CN103820664B - 一种短流程制备沉淀强化铜铬合金的方法 - Google Patents
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Abstract
一种短流程制备沉淀强化铜铬合金的方法，将工业用铜铬合金通过气体雾化制备成细晶过饱和铜铬合金粉末，然后将其预压后经电脉冲活化处理，再进行挤压，并对挤压出的棒材经二次时效处理，得到沉淀强化铜铬合金。本发明方法制备得到的沉淀强化铜铬合金，晶粒细小，且晶粒内部有析出相存在，其硬度相对同质的传统铜铬合金提高了30%～40%，同时电导率大于80%IACS，为短流程制备沉淀强化铜铬合金提供了一种新方法。
Description
技术领域
本发明属于合金制备技术领域，具体涉及一种短流程制备沉淀强化铜铬合金的方法。
背景技术
Cu-Cr（-Zr）是沉淀强化铜铬合金家族中的代表。它是通过在铜中加人固溶度较低的Cr（-Zr）合金元素，通过高温固溶处理，使合金元素在铜基体中形成过饱和固溶体，然后再通过后续的时效处理，使过饱和固溶体分解，Cr（-Zr）元素将以细小颗粒弥散分布在基体中形成沉淀相。这种合金体系因具有高强度和高导电性在铁路、电力、电子、国防等领域得到广泛应用。
现有制备强化铜铬合金的方法有固溶强化、沉淀强化、细晶强化和形变强化。但是上述几种方法都存在生产周期长、硬度和电导率不可兼得的缺陷，直接制约铜铬合金的进一步发展和应用。
随着科技的进步和服役环境的日益苛刻，对其综合性能提出了更高的要求。为了满足这种要求，研究者做了大量的工作，合金的组元已从2～3个扩展到6～7个，简单的塑性变形已变成多道次的严重塑性变形，简单的固溶时效处理也变成了固溶加形变再加时效等，使制造成本居高不下，工业化前景堪忧，因此短流程、低成本的加工技术已成为高性能铜铬合金产业化的关键。
发明内容
本发明的目的是提供一种短流程制备沉淀强化铜铬合金的方法，解决了现有方法存在的生产周期长、硬度和电导率不可兼得的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种短流程制备沉淀强化铜铬合金的方法，将工业用铜铬合金通过气体雾化制备成细晶过饱和铜铬合金粉末，然后将其预压后经电脉冲活化处理，再进行挤压，并对挤压出的棒材经二次时效处理，得到沉淀强化铜铬合金。
本发明的特点还在于，
气体雾化的具体操作过程为：将工业用铜铬合金在中频感应熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度1300℃，待合金全部熔化，将其倒入已预热的引流坩埚中进行雾化，得到细晶过饱和铜铬合金粉末。
预压具体按照以下方法实施：将气体雾化法制备的铜铬合金粉末倒入Φ21的钢制模具内摇平，在TM-106油压压床压力机上以不大于10MPa的预压力压制，保证粉末接触但不变形，即得到铜铬合金预压试样。
电脉冲活化处理通过以下方式实现：将预压得到的铜铬合金预压试样在放电等离子烧结炉内利用其放电脉冲进行活化处理，平均脉冲电流密度为200～500A/mm2，处理通电时间为60～120s；处理后的试样装入铜包套内焊合准备挤压。
挤压是将电脉冲活化处理得到的铜铬合金连同包套，在四柱三梁液压机上以200t的压力进行挤压，挤压比为17.36，挤压速率为3mm/min；温度300～400℃，保温1～2h，得到经形变强化的铜铬合金棒材。
二次时效是将挤压得到的铜铬合金棒材在普通时效炉中，随炉升温至400～500℃，保温0.5～2h后取出，即得到沉淀强化铜铬合金。
本发明的有益效果是，本发明短流程制备沉淀强化铜铬合金的方法，通过气体雾化（急冷快速凝固）、预压、电脉冲活化处理、挤压和二次时效处理制备出细晶强化、形变强化和沉淀强化等多种强化方式相结合的高强高导铜铬合金，生产周期短；通过分析发现，其晶粒细小，且晶粒内部有析出相存在，其硬度相对同质的传统铜铬合金提高了30%～40%；同时电导率也有所提高，均大于80%IACS，为短流程制备沉淀强化高强高导铜铬合金提供了一种新方法。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明短流程制备沉淀强化铜铬合金的方法，将工业用铜铬合金通过气体雾化制备成细晶过饱和铜铬合金粉末，然后将其预压后经电脉冲活化处理，再进行挤压，并对挤压出的棒材经二次时效处理，得到沉淀强化铜铬合金。
具体按照以下步骤实施：
步骤1，将工业用铜铬合金在中频感应熔炼炉中进行熔炼，待合金全部熔化，熔炼温度1300℃，将其倒入已预热的引流坩埚中进行雾化，得到细晶过饱和铜铬合金粉末；气体雾化使Cr在Cu中形成过饱和固溶体，析出更加细小弥散，且均匀分布在Cu基体和晶界上，减少了Cr的偏析，从而获得更加细小均匀的铜铬合金粉末；
步骤2，将气体雾化法制备的铜铬合金粉末倒入Φ21的钢制模具内摇平，在TM-106油压压床压力机上以不大于10MPa的预压力压制，保证粉末接触但不变形，即得到铜铬合金预压试样；
步骤3，将预压得到的铜铬合金预压试样在放电等离子烧结炉内利用其放电脉冲进行活化处理，平均脉冲电流密度为200～500A/mm2，处理通电时间为60～120s；处理后的试样装入铜包套内焊合准备挤压；
步骤4，将电脉冲活化处理得到的铜铬合金连同包套，在四柱三梁液压机上以200t的压力进行挤压，挤压比为17.36，挤压速率为3mm/min；温度300～400℃，保温1～2h，得到经形变强化的铜铬合金棒材；这样相当于对挤出的铜铬合金棒材进行了一次时效处理；
步骤5，将挤压得到的铜铬合金棒材在普通时效炉中，随炉升温至400～500℃，保温0.5～2h后取出，即得到沉淀强化铜铬合金。
本发明短流程制备沉淀强化铜铬合金的方法，将铜铬合金通过气体雾化（急冷快速凝固）制备成细晶过饱和铜铬合金粉末，为了保证细晶结构不被破坏，取消了传统方法中粉末的高温烧结，兼顾合金的时效处理，将挤压温度选择在300～400℃下进行挤压。为了实现低温下粉末的有效烧结，在挤压前对其预压再经电脉冲活化处理，一是由于脉冲放电产生的放电冲击波以及电子、离子在电场中反方向的高速流动，可使粉末表面的吸附气体、氧化膜等杂质在一定程度上被净化；二是由于脉冲产生的放电热，以及粉末颗粒接触部位产生的焦耳热，将促进粉末在挤压过程的原子扩散及结合，强化了粉末低温烧结。然后在挤压机上对其进行挤压，为了保证合金综合性能的发挥，对挤压后制备出的沉淀强化铜铬合金进行二次时效处理，其作用是消除应力，同时还可以愈合显微缺陷，促进沉淀相的进一步析出。与常规过程相比，本发明省略了高温烧结、高温固溶，通过快速凝固和粉末脉冲活化处理，降低了其挤压温度，同时将传统4～5h的时效处理时间缩短至0.5～2h，缩短了合金的生产周期。
本发明短流程制备沉淀强化铜铬合金的方法，通过气体雾化（急冷快速凝固）、预压、电脉冲活化处理、挤压和二次时效处理制备出细晶强化、形变强化和沉淀强化等多种强化方式相结合的高强高导铜铬合金，生产周期短；通过分析发现，其晶粒细小，且晶粒内部有析出相存在，其硬度相对同质的传统铜铬合金提高了30%～40%；同时电导率也有所提高，均大于80%IACS，为短流程制备沉淀强化高强高导铜铬合金提供了一种新方法。
实施例1
步骤1，将工业用铜铬合金在中频感应熔炼炉中进行熔炼，待合金全部熔化，熔炼温度1300℃，将其倒入已预热的引流坩埚中进行雾化，得到细晶过饱和铜铬合金粉末；
步骤2，将气体雾化法制备的铜铬合金粉末倒入Φ21的钢制模具内摇平，在TM-106油压压床压力机上以10MPa的预压力压制，保证粉末接触但不变形，即得到铜铬合金预压试样；
步骤3，将预压得到的铜铬合金预压试样在放电等离子烧结炉内利用其放电脉冲进行活化处理，平均脉冲电流密度为300A/mm2，处理通电时间为60s；处理后的试样装入铜包套内焊合准备挤压；
步骤4，将电脉冲活化处理得到的铜铬合金连同包套，在四柱三梁液压机上以200t的压力进行挤压，挤压比为17.36，挤压速率为3mm/min；温度400℃，保温1h，得到经形变强化的铜铬合金棒材；
步骤5，将挤压得到的铜铬合金棒材在普通时效炉中，随炉升温至400℃，保温2h后取出，即得到沉淀强化铜铬合金。
将实施例1得到的沉淀强化铜铬合金进行线切割及机加工制备成金相试样，通过金相显微镜观察其微观组织发现，其晶粒细小，且晶粒内部有析出相存在，用布氏硬度计和涡流电导仪分别测得其硬度为135HB，电导率为84.48%IACS。
实施例2
步骤1，将工业用铜铬合金在中频感应熔炼炉中进行熔炼，待合金全部熔化，熔炼温度1300℃，将其倒入已预热的引流坩埚中进行雾化，得到细晶过饱和铜铬合金粉末；
步骤2，将气体雾化法制备的铜铬合金粉末倒入Φ21的钢制模具内摇平，在TM-106油压压床压力机上以8MPa的预压力压制，保证粉末接触但不变形，即得到铜铬合金预压试样；
步骤3，将预压得到的铜铬合金预压试样在放电等离子烧结炉内利用其放电脉冲进行活化处理，平均脉冲电流密度为200A/mm2，处理通电时间为90s；处理后的试样装入铜包套内焊合准备挤压；
步骤4，将电脉冲活化处理得到的铜铬合金连同包套，在四柱三梁液压机上以200t的压力进行挤压，挤压比为17.36，挤压速率为3mm/min；温度350℃，保温1.5h，得到经形变强化的铜铬合金棒材；
步骤5，将挤压得到的铜铬合金棒材在普通时效炉中，随炉升温至450℃，保温1h后取出，即得到沉淀强化铜铬合金。
将实施例2得到的沉淀强化铜铬合金进行线切割及机加工制备成金相试样，通过金相显微镜观察其微观组织发现，其晶粒细小，且晶粒内部有析出相存在，用布氏硬度计和涡流电导仪分别测得其硬度为139HB，电导率为82.19%IACS。
实施例3
步骤1，将工业用铜铬合金在中频感应熔炼炉中进行熔炼，待合金全部熔化，熔炼温度1300℃，将其倒入已预热的引流坩埚中进行雾化，得到细晶过饱和铜铬合金粉末；
步骤2，将气体雾化法制备的铜铬合金粉末倒入Φ21的钢制模具内摇平，在TM-106油压压床压力机上以9MPa的预压力压制，保证粉末接触但不变形，即得到铜铬合金预压试样；
步骤3，将预压得到的铜铬合金预压试样在放电等离子烧结炉内利用其放电脉冲进行活化处理，平均脉冲电流密度为500A/mm2，处理通电时间为120s；处理后的试样装入铜包套内焊合准备挤压；
步骤4，将电脉冲活化处理得到的铜铬合金连同包套，在四柱三梁液压机上以200t的压力进行挤压，挤压比为17.36，挤压速率为3mm/min；温度300℃，保温2h，得到经形变强化的铜铬合金棒材；
步骤5，将挤压得到的铜铬合金棒材在普通时效炉中，随炉升温至500℃，保温0.5h后取出，即得到沉淀强化铜铬合金。
将实施例3得到的沉淀强化铜铬合金进行线切割及机加工制备成金相试样，通过金相显微镜观察其微观组织发现，其晶粒细小，且晶粒内部有析出相存在，用布氏硬度计和涡流电导仪分别测得其硬度为138HB，电导率为82.76%IACS。
Claims (5)
1.一种短流程制备沉淀强化铜铬合金的方法，其特征在于，将工业用铜铬合金通过气体雾化制备成细晶过饱和铜铬合金粉末，然后将其预压后经电脉冲活化处理，再进行挤压，并对挤压出的棒材经二次时效处理，得到沉淀强化铜铬合金；
所述电脉冲活化处理通过以下方式实现：将预压得到的铜铬合金预压试样在放电等离子烧结炉内利用其放电脉冲进行活化处理，平均脉冲电流密度为200～500A/mm2，处理通电时间为60～120s；处理后的试样装入铜包套内焊合准备挤压。
2.根据权利要求1所述的短流程制备沉淀强化铜铬合金的方法，其特征在于，所述气体雾化的具体操作过程为：将工业用铜铬合金在中频感应熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度1300℃，待合金全部熔化，将其倒入已预热的引流坩埚中进行雾化，得到细晶过饱和铜铬合金粉末。
3.根据权利要求1所述的短流程制备沉淀强化铜铬合金的方法，其特征在于，所述预压具体按照以下方法实施：将气体雾化法制备的铜铬合金粉末倒入Φ21的钢制模具内摇平，在TM-106油压压床压力机上以不大于10MPa的预压力压制，保证粉末接触但不变形，即得到铜铬合金预压试样。
4.根据权利要求1所述的短流程制备沉淀强化铜铬合金的方法，其特征在于，所述挤压是将电脉冲活化处理得到的铜铬合金连同包套，在四柱三梁液压机上以200t的压力进行挤压，挤压比为17.36，挤压速率为3mm/min；温度300～400℃，保温1～2h，得到经形变强化的铜铬合金棒材。
5.根据权利要求1所述的短流程制备沉淀强化铜铬合金的方法，其特征在于，所述二次时效是将挤压得到的铜铬合金棒材在普通时效炉中，随炉升温至400～500℃，保温0.5～2h后取出，即得到沉淀强化铜铬合金。
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