CN104046834B - 一种提高CuCrl、CuCrlZr合金综合性能的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高CuCrl、CuCrlZr合金综合性能的方法，对CuCrl(CuCrlZr)产品进行压力下脉冲电流处理、固溶处理、分级时效，高温区时效470℃～510℃，保温0.5～4小时；然后降温至中温区430℃～450℃，保温4～8小时；d.空冷至室温，将处理后的合金产物进行表面吹砂即可。本发明工艺简单、操作方便、能源消耗低、所制得合金性能优异，合金性能范围广，满足各方面应用的实际需求，与常规热处理相比，室温拉伸强度至少提高10％，各向异性至少降低10％。该工艺方法操作简便，效果显著，相比运用微合金化改善合金微观组织成分，节约成本，且易于在工业生产中实现。综合效益明显高于已报道的处理方法。
Description
技术领域
本发明属于热处理领域，特别涉及一种提高CuCrl、CuCrlZr合金综合性能的方法，即CuCrl(CuCrlZr)合金的抗拉强度，硬度以及电导等综合性能的提高。
背景技术
CuCrl(CuCrlZr)合金由于强度高、导电导热性能好，在电工、电子、电机行业得到了广泛的应用。热处理对这类合金的组织和性能的影响很大，一直是这类合金研究的重点，也是实际批量生产时难以控制的环节。常规时效工艺可使其性能达到σb≥400MPa、σ0.2≥320MPa、δ≥15％、HB≥110、导电率≥46Ms/m，可满足绝大多数应用领域的性能要求。
随着CuCrl(CuCrlZr)材料应用领域的扩大和性能指标要求的进一步提高，必须进一步挖掘该系列材料的优势。经分级时效可使性能比常规时效工艺拉伸性能提高20～100Mpa，电导率提高2～6Ms/m，布氏硬度提高10～20HB。分级时效优点在于保证第二相充分析出的同时又可以有效地抑制析出相的聚集和长大，从而保证电导率和室温拉伸性能进一步提高，而硬度变化幅度不大，使析出性铜铬系合金材料综合性能进一步提高，对生产高端CuCrl或CuCrlZr材料具有重大的实际意义。由于CuCrl(CuCrlZr)合金材料较易发生欠时效和过时效，本专利较好地解决这个问题。分级时效的应用，优化了热处理工艺，保证材料优异的综合性能。分级时效在同类沉淀析出类合金材料也有一定的借鉴作用。
发明内容
本发明的目的在于，通过热处理工艺的优化来提高CuCrl(CuCrlZr)合金的抗拉强度，硬度以及电导率等综合性能。
本发明的具体技术方案如下：
一种提高CuCrl、CuCrlZr合金综合性能的方法，其特征在于，它包括以下步骤：
a.采用CuCrl、CuCrlZr产品材料成分的重量百分比：Cr含量控制在0.7～1.3％，Zr含量控制在0～0.3％，其余为Cu；
对所述CuCrl(CuCrlZr)产品进行压力下脉冲电流处理，脉冲电流放电周期10μs～800μs，最大峰值电流密度103～105A/mm2，单个脉冲的持续时间1μs～10000μs，压力450MPa～600MPa，电流脉冲频率范围f＝1-500Hz，处理时间范围为5秒至3小时；
b.将步骤a处理后的合金进行固溶处理，固溶温度为980℃～1010℃，固溶处理1小时；随后放入微波高温炉炉腔，用真空泵将炉腔抽至真空度80-95MPa以内；向所述微波高温炉炉腔内通入N2、H2混合保护气体，调节微波高温炉输出功率，以40～45℃/min的升温速度加热至1300～1400℃左右，保温0.5～2小时，关闭微波炉，所得产物随炉冷却至510℃备用；
c.将步骤b所得产物分级时效，高温区时效470℃～510℃，保温0.5～4小时；然后降温至中温区430℃～450℃，保温4～8小时；即固溶后进行分级时效：高温区时效进行短时间保温；然后降温至中温区进行长时间保温，随后空冷。
d.空冷至室温，将处理后的合金产物进行表面吹砂即可。
优选地，步骤d后将吹砂处理后合金件，置于真空热处理炉内，将炉内抽真空至80-95MPa，炉内温度升至450～460℃，保温4～8个小时，所述合金随炉冷却至室温即可。
优选地，所述步骤a的Cr含量控制在1.1％，Zr含量控制在0～0.3％。
优选地，采用分级时效。
优选地，步骤c后附加低温区去应力退火，即250℃～350℃，保温2～4小时，以去变形应力和去时效析出应力。如果对材料稳定性或去内应力有较高要求，可附加低温区去应力退火，即250℃～350℃，保温2～4小时，以达到去变形应力和去时效析出应力的目的。
优选地，步骤a的压力脉冲电流处理之前进行2-10％的预变形处理，随后进行蠕变时效，其中蠕变温度选取180℃～250℃，蠕变时间为1～5h，蠕变应力为150MPa～300MPa。
优选地，步骤d后将吹砂处理后合金件，用丙酮清洗后，再置于真空热处理炉内，将炉内抽真空至80-95MPa，炉内温度升至450～460℃，保温4～8个小时，所述合金随炉冷却至室温即可。
优选地，步骤d后将吹砂处理后合金件，用双丙酮醇清洗后，再置于真空热处理炉内，将炉内抽真空至80-95MPa，炉内温度升至450～460℃，保温4～8个小时，所述合金随炉冷却至室温即可。
优选地，步骤d后将吹砂处理后合金件，用双丙酮醇超音波清洗后，再置于真空热处理炉内，将炉内抽真空至80-95MPa，炉内温度升至450～460℃，保温4～8个小时，所述合金随炉冷却至室温即可。
有益效果
本发明解决了常规的CuCrl(CuCrlZr)热处理发生欠时效和过时效的问题，在提高CuCrl(CuCrlZr)合金的拉伸性能和电导率的同时，又能保证材料的硬度。本发明工艺简单、操作方便、能源消耗低、所制得合金性能优异，合金性能范围广，高密度合金性能好，致密度高，组织均匀，适于工业化生产，满足各方面应用的实际需求，与常规热处理相比，室温拉伸强度至少提高10％，各向异性至少降低10％。该工艺方法操作简便，效果显著，相比运用微合金化改善合金微观组织成分，节约成本，且易于在工业生产中实现。综合效益明显高于已报道的处理方法。
具体实施方式
实施例1
离心铸造CuCrl产品：Cr含量控制为0.7％，步骤如下：
a.采用CuCrl、CuCrlZr产品材料成分的重量百分比：Cr含量控制在0.7％，Zr含量控制在0.1％，其余为Cu；
对所述CuCrl(CuCrlZr)产品进行压力下脉冲电流处理，脉冲电流放电周期10μs～800μs，最大峰值电流密度103～105A/mm2，单个脉冲的持续时间1μs～10000μs，压力450MPa～600MPa，电流脉冲频率范围f＝1Hz，处理时间范围为5秒；电流引起温升，引起材料发生相变，提高合金的导电率。
b.将步骤a处理后的合金进行固溶处理，固溶温度为980℃℃，固溶处理1小时；随后放入微波高温炉炉腔，用真空泵将炉腔抽至真空度80MPa以内；向所述微波高温炉炉腔内通入N2、H2混合保护气体，调节微波高温炉输出功率，以40～45℃/min的升温速度加热至1300℃左右，保温0.5～2小时，关闭微波炉，所得产物随炉冷却至510℃备用；
c.将步骤b所得产物分级时效，高温区时效470℃～510℃，保温0.5～4小时；然后降温至中温区430℃，保温4小时；即固溶后进行分级时效：高温区时效进行短时间保温；然后降温至中温区进行长时间保温，随后空冷。
d.空冷至室温，将处理后的合金产物进行表面吹砂即可。
得到的产品与常规时效工艺制备的合金的性能对比如下表1：
表1本发明与常规时效工艺制备的合金的性能对比
优选地，步骤d后将吹砂处理后合金件，置于真空热处理炉内，将炉内抽真空至80-95MPa，炉内温度升至450～460℃，保温4～8个小时，所述合金随炉冷却至室温即可。
优选地，所述步骤a的Cr含量控制在1.1％，Zr含量控制在0～0.3％。
优选地，采用分级时效。
优选地，步骤c后附加低温区去应力退火，即250℃～350℃，保温2～4小时，以去变形应力和去时效析出应力。如果对材料稳定性或去内应力有较高要求，可附加低温区去应力退火，即250℃～350℃，保温2～4小时，以达到去变形应力和去时效析出应力的目的。
优选地，步骤a的压力脉冲电流处理之前进行2-10％的预变形处理，随后进行蠕变时效，其中蠕变温度选取180℃～250℃，蠕变时间为1～5h，蠕变应力为150MPa～300MPa。可以调控合金蠕变时效强化相的析出，提高合金的力学性能，降低各向异性程度。
优选地，步骤d后将吹砂处理后合金件，用丙酮清洗后，再置于真空热处理炉内，将炉内抽真空至80-95MPa，炉内温度升至450～460℃时静置除气后向炉内充Ar至50～60kPa，保温4～8个小时，所述合金随炉冷却至室温即可。炉内温度升至450～460℃静置除气后向炉内充Ar至50～60kPa可调节制备工艺获得多种强度与电导率的匹配。
优选地，步骤d后将吹砂处理后合金件，用双丙酮醇清洗后，再置于真空热处理炉内，将炉内抽真空至80-95MPa，炉内温度升至450～460℃，保温4～8个小时，所述合金随炉冷却至室温即可。
优选地，步骤d后将吹砂处理后合金件，用双丙酮醇超音波清洗后，再置于真空热处理炉内，将炉内抽真空至80-95MPa，炉内温度升至450～460℃，保温4～8个小时，所述合金随炉冷却至室温即可。
实施例2
a.采用CuCrl、CuCrlZr产品材料成分的重量百分比：Cr含量控制在1.0％，Zr含量控制在0.2％，其余为Cu；
对所述CuCrl(CuCrlZr)产品进行压力下脉冲电流处理，脉冲电流放电周期10μs～800μs，最大峰值电流密度103～105A/mm2，单个脉冲的持续时间1μs～10000μs，压力450MPa～600MPa，电流脉冲频率范围f＝250Hz，处理时间范围为1小时；
b.将步骤a处理后的合金进行固溶处理，固溶温度为1000℃，固溶处理1小时；随后放入微波高温炉炉腔，用真空泵将炉腔抽至真空度90MPa以内；向所述微波高温炉炉腔内通入N2、H2混合保护气体，调节微波高温炉输出功率，以40～45℃/min的升温速度加热至1350℃左右，保温1小时，关闭微波炉，所得产物随炉冷却至510℃备用；
c.将步骤b所得产物分级时效，高温区时效470℃～510℃，保温0.5～4小时；然后降温至中温区430℃～450℃，保温4～8小时；即固溶后进行分级时效：高温区时效进行短时间保温；然后降温至中温区进行长时间保温，随后空冷。
d.空冷至室温，将处理后的合金产物进行表面吹砂即可。
得到的产品与常规时效工艺制备的合金的性能对比如下表2：
表2本发明与常规时效工艺制备的合金的性能对比
优选地，步骤d后将吹砂处理后合金件，置于真空热处理炉内，将炉内抽真空至80-95MPa，炉内温度升至450～460℃，保温4～8个小时，所述合金随炉冷却至室温即可。
优选地，所述步骤a的Cr含量控制在1.1％，Zr含量控制在0～0.3％。
优选地，采用分级时效。
优选地，步骤c后附加低温区去应力退火，即250℃～350℃，保温2～4小时，以去变形应力和去时效析出应力。如果对材料稳定性或去内应力有较高要求，可附加低温区去应力退火，即250℃～350℃，保温2～4小时，以达到去变形应力和去时效析出应力的目的。
优选地，步骤a的压力脉冲电流处理之前进行2-10％的预变形处理，随后进行蠕变时效，其中蠕变温度选取180℃～250℃，蠕变时间为1～5h，蠕变应力为150MPa～300MPa。可以调控合金蠕变时效强化相的析出，提高合金的力学性能，降低各向异性程度。
优选地，步骤d后将吹砂处理后合金件，用丙酮清洗后，再置于真空热处理炉内，将炉内抽真空至80-95MPa，炉内温度升至450～460℃时静置除气后向炉内充Ar至50～60kPa，保温4～8个小时，所述合金随炉冷却至室温即可。炉内温度升至450～460℃静置除气后向炉内充Ar至50～60kPa可调节制备工艺获得多种强度与电导率的匹配。
优选地，步骤d后将吹砂处理后合金件，用双丙酮醇清洗后，再置于真空热处理炉内，将炉内抽真空至80-95MPa，炉内温度升至450～460℃，保温4～8个小时，所述合金随炉冷却至室温即可。
优选地，步骤d后将吹砂处理后合金件，用双丙酮醇超音波清洗后，再置于真空热处理炉内，将炉内抽真空至80-95MPa，炉内温度升至450～460℃，保温4～8个小时，所述合金随炉冷却至室温即可。
实施例3
a.采用CuCrl、CuCrlZr产品材料成分的重量百分比：Cr含量控制在0.7～1.3％，Zr含量控制在0.3％，其余为Cu；
对所述CuCrl(CuCrlZr)产品进行压力下脉冲电流处理，脉冲电流放电周期10μs～800μs，最大峰值电流密度103～105A/mm2，单个脉冲的持续时间1μs～10000μs，压力450MPa～600MPa，电流脉冲频率范围f＝1-500Hz，处理时间范围为5秒至3小时；
b.将步骤a处理后的合金进行固溶处理，固溶温度为1010℃，固溶处理1小时；随后放入微波高温炉炉腔，用真空泵将炉腔抽至真空度95MPa以内；向所述微波高温炉炉腔内通入N2、H2混合保护气体，调节微波高温炉输出功率，以45℃/min的升温速度加热至1400℃左右，保温2小时，关闭微波炉，所得产物随炉冷却至510℃备用；
c.将步骤b所得产物分级时效，高温区时效470℃～510℃，保温0.5～4小时；然后降温至中温区430℃～450℃，保温4～8小时；即固溶后进行分级时效：高温区时效进行短时间保温；然后降温至中温区进行长时间保温，随后空冷。
d.空冷至室温，将处理后的合金产物进行表面吹砂即可。
得到的产品与常规时效工艺制备的合金的性能对比如下表3：
表3本发明与常规时效工艺制备的合金的性能对比
实施例4
a.采用CuCrl、CuCrlZr产品材料成分的重量百分比：Cr含量控制在0.7～1.3％，Zr含量控制在0％，其余为Cu；
对所述CuCrl产品进行压力下脉冲电流处理，脉冲电流放电周期10μs～800μs，最大峰值电流密度103～105A/mm2，单个脉冲的持续时间1μs～10000μs，压力450MPa～600MPa，电流脉冲频率范围f＝1-500Hz，处理时间范围为5秒至3小时；
b.将步骤a处理后的合金进行固溶处理，固溶温度为1010℃，固溶处理1小时；随后放入微波高温炉炉腔，用真空泵将炉腔抽至真空度95MPa以内；向所述微波高温炉炉腔内通入N2、H2混合保护气体，调节微波高温炉输出功率，以45℃/min的升温速度加热至1400℃左右，保温2小时，关闭微波炉，所得产物随炉冷却至510℃备用；
c.将步骤b所得产物分级时效，高温区时效470℃～510℃，保温0.5～4小时；然后降温至中温区430℃～450℃，保温4～8小时；即固溶后进行分级时效：高温区时效进行短时间保温；然后降温至中温区进行长时间保温，随后空冷。
d.空冷至室温，将处理后的合金产物进行表面吹砂即可。
得到的产品与常规时效工艺制备的合金的性能对比如下表4：
表4本发明与常规时效工艺制备的合金的性能对比
优选地，步骤d后将吹砂处理后合金件，置于真空热处理炉内，将炉内抽真空至80-95MPa，炉内温度升至450～460℃，保温4～8个小时，所述合金随炉冷却至室温即可。
优选地，所述步骤a的Cr含量控制在1.1％，Zr含量控制在0～0.3％。
优选地，采用分级时效。
优选地，步骤c后附加低温区去应力退火，即250℃～350℃，保温2～4小时，以去变形应力和去时效析出应力。如果对材料稳定性或去内应力有较高要求，可附加低温区去应力退火，即250℃～350℃，保温2～4小时，以达到去变形应力和去时效析出应力的目的。
优选地，步骤a的压力脉冲电流处理之前进行2-10％的预变形处理，随后进行蠕变时效，其中蠕变温度选取180℃～250℃，蠕变时间为1～5h，蠕变应力为150MPa～300MPa。
优选地，步骤d后将吹砂处理后合金件，用丙酮清洗后，再置于真空热处理炉内，将炉内抽真空至80-95MPa，炉内温度升至450～460℃，保温4～8个小时，所述合金随炉冷却至室温即可。
优选地，步骤d后将吹砂处理后合金件，用双丙酮醇清洗后，再置于真空热处理炉内，将炉内抽真空至80-95MPa，炉内温度升至450～460℃，保温4～8个小时，所述合金随炉冷却至室温即可。
优选地，步骤d后将吹砂处理后合金件，用双丙酮醇超音波清洗后，再置于真空热处理炉内，将炉内抽真空至80-95MPa，炉内温度升至450～460℃，保温4～8个小时，所述合金随炉冷却至室温即可。
有益效果
本发明解决了常规的CuCrl(CuCrlZr)热处理发生欠时效和过时效的问题，在提高CuCrl(CuCrlZr)合金的拉伸性能和电导率的同时，又能保证材料的硬度。本发明工艺简单、操作方便、能源消耗低、所制得合金性能优异，合金性能范围广，高密度合金性能好，致密度高，组织均匀，适于工业化生产，满足各方面应用的实际需求，与常规热处理相比，室温拉伸强度至少提高10％，各向异性至少降低10％。该工艺方法操作简便，效果显著，相比运用微合金化改善合金微观组织成分，节约成本，且易于在工业生产中实现。综合效益明显高于已报道的处理方法。
在此说明的是实施例中涉及的数值范围均是经过多次实验所得，每一个点都可以实现，不局限在端点或者终点，篇幅所限，在此不进行一一列举。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种提高CuCrl、CuCrlZr合金综合性能的方法，其特征在于，它包括以下步骤：
a.采用CuCrl、CuCrlZr产品材料成分的重量百分比：Cr含量控制在0.7～1.3％，Zr含量控制在0～0.3％，其余为Cu；
对所述CuCrl、CuCrlZr产品进行压力下脉冲电流处理，脉冲电流放电周期10μs～800μs，最大峰值电流密度103～105A/mm2，单个脉冲的持续时间1μs～10000μs，压力450MPa～600MPa，电流脉冲频率范围f＝1-500Hz，处理时间范围为5秒至3小时；
b.将步骤a处理后的合金进行固溶处理，固溶温度为980℃～1010℃，固溶处理1小时；随后放入微波高温炉炉腔，用真空泵将炉腔抽至真空度80-95MPa以内；向所述微波高温炉炉腔内通入N2、H2混合保护气体，调节微波高温炉输出功率，以40～45℃/min的升温速度加热至1300～1400℃，保温0.5～2小时，关闭微波炉，所得产物随炉冷却至510℃备用；
c.将步骤b所得产物分级时效，高温区时效470℃～510℃，保温0.5～4小时；然后降温至中温区430℃～450℃，保温4～8小时；
d.空冷至室温，将处理后的合金产物进行表面吹砂即可。
2.根据权利要求1所述的一种提高CuCrl、CuCrlZr合金综合性能的方法，其特征在于：步骤d后将吹砂处理后合金件，置于真空热处理炉内，将炉内抽真空至80-95MPa，炉内温度升至450～460℃，保温4～8个小时，所述合金随炉冷却至室温即可。
3.根据权利要求1所述的一种提高CuCrl、CuCrlZr合金综合性能的方法，其特征在于：所述步骤a的Cr含量控制在1.1％，Zr含量控制在0～0.3％。
4.根据权利要求1所述的一种提高CuCrl、CuCrlZr合金综合性能的方法，其特征在于：步骤c后附加低温区去应力退火，即250℃～350℃，保温2～4小时，以去变形应力和去时效析出应力。
5.根据权利要求1所述的一种提高CuCrl、CuCrlZr合金综合性能的方法，其特征在于：步骤a的压力脉冲电流处理之前进行2-10％的预变形处理，随后进行蠕变时效，其中蠕变温度选取180℃～250℃，蠕变时间为1～5h，蠕变应力为150MPa～300MPa。
6.根据权利要求1所述的一种提高CuCrl、CuCrlZr合金综合性能的方法，其特征在于：步骤d后将吹砂处理后合金件，用丙酮清洗后，再置于真空热处理炉内，将炉内抽真空至80-95MPa，炉内温度升至450～460℃，保温4～8个小时，所述合金随炉冷却至室温即可。
7.根据权利要求1所述的一种提高CuCrl、CuCrlZr合金综合性能的方法，其特征在于：步骤d后将吹砂处理后合金件，用双丙酮醇超音波清洗后，再置于真空热处理炉内，将炉内抽真空至80-95MPa，炉内温度升至450～460℃，保温4～8个小时，所述合金随炉冷却至室温即可。
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| Effect of precipitation on mechanical and wear properties of ultrafine-grained Cu-Cr-Zr alloy;G.Purcek等;《WEAR》;20140123;第311卷;第149158页 * |
| Effects of Zr and (Ni,Si) additions on properties and microstructure of Cu-Cr alloy;Yong Pang等;《Journal of Alloys and Compounds》;20130831;第582卷;第786-792页 * |
| Impact of plastic softening of over-aged CuCrZr alloy heat sink tube on the structural reliability of a plasma-facing component;M.Miskiewicz等;《Fusion Engineering and Design》;20081231;第83卷;第66-71页 * |
| 加工工艺及时效处理对Cu-Cr-Zr合金性能的影响;张翔等;《沈阳化工学院学报》;20060930;第20卷(第3期);第230-233页 * |
| 多级形变时效对Cu-Cr-Zr合金组织和性能的影响;周海涛等;《材料热处理学报》;20090630;第30卷(第3期);第141-145页 * |
| 铸造热处理对CuCr0.9合金性能的影响;李亚明等;《热加工工艺》;20130630;第42卷(第11期);第33-35页 * |
| 锻造处理对CuCr合金组织和性能的影响;胡勇等;《太原重型机械学院学报》;20041231;第25卷(第4期);第275-278页 * |
| 高强高导Cu-Cr-Zr系合金的研究进展;赵美等;《铸造》;20070531;第56卷(第5期);第455-458页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104046834A (zh) | 2014-09-17 |
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