CN104561487B - 一种稀土锌铜钛合金带材的形变热处理工艺 - Google Patents

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Abstract

一种稀土锌铜钛合金带材的形变热处理工艺，属于有色金属材料加工技术领域，以本发明工艺进行形变热处理的板材为先经过热轧再经过冷轧至1.0～0.5mm的半制品，将半制品置于电阻炉内进行一次低温退火，出炉空冷后，再进行一次高温退火，再出炉空冷后，再进行最终冷轧。本发明在带材最终的热处理和冷轧变形工艺环节，采用以上特殊的形变热处理工艺，主要技术特征表现在对锌带最终的热处理和冷轧变形工艺环节的控制，以制备一种具有低的各向异性程度和优良深冲性能的稀土锌铜钛合金带材。

Description

一种稀土锌铜钛合金带材的形变热处理工艺
技术领域
本发明属于有色金属材料加工技术领域，具体涉及一种锌基合金带材的热处理和塑性变形工艺。
技术背景
锌及锌合金熔化温度低，变形抗力小，加工能耗低，且价廉易得，可显著节约材料和生产成本。目前，具有优良力学性能的锌铝钛（Zn-Al-Ti）和锌铜钛（Zn-Cu-Ti）变形锌合金已在五金、装饰、机械、电子、仪器仪表、通讯连接等制造领域获得广泛应用，且其用途正在不断扩大。尤其在我国铜资源日趋匮乏的当前形势下，“以锌节铜”和“以锌代铜”成为材料领域一个新的发展方向，因此，深入开展此类合金的组织与性能研究，进一步优化生产工艺，并推广其应用范围，具有重要的实际意义。
理论上锌具有密排六方晶体结构（hcp），室温下只有一套滑移系统，自由电子较少，金属性不强，因此塑性变性能力差。锌的晶体结构（hcp）的各向异性本质，加上冷轧变形的特性，使其板带材具有强烈的织构倾向和性能各向异性。本发明涉及的稀土锌铜钛（Zn-Cu-Ti-RE）带材主要用作小五金件和卫浴用冲压件，必须具有较好的综合力学性能和优良的深冲性能。而带材明显的各向异性，使冲压成形时易产生制耳、开裂等缺陷，严重降低其深冲性能和产品质量。
塑性比（r=ln(εy/εz)）、制耳率和屈强比（σs/σb）都是衡量板带材深冲性能的重要指标。当塑性比大、制耳率小、屈强比低时，板带材的厚度方向较平面方向难于变形，则在冲压成形时的塑性流动主要发生在平面范围内，而不是通过厚度方向的减薄来完成，冲压时就不会在局部区域因厚度变薄而发生破裂失效。因而板带材的各向异性越小，深冲性能越好。通常认为，冷轧板带材各向异性主要是由延伸率的各向异性导致的，但深入的试验研究表明，板带材抗拉强度的各向异性才是主要原因。
各向异性材料的性能及其变化程度取决于各向异性的织构起源，以及这种织构发展的强弱程度，即取决于各织构之间是否均衡。为了改善锌合金板带材的深冲性能和成形性，预测和控制锌合金板带材的显微组织，尤其是晶体结构和相组成显得尤其重要。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种可有效降低稀土锌铜钛合金带材的各向异性，提高其组织均匀性和深冲性能的稀土锌铜钛合金带材的形变热处理工艺。
以本发明工艺进行形变热处理的板材为先经过热轧再经过冷轧至1.0～0.5mm的半制品，本发明的主要特征是采用“先低温退火，再高温退火，最终冷轧”的工艺方案，即：将半制品置于电阻炉内进行一次低温退火，出炉空冷后，再进行一次高温退火，再出炉空冷后，再进行最终冷轧。
本发明低温退火，一方面可消除带材的残余应力，同时促进带材的再结晶以及第二相（CuZn4和TiZn15）的析出；高温退火处理可使部分第二相（CuZn4和TiZn15）重新溶解于基体，提高合金强度，同时使合金的再结晶组织得以稳定，晶粒取向更为分散。热处理之后再进行一次强力冷轧变形，冷轧变形率控制在30~60%，可使已完全再结晶的带材再经历一次动态再结晶，不仅晶粒更为细化均匀，而且晶体取向分散度更高，由此获得具有低的各向异性程度和优良深冲性能的稀土锌铜钛合金带材。
常规加工工艺是冷轧至最终厚度后再进行一次稳定化退火处理。按常规工艺制备的锌合金带材，因无中间再结晶过程调整晶粒取向分布，所以最终带材具有强烈织构和明显的各向异性。
本发明在带材最终的热处理和冷轧变形工艺环节，采用以上特殊的形变热处理工艺，对冷轧至一定厚度的稀土锌铜钛合金带材进行连续两次热处理，然后再对带材施加一定程度的最终冷轧变形。本发明的主要技术特征表现在对锌带最终的热处理和冷轧变形工艺环节的控制，以制备一种具有低的各向异性程度和优良深冲性能的稀土锌铜钛合金带材。
采用本发明工艺制备的稀土锌铜钛合金带材，其不同方向（与轧制方向成0°、45°和90°角）的力学性能和深冲性能为：屈服强度（σs）0 °=90MPa~120MPa，（σs）45 °=100MPa~130MPa，（σs）90 °=90MPa~140MPa；抗拉强度（σb）0 °=140MPa ~180MPa，（σb）45 °=150MPa ~190MPa，（σb）90 °=160MPa ~220MPa；屈强比（σs/σb）0 ° =0.69~0.81，（σs/σb）45 °=0.69~0.78，（σs/σb）90 °=0.63~0.75；断后延伸率δ0 °=60~90%，δ45 °=60~100%，δ90 °=60~80%；塑性比r0 °=3.4~4.2，r45 °=3.5~4.6，r90 °=2.9~3.6，r平均=3.5~4.2。
另外，本发明优选的低温退火的温度条件为120～160℃，时间为1～4h。最佳选择为：低温退火的温度条件为130～150℃，时间为1～4h。
优选的高温退火的温度条件为180～220℃，时间为2～6h。最佳选择为：高温退火的温度条件为180～200℃，时间为2～6h。
控制最终冷轧变形率为30～60%。
具体实施方式
以下结合本发明的原理和特征进行具体描述，所举实施例只用于解释本发明，使本发明的上述及其他目的、特征和其他优势更加清晰，并非用于限定本发明的应用范围。
实施例1
稀土锌铜钛合金（Zn-0.9Cu-0.05Ti-0.02RE）经如下工艺步骤加工成带材：
1、准备原料。
2、熔炼。
3、连续铸造。
4、将带材的厚度热轧至3.5-5.0mm。
5、将带材的厚度冷轧至0.50mm。
6、将半制品置于电阻炉内进行一次低温退火，退火温度条件为130℃，经1h后，出炉，空冷。
7、将半制品置于电阻炉内进行一次高温退火，退火温度条件为180℃，经2h后，出炉，空冷。
8、将半制品进行最终冷轧至厚度为0.30mm。
9、精整后成品检测（力学和深冲性能），再包装入库。
通过控制热处理和最终冷轧塑性变形，调整其晶粒取向分布和相结构，使带材具有较低的各向异性和良好的深冲性能。其性能检测结果列入表1。
实施例2
稀土锌铜钛合金（Zn-0.9Cu-0.05Ti-0.02RE）经如下工艺步骤加工成带材：
1、准备原料。
2、熔炼。
3、连续铸造。
4、将带材的厚度热轧至3.5-5.0mm。
5、将带材的厚度冷轧至0.50mm。
6、将半制品置于电阻炉内进行一次低温退火，退火温度条件为130℃，经2h后，出炉，空冷。
7、将半制品置于电阻炉内进行一次高温退火，退火温度条件为180℃，经2h后，出炉，空冷。
8、将半制品进行最终冷轧至厚度为0.25mm。
9、精整后成品检测（力学和深冲性能），再包装入库。
通过控制热处理和最终冷轧塑性变形，调整其晶粒取向分布和相结构，使带材具有较低的各向异性和良好的深冲性能。其性能检测结果列入表1。
实施例3
稀土锌铜钛合金（Zn-0.9Cu-0.05Ti-0.02RE）经如下工艺步骤加工成带材：
1、准备原料。
2、熔炼。
3、连续铸造。
4、将带材的厚度热轧至3.5-5.0mm。
5、将带材的厚度冷轧至0.50mm。
6、将半制品置于电阻炉内进行一次低温退火，退火温度条件为150℃，经2h后，出炉，空冷。
7、将半制品置于电阻炉内进行一次高温退火，退火温度条件为190℃，经4h后，出炉，空冷。
8、将半制品进行最终冷轧至厚度为0.30mm。
9、精整后成品检测（力学和深冲性能），再包装入库。
通过控制热处理和最终冷轧塑性变形，调整其晶粒取向分布和相结构，使带材具有较低的各向异性和良好的深冲性能。其性能检测结果列入表1。
实施例4
稀土锌铜钛合金（Zn-0.9Cu-0.05Ti-0.02RE）经如下工艺步骤加工成带材：
1、准备原料。
2、熔炼。
3、连续铸造。
4、将带材的厚度热轧至3.5-5.0mm。
5、将带材的厚度冷轧至0.50mm。
6、将半制品置于电阻炉内进行一次低温退火，退火温度条件为150℃，经4h后，出炉，空冷。
7、将半制品置于电阻炉内进行一次高温退火，退火温度条件为200℃，经6h后，出炉，空冷。
8、将半制品进行最终冷轧至厚度为0.30mm。
9、精整后成品检测（力学和深冲性能），再包装入库。
通过控制热处理和最终冷轧塑性变形，调整其晶粒取向分布和相结构，使带材具有较低的各向异性和良好的深冲性能。其性能检测结果列入表1。
表 1 各实施例检测的性能参数
从上表可见：本发明提供的热处理工艺和最终变形程度对材料的各向异性有明显的影响，通过控制热处理工艺参数和最终冷轧变形程度可调整其各向异性和深冲性能。
上述实施例用来解释本发明，而不是对本发明进行限制，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种稀土锌铜钛合金带材的形变热处理工艺，将热轧板坯经冷轧得到1.0～0.5mm的半制品，其特征在于：将半制品置于电阻炉内进行一次低温退火，出炉空冷后，再进行一次高温退火，再出炉空冷后，再进行最终冷轧；
所述低温退火的温度条件为120～160℃，时间为1～4h；
所述高温退火的温度条件为180～220℃，时间为2～6h；
所述最终冷轧，变形率控制在30～60%。
2.根据权利要求1所述形变热处理工艺，其特征在于：所述低温退火的温度条件为130～150℃，时间为1～4h。
3.根据权利要求1所述形变热处理工艺，其特征在于：所述高温退火的温度条件为180～200℃，时间为2～6h。
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