下时效热处理方法，其特征在于：所述热处理炉为管式炉，所述管式炉的两端分设有供惰性气体进、出的进气口和出气口。
5.一种铜合金直流电流下时效热处理装置，其特征在于，包括热处理炉，所述热处理炉上设有用于将待处理的铜合金试样与直流电源连接的导线，所述热处理炉为管式炉，所述管式炉包括炉管，所述炉管的内壁面上固连有两个以上与炉管同轴设置的耐火壁，所述各耐火壁沿炉管的轴向间隔设置，各耐火壁上均设有供铜合金试样穿过的通孔。
6.根据权利要求5所述的铜合金直流电流下时效热处理装置，其特征在于，所述热处理炉上设有热电偶。
7.根据权利要求5所述的铜合金直流电流下时效热处理装置，其特征在于，所述热处理炉上设有供惰性气体进出的进气口和出气口。
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