CN102839341A

CN102839341A - 一种高强高导铜合金的制备方法

Info

Publication number: CN102839341A
Application number: CN2012103666119A
Authority: CN
Inventors: 黄新民; 吴玉程; 秦永强; 王岩; 舒霞; 郑玉春; 曹钧力
Original assignee: Hefei University of Technology
Current assignee: Hefei University of Technology
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2032-09-28
Also published as: CN102839341B

Abstract

本发明涉及一种高强高导铜合金的制备方法。具体制备操作步骤为：（1）固溶处理和热轧、（2）常温冷轧和退火、（3）低温处理、（4）快速变形处理和最终退火。本发明选择在低于铜合金发生滑移变形的温度下，进行低温快速变形加工处理，与未进行低温快速变形加工处理下的样件相比，不仅能够提高铜合金的强度，还能较好的保持铜合金的导电性。本发明所制铜合金性能优于未采用本法处理制得的铜合金性能，其抗拉强度大于600MPa，延伸率大于10%，且导电率在80%IACS以上。

Description

一种高强高导铜合金的制备方法

技术领域

本发明属于有色金属加工技术领域，特别涉及一种采用低温处理后进行快速变形加工技术获得高强高导铜合金的方法。

背景技术

我国是铜消费大国，尤其是近几年随着电气化铁路以及电子产品的快速发展，高强高导铜合金材料需求也日益旺盛。然而由于我国在高强高导铜合金材料领域的研究起步较晚，研究开发的水平与国外存在一定差距，目前尚未形成规模化生产，大部分高强导电铜合金材料仍然依赖进口。因此，制备高强高导铜合金具有十分重要的意义。

目前在铜合金生产过程中，通常采用在室温进行冷轧或者高温（通常在900℃左右）下进行热轧处理，或者综合热轧和冷轧制定复杂的形变热处理工艺，利用这种方法可以获得具有较高强度的铜合金。但是，由于加工处理过程中合金元素形成的过饱和基体、析出的第二相以及增加的晶界都会降低合金的导电性能，难以同时获得高强度和高导电性的铜合金。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺方法简单、生产成本低、可实现工业化生产的制备高强高导铜合金的制备方法，克服现有技术产生的加工处理缺陷。

高强高导铜合金的具体制备操作步骤如下：

第一步：固溶处理和热轧

将铬锆铜合金铸锭，在SRJX-4-9箱式电阻炉中进行固溶退火处理，固溶温度为920～950℃，时间为1～2小时；然后在普通轧机上进行热轧加工，热轧变形量为50～80%，水冷；在400～500℃下进行中间退火，退火时间1-2小时，空气冷却至室温，得到热轧件；所述铬锆铜合金中成份的重量百分比为铬Cr 0.5～1.0%、锆Zr 0.2～1.0%、镧La 0.1～0.4%、镁Mg及其它杂质元素之和＜0.01%，铜Cu97.6～99.2%；

第二步：常温冷轧和退火

将热轧件在普通冷轧机上进行冷轧加工，冷轧变形量为20～50%；在400～500℃下进行冷轧退火处理，退火时间1～2小时，空气冷却至室温，得到冷轧件；

第三步：低温处理

对冷轧件进行低温处理，使冷轧件冷却到-50℃～-196℃，并保持0.5～1小时，得到低温处理件；所述低温处理是指将样件置于液氮或干冰中使样件冷却到指定低温的处理方法；

第四步：快速变形处理和最终退火

对低温处理件进行快速变形处理得到快速变形处理件，所述快速变形是指通过冲压机或锻打方法对样件进行处理，冲压或锻打变形速率为每秒的变形量20%～80%；在400～500℃温度条件下对快速变形处理件进行最终退火处理，退火时间1～3小时，空气冷却，得到高强高导铜合金；其抗拉强度大于600MPa，延伸率大于10%，且导电率在80%IACS以上。

本发明的原理是通过对铜合金样件低温处理后进行快速变形加工的方法，在合金中形成了大量的孪晶，从而获得高强高导的性能。铜合金为面心立方金属，其室温滑移的临界分切应力小，在常温塑性变形过程中，主要以滑移的方式进行。而滑移所产生的位错点阵畸变为大大降低合金导电性能。采用低温快速变形的方式，一方面低温时铜合金滑移变形的方式受到限制，滑移不再是主要的变形方式；另一方面铜合金快速变形时的瞬时切应力大，能达到发生孪生所需的临界应力大小，合金变形以孪生为主。孪生形成的亚晶界和孪晶晶界畸变能小，对电子的阻碍作用小，有利于减少铜合金导电性能的降低；加上形变和细晶强化的作用，最终获得高强高导铜合金。

本发明的有益技术效果是：

1、本发明选择在低于铜合金发生滑移变形的温度下，进行低温快速变形加工处理，与未进行低温快速变形加工处理下的样件相比，不仅能够提高铜合金的强度，还能较好的保持铜合金的导电性；

2、本发明所制铜合金性能优于未采用本法处理制得的铜合金性能，本法获得的铜合金的抗拉强度大于600MPa，延伸率大于10%，且导电率在80%IACS以上；

3、本发明所采用的低温快速变形加工处理方法，对材料的尺寸局限性小，实施简单，可以利用现有设备直接投入生产，成本低廉，具有良好的工业应用前景。

附图说明

图1为制备高强高导铜合金的工艺流程图。

图2为实施例1中高强高导铜合金的微观组织形貌。

图3为实施例1液氮处理后快速变形量为35%时铜合金晶体空间取向分布等Φ截面图。

图4为实施例2液氮处理后快速变形量为45%时铜合金晶体空间取向分布等Φ截面图。

图5为实施例3干冰处理后快速变形量为55%时高强高导铜合金晶体取向成像图。

图6为实施例4干冰处理后快速变形量为65%时高强高导铜合金晶体取向成像图。

图7为高强高导铜合金常规处理与低温快速变形（实施例1、2、3、4）下导电率的对比。

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：

将铬锆铜合金（重量百分比组成为铬Cr 0.5～1.0%、锆Zr 0.2～1.0%、镧La 0.1～0.4%、镁Mg及其它杂质元素之和＜0.01%，铜Cu97.6～99.2%）的原始铸锭，在SRJX-4-9箱式电阻炉中进行固溶退火处理，固溶温度为950℃，固溶处理时间为1小时；然后在普通轧机上进行热轧加工，变形量为50%，热轧后水冷；而后在450℃下进行中间退火，退火时间1小时，退火后空冷。将上一步后获得的样件在普通冷轧机上进行冷轧加工，变形量为30%；最后在450℃下进行中间退火，退火时间1小时，退火后空冷。将退火后的样件置于液氮池中浸泡，并保持0.5小时，而后即刻进行快速变形处理，冲压变形速率每秒35%。将低温快速变形加工处理后的样件在450℃下退火处理1小时，退火后空冷。所述工艺过程如图1所示。

最终获得高强高导铜合金样件，样件的微观组织形貌如图2所示形成了许多弥散细小的晶粒，样件织构类型为{110}<001>型织构，高强高导铜合金晶体空间取向分布等Φ截面图见图3所示。所得样件的抗拉强度为610MPa，延伸率为16%，导电率为83%IACS，不同温度和变形条件下所得样件的性能对比见图7所示。

实施例2：

将铬锆铜合金（重量百分比组成为铬Cr 0.5～1.0%、锆Zr 0.2～1.0%、镧La 0.1～0.4%、镁Mg及其它杂质元素之和＜0.01%，铜Cu97.6～99.2%）的原始铸锭，在SRJX-4-9箱式电阻炉中进行固溶退火处理，固溶温度为950℃，固溶处理时间为1小时；然后在普通轧机上进行热轧加工，变形量为60%，热轧后水冷；而后在450℃下进行中间退火，退火时间1小时，退火后空冷。将上一步后获得的样件在普通冷轧机上进行冷轧加工，变形量为40%；最后在450℃下进行中间退火，退火时间2小时，退火后空冷。将退火后的样件置于液氮池中浸泡，并保持0.5小时，而后即刻进行快速变形处理，冲压变形速率每秒45%。将低温快速变形加工处理后的样件在450℃下退火处理2小时，退火后空冷。所述工艺过程如图1所示。

最终获得高强高导铜合金样件，所得样件织构类型为{100}<110>型织构，高强高导铜合金晶体空间取向分布等Φ截面图见图4所示。所得样件的抗拉强度为635MPa，延伸率为13%，导电率为81%IACS，不同温度和变形条件下所得样件的性能对比见图7所示。

实施例3：

将铬锆铜合金（重量百分比组成为铬Cr 0.5～1.0%、锆Zr 0.2～1.0%、镧La 0.1～0.4%、镁Mg及其它杂质元素之和＜0.01%，铜Cu97.6～99.2%）的原始铸锭，在SRJX-4-9箱式电阻炉中进行固溶退火处理，固溶温度为950℃，固溶处理时间为1小时；然后在普通轧机上进行热轧加工，变形量为70%，热轧后水冷；而后在450℃下进行中间退火，退火时间1小时，退火后空冷。将上一步后获得的样件在普通冷轧机上进行冷轧加工，变形量为40%；最后在450℃下进行中间退火，退火时间1小时，退火后空冷。将退火后的样件置于干冰中浸泡，并保持1小时，而后即刻进行快速变形处理，冲压变形速率每秒55%。将低温快速变形加工处理后的样件在450℃下退火处理2小时，退火后空冷。所述工艺过程如图1所示。

最终获得高强高导铜合金样件，图5所示为高强高导铜合金晶体EBSD取向成像图。所得样件的抗拉强度为615MPa，延伸率为15%，导电率为87%IACS，不同温度和变形条件下所得样件的性能对比见图7所示。

实施例4：

将铬锆铜合金（重量百分比组成为铬Cr 0.5～1.0%、锆Zr 0.2～1.0%、镧La 0.1～0.4%、镁Mg及其它杂质元素之和＜0.01%，铜Cu97.6～99.2%）的原始铸锭，在SRJX-4-9箱式电阻炉中进行固溶退火处理，固溶温度为950℃，固溶处理时间为1小时；然后在普通轧机上进行热轧加工，变形量为80%，热轧后水冷；而后在450℃下进行中间退火，退火时间1小时，退火后空冷。将上一步后获得的样件在普通冷轧机上进行冷轧加工，变形量为50%；最后在450℃下进行中间退火，退火时间2小时，退火后空冷。将退火后的样件置于干冰中浸泡，并保持1小时，而后即刻进行快速变形处理，冲压变形速率每秒65%。将低温快速变形加工处理后的样件在450℃下退火处理3小时，退火后空冷。所述工艺过程如图1所示。

最终获得高强高导铜合金样件，图6所示为高强高导铜合金晶体EBSD取向成像图。所得样件的抗拉强度为640MPa，延伸率为13%，导电率为82%IACS，不同温度和变形条件下所得样件的性能对比见图7所示。

Claims

1.一种高强高导铜合金的制备方法，其特征在于具体制备操作步骤如下：

（1）固溶处理和热轧

将铬锆铜合金铸锭，固溶退火处理，固溶温度为920～950℃，时间为1～2小时；热轧加工，热轧变形量为50～80%，水冷；中间退火处理，退火温度为400～500℃，时间1-2小时，空气冷却至室温，得到热轧件；所述铬锆铜合金中成份的重量百分比为铬0.5～1.0%、锆0.2～1.0%、镧0.1～0.4%、镁及其它杂质元素之和＜0.01%，铜97.6～99.2%；

（2）常温冷轧和退火

将热轧件进行冷轧加工，冷轧变形量为20～50%；冷轧退火处理，退火温度为400～500℃，退火时间1～2小时，空气冷却至室温，得到冷轧件；

（3）低温处理

对冷轧件进行低温处理，使冷轧件冷却到-50℃～-196℃，并保持0.5～1小时，得到低温处理件；

（4）快速变形处理和最终退火

对低温处理件进行快速变形处理，将变形处理件进行最终退火处理，退火温度为400～500℃，退火时间1～3小时，空气冷却，得到高强高导铜合金，其抗拉强度大于600MPa，延伸率大于10%，且导电率在80%IACS以上。

2.根据权利要求1所述的一种高强高导铜合金的制备方法，其特征在于：所述低温处理是将冷轧件置于液氮冷却到-50℃～-196℃的处理方法，并保持0.5～1小时。

3.根据权利要求1所述的一种高强高导铜合金的制备方法，其特征在于：所述低温处理是将冷轧件置于干冰中冷却到-50℃～-78.5℃，并保持0.5～1小时。

4.根据权利要求1所述的一种高强高导铜合金的制备方法，其特征在于：所述快速变形处理是指通过冲压或锻打方法对低温处理件进行快速变形处理，冲压或锻打变形速率为每秒的变形量20%～80%。