CN103820666A - 一种细晶铜铬合金的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种细晶铜铬合金的制备方法，将传统方法制备的铜铬合金通过深过冷熔体净化技术进行净化，然后通过甩带制成薄带，再将薄带剪碎后挤压成棒材，最后进行时效处理，得到细晶铜铬合金。本发明细晶铜铬合金的制备方法，通过深过冷熔体净化处理、甩带（急冷快速凝固）、挤压和时效处理，制备出细晶强化、形变强化和析出强化等多种强化方式相结合的细晶、高强度铜铬合金；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合金提高了30%～40%，同时电导率接近80%IACS，解决了等径转角挤压法制备得到的细晶铜铬合金处于亚稳态，在较高的温度和机械循环时易于回复以及强化方式单一的问题。
Description
技术领域
本发明属于合金制备技术领域，涉及一种细晶铜铬合金的制备方法。
背景技术
高强高导铜铬合金作为一种综合性能优良的结构功能材料，被广泛应用于大规模集成电路引线框架、电气工程开关导电触头、连铸机结晶器内衬、高脉冲磁场导体和电气化铁路接触导线等。随着科技的快速发展，不仅对铜合金的强度和韧性提出了更高要求，而且对其在循环加载条件下的抗疲劳性能也提出了更高的要求。研究表明：细化晶粒是一种既可有效提高金属材料强度又可改善其韧性的手段，同时因晶粒细化产生的高密度晶界对铜合金的电导率影响不大，而且有助于提高其抗疲劳性能。为了获得细晶或超细晶，强塑性变形是一种行之有效的方法，其中等径转角挤压法（ECAP）制备的超细晶材料由于具有高强度、高屈服极限和高硬度，成为目前强塑性变形制备超细晶使用较多的工艺。要获得超细晶都要经过高道次的ECAP加工，但是，这种通过强塑性变形获得的超细晶材料处于亚稳态，在较高的温度和机械循环时易于回复，尤其是高强高导铜合金的服役环境经常会遇到在一定温度下使用，微观结构很容易通过动态回复而改变。因此，从疲劳性能尤其是抗热疲劳方面以及受循环加载的机械用途方面看，ECAP方法有其局限性。同时，从成型角度看，目前仅适用于简单的棒、丝试样，产品尺寸和形状受限，复杂型材的制备尚待进一步探讨。
发明内容
本发明的目的是提供一种细晶铜铬合金的制备方法，解决了等径转角挤压法制备得到的细晶铜铬合金处于亚稳态，在较高的温度和机械循环时易于回复的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种细晶铜铬合金的制备方法，将传统方法制备的铜铬合金通过深过冷熔体净化技术进行净化，然后通过甩带制成薄带，再将薄带剪碎后挤压成棒材，最后进行时效处理，得到细晶铜铬合金。
本发明的特点还在于，
深过冷熔体净化技术的具体实施过程为：将传统方法制备的铜铬合金放入石英坩埚中并用玻璃净化剂完全包覆；然后一同放入真空电磁感应炉中进行熔炼，将铜铬合金缓慢加热至1300℃保温3min后在室温环境下自然冷却，该过程重复三次，得到纯度较高且晶粒细小的铜铬合金。
甩带是将净化处理后的铜铬合金进行机加工去氧化层后加工成Φ10×20的试样块，然后放入高真空电磁悬浮熔炼装置中，先把真空室抽到10-4Pa后，反充入纯度为99.99%的氩气至一个大气压，高频感应加热熔化后，喷射到转速为2000r/min的铜辊上，使其快速冷却以得到薄带。
挤压是将甩带得到的薄带剪碎，在XTM-108-200T四柱三梁液压机上以200t的压力先进行预挤压，然后升温到铜铬时效温度400～450℃下保温1～2h，在保温的过程中进行挤压，挤压比为17.36，挤压速率3mm/min，即得到经形变强化的铜铬合金棒材。
时效处理是将挤压得到的铜铬合金棒材放入普通时效炉中，随炉升温至400～500℃，保温0.5～2h后取出，得到细晶铜铬合金。
本发明的有益效果是，本发明细晶铜铬合金的制备方法，通过深过冷熔体净化处理、甩带（急冷快速凝固）、挤压和时效处理，制备出细晶强化、形变强化和析出强化等多种强化方式相结合的细晶、高强度铜铬合金；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合金提高了30%～40%，同时电导率接近80%IACS，解决了等径转角挤压法制备得到的细晶铜铬合金处于亚稳态，在较高的温度和机械循环时易于回复以及强化方式单一等问题，为细晶铜铬合金的制备提供了一种新方法。
附图说明
图1是本发明实施例1制备的细晶铜铬合金的金相图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明细晶铜铬合金的制备方法，将传统方法制备的铜铬合金通过深过冷熔体净化技术进行净化，然后通过甩带制成薄带，再将薄带剪碎后挤压成棒材，最后进行时效处理，得到细晶铜铬合金。
具体步骤如下：
步骤1，将传统方法制备的铜铬合金放入石英坩埚中并用玻璃净化剂完全包覆；然后一同放入真空电磁感应炉中进行熔炼，将铜铬合金缓慢加热至1300℃保温3min后在室温环境下自然冷却，该过程重复三次，得到纯度较高且晶粒细小的铜铬合金；
步骤2，将步骤1净化处理后的铜铬合金进行机加工去氧化层后加工成Φ10×20的试样块，然后放入高真空电磁悬浮熔炼装置中，先把真空室抽到10-4Pa后，反充入纯度为99.99%的氩气至一个大气压，高频感应加热熔化后，喷射到转速为2000r/min的铜辊上，使其快速冷却以得到薄带；
由于这一冷却速度非常快，可以达到104～106K/s数量级，从而能够在室温凝固时继续保持其液态的无序结构，抑制晶化，得到非晶态或细晶低维铜铬合金；同时利用了热力学上的深过冷熔体净化技术和动力学上的急冷快速凝固技术获得非晶或细晶低维铜铬合金，使其晶粒比单纯急冷甩带的更加细小，且减少了偏析的存在；
步骤3，将步骤2得到的薄带剪碎，在XTM-108-200T四柱三梁液压机上以200t的压力先进行预挤压，然后升温到铜铬时效温度400～450℃下保温1～2h，在保温的过程中进行挤压，挤压比为17.36，挤压速率3mm/min，即得到经形变强化的铜铬合金棒材；此过程相当于将一次时效强化和形变强化相结合；
步骤4，将步骤3得到的铜铬合金棒材放入普通时效炉中，随炉升温至400～500℃，保温0.5～2h后取出，得到细晶铜铬合金；一方面减少了合金的变形应力，另一方面相当于对铜铬合金进行了二次时效处理。
本发明细晶铜铬合金的制备方法，通过深过冷熔体净化处理、甩带（急冷快速凝固）、挤压和时效处理，制备出细晶强化、形变强化和析出强化等多种强化方式相结合的细晶、高强度铜铬合金；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合金提高了30%～40%，同时电导率接近80%IACS，解决了等径转角挤压法制备得到的细晶铜铬合金处于亚稳态，在较高的温度和机械循环时易于回复以及强化方式单一等问题，为细晶铜铬合金的制备提供了一种新方法。
实施例1
步骤1，将传统方法制备的铜铬合金放入石英坩埚中并用玻璃净化剂完全包覆；然后一同放入真空电磁感应炉中进行熔炼，将铜铬合金缓慢加热至1300℃保温3min后在室温环境下自然冷却，该过程重复三次，得到纯度较高且晶粒细小的铜铬合金；
步骤2，将步骤1净化处理后的铜铬合金进行机加工去氧化层后加工成Φ10×20的试样块，然后放入高真空电磁悬浮熔炼装置中，先把真空室抽到10-4Pa后，反充入纯度为99.99%的氩气至一个大气压，高频感应加热熔化后，喷射到转速为2000r/min的铜辊上，使其快速冷却以得到薄带；
步骤3，将步骤2得到的薄带剪碎，在XTM-108-200T四柱三梁液压机上以200t的压力先进行预挤压，然后升温到铜铬时效温度450℃下保温1h，在保温的过程中进行挤压，挤压比为17.36，挤压速率3mm/min，即得到经形变强化的铜铬合金棒材；
步骤4，将步骤3得到的铜铬合金棒材放入普通时效炉中，随炉升温至400℃，保温2h后取出，得到细晶铜铬合金。
将实施例1得到的细晶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，图1是本发明实施例1制备的铜铬合金的金相图，可以看出其晶粒细小，且在晶粒内部有一些析出相存在。
用布氏硬度计及涡流电导仪分别测得其硬度为150HB，电导率为76%IACS。
实施例2
步骤1，将传统方法制备的铜铬合金放入石英坩埚中并用玻璃净化剂完全包覆；然后一同放入真空电磁感应炉中进行熔炼，将铜铬合金缓慢加热至1300℃保温3min后在室温环境下自然冷却，该过程重复三次，得到纯度较高且晶粒细小的铜铬合金；
步骤2，将步骤1净化处理后的铜铬合金进行机加工去氧化层后加工成Φ10×20的试样块，然后放入高真空电磁悬浮熔炼装置中，先把真空室抽到10-4Pa后，反充入纯度为99.99%的氩气至一个大气压，高频感应加热熔化后，喷射到转速为2000r/min的铜辊上，使其快速冷却以得到薄带；
步骤3，将步骤2得到的薄带剪碎，在XTM-108-200T四柱三梁液压机上以200t的压力先进行预挤压，然后升温到铜铬时效温度450℃下保温1h，在保温的过程中进行挤压，挤压比为17.36，挤压速率3mm/min，即得到经形变强化的铜铬合金棒材；
步骤4，将步骤3得到的铜铬合金棒材放入普通时效炉中，随炉升温至450℃，保温1h后取出，得到细晶铜铬合金。
将实施例2得到的细晶铜铬合金用布氏硬度计及涡流电导仪分别测得其硬度为147HB，电导率为81.24%IACS。
实施例3
步骤1，将传统方法制备的铜铬合金放入石英坩埚中并用玻璃净化剂完全包覆；然后一同放入真空电磁感应炉中进行熔炼，将铜铬合金缓慢加热至1300℃保温3min后在室温环境下自然冷却，该过程重复三次，得到纯度较高且晶粒细小的铜铬合金；
步骤2，将步骤1净化处理后的铜铬合金进行机加工去氧化层后加工成Φ10×20的试样块，然后放入高真空电磁悬浮熔炼装置中，先把真空室抽到10-4Pa后，反充入纯度为99.99%的氩气至一个大气压，高频感应加热熔化后，喷射到转速为2000r/min的铜辊上，使其快速冷却以得到薄带；
步骤3，将步骤2得到的薄带剪碎，在XTM-108-200T四柱三梁液压机上以200t的压力先进行预挤压，然后升温到铜铬时效温度450℃下保温1h，在保温的过程中进行挤压，挤压比为17.36，挤压速率3mm/min，即得到经形变强化的铜铬合金棒材；
步骤4，将步骤3得到的铜铬合金棒材放入普通时效炉中，随炉升温至500℃，保温0.5h后取出，得到细晶铜铬合金。
将实施例3得到的细晶铜铬合金用布氏硬度计及涡流电导仪分别测得其硬度为143HB，79.31%IACS。
Claims (5)
1.一种细晶铜铬合金的制备方法，其特征在于，将传统方法制备的铜铬合金通过深过冷熔体净化技术进行净化，然后通过甩带制成薄带，再将薄带剪碎后挤压成棒材，最后进行时效处理，得到细晶铜铬合金。
2.根据权利要求1所述的细晶铜铬合金的制备方法，其特征在于，所述深过冷熔体净化技术的具体实施过程为：将传统方法制备的铜铬合金放入石英坩埚中并用玻璃净化剂完全包覆；然后一同放入真空电磁感应炉中进行熔炼，将铜铬合金缓慢加热至1300℃保温3min后在室温环境下自然冷却，该过程重复三次，得到纯度较高且晶粒细小的铜铬合金。
3.根据权利要求1所述的细晶铜铬合金的制备方法，其特征在于，所述甩带是将净化处理后的铜铬合金进行机加工去氧化层后加工成Φ10×20的试样块，然后放入高真空电磁悬浮熔炼装置中，先把真空室抽到10-4Pa后，反充入纯度为99.99%的氩气至一个大气压，高频感应加热熔化后，喷射到转速为2000r/min的铜辊上，使其快速冷却以得到薄带。
4.根据权利要求1所述的细晶铜铬合金的制备方法，其特征在于，所述挤压是将甩带得到的薄带剪碎，在XTM-108-200T四柱三梁液压机上以200t的压力先进行预挤压，然后升温到铜铬时效温度400～450℃下保温1～2h，在保温的过程中进行挤压，挤压比为17.36，挤压速率3mm/min，即得到经形变强化的铜铬合金棒材。
5.根据权利要求1所述的细晶铜铬合金的制备方法，其特征在于，所述时效处理是将挤压得到的铜铬合金棒材放入普通时效炉中，随炉升温至400～500℃，保温0.5～2h后取出，得到细晶铜铬合金。
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