CN105925922B - 一种CuCrZr合金的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种CuCrZr合金的制备方法。利用上引法制备CuCrZr合金铸杆；将CuCrZr合金铸杆加热至350～550℃，保温5min～60min，同时将等径角挤压模具在同样温度预热；之后进行连续等径角挤压，模具转角为80～135°，挤压轮转速为3～9转/分钟，挤压道次为1～16道次；将挤压所得CuCrZr合金依次进行冷却、矫直和收线，即获得高强高导CuCrZr合金。本发明工艺简单，生产效率高，所制备的CuCrZr合金的长度可以达到1000m以上并且兼具高强度和高电导率，本发明是一种适合工业化连续生产高强高导CuCrZr合金的制备方法。

Description

一种CuCrZr合金的制备方法

技术领域

本发明涉及的是一种金棒材的制备方法，具体地说是一种超长高强度高导电CuCrZr合金棒材的制备方法。

背景技术

近年来，高强高导Cu合金在高速电气化铁路(以下简称：高铁)接触线、电阻焊电极、集成电路引线框架和接插件等方面获得了广泛应用。尤其在接触线方面，我国高铁的迅猛发展，对接触导线提出了巨大的市场需求。高铁接触导线的使用环境非常苛刻，因此对导线性能的要求也非常高。通常要求导线材料具有如下特性：较高的导电率、良好的力学性能(抗拉强度)、抗高温软化能力强、耐摩擦磨损能力强、耐腐蚀性好等。其中导电率和强度是最重要的指标。

目前高铁接触导线用的材料主要有CuAg、CuAgSn、CuSn、CuMg与CuCrZr等合金。其中CuCrZr合金属于时效强化型合金，兼具良好的力学性能与导电性。申请号为200910097340.X的专利文件中公开了一种超长CuCrZr合金接触线的制备方法，这种方法以连续挤压和拉拔为主要变形手段。其最大缺点是材料缺陷多，拉拔后形成的组织不均匀，芯部晶粒较为粗大。但是在实际生产中很难通过改变工艺或设备来消除这些缺点。申请号为201310264715.3的专利文件中公开了一种连续生产CuCrZr合金导线的设备及生产方法，采用连续等径角挤压变形的方式细化合金的晶粒，这种方法所需设备复杂，需要至少两个等径角挤压装置；工艺流程长，变形后需要通过后续的时效处理才能获得较高的导电率。申请号为201010593588.8的专利文件中公开了一种高强高导CuCrZr合金及其制备和加工方法，该制备方法需要经过多次的冷轧和时效处理，工序多、加工效率低、并且不能连续生产无限长合金导线。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺简单、产品组织均匀并且表面光滑、可实现连续生产无限长CuCrZr合金的CuCrZr合金的制备方法。

本发明的目的是这样实现的：

(1)利用上引法制备CuCrZr合金铸杆；

(2)将CuCrZr合金铸杆加热至350～550℃，保温5min～60min，同时将等径角挤压模具在同样温度预热；之后进行连续等径角挤压，模具转角为80～135°，挤压轮转速为3～9转/分钟，挤压道次为1～16道次；

(3)将挤压所得CuCrZr合金依次进行冷却、矫直和收线，即获得高强高导CuCrZr合金。

所述CuCrZr合金铸杆中含有0.1～0.6wt.％Cr、0.1～0.6wt.％Zr，其余为Cu和不可避免的杂质。

所述CuCrZr合金铸杆的截面是圆形或方形。

所述将CuCrZr合金铸杆加热至350～550℃是通过热处理设备加热，或者是利用合金与挤压轮之间的摩擦加热。

连续等径角挤压过程中通过红外测温仪或热电偶监测挤压温度，通过控制冷却水流量和温度保持挤压温度不发生变化。

本发明所制备的CuCrZr合金具有晶粒细小、强度高、导电率高的特点。本发明技术原理主要在于以下几点：(1)等径角挤压可以通过大塑性变形细化晶粒；(2)本发明所采用的加热温度区间为CuCrZr合金的时效温度区间，在保温过程中析出第二相颗粒。在等径角挤压过程中，发生动态再结晶，这些颗粒一方面提供形核位置，另一方面可以钉扎晶界，限制晶粒长大，从而获得晶粒细小的CuCrZr合金。第二相的尺寸以及第二相在CuCrZr合金基体中的分布可以通过控制Cr与Zr元素的含量以及加热温度和保温时间来实现，进而与等径角挤压参数结合方便地调控晶粒细化程度。因此，本发明综合利用了细晶强化与第二相强化机制，可以显著提高CuCrZr合金的强度；(3)考虑合金的导电率主要受第二相与晶体缺陷的影响，因此，本发明采用的挤压温度远远高于室温，一方面有利于合金中第二相析出，另一方面挤压后合金中晶体缺陷密度小，从而可以提高合金的导电率。

本发明的有益效果包括如下几点：(1)设备与工艺简单；(2)所得材料表面质量好，后续无需磨削等工序，进一步简化了生产工艺；(3)与室温连续等径角挤压相比较，本发明易于控制挤压温度，所得合金强度高、导电率高，省略了后续的时效处理工序；(4)避免了拉拔所导致的产品组织不均匀的问题；(5)提高了挤压速度，进而提高了生产效率；(6)可加工超长的CuCrZr合金导线，利用本发明所制备的高强高导CuCrZr合金的长度可以达到1000m以上。因此，本发明是一种适合工业化连续生产的CuCrZr合金制备方法。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

图2是连续等径角挤压装置示意图。

图3是挤压前后CuCrZr合金的导电率比较。

图4是挤压前后CuCrZr合金的硬度比较。

具体实施方式

下面举例对本发明做更详细的描述，本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。

具体实施方式一：高强高导CuCrZr合金的连续制备方法按以下步骤进行：

(1)利用上引法制备CuCrZr合金铸杆，合金中含有质量百分数含量为0.4％的Cr、0.4％的Zr，其余为Cu和不可避免的杂质，铸杆直径为10mm；

(2)首先将CuCrZr合金铸杆进行矫直处理，然后将合金棒材置于热处理炉中加热至450℃保温15min，同时将连续等径角挤压模具2也置于热处理炉中加热至450℃；

(3)首先将连续等径角挤压模具置于连续挤压机中，然后将合金棒材1置于挤压轮3中，开动挤压机，进行等径角挤压变形。等径角挤压模具角度为120°；挤压轮转速为3转/分钟；挤压过程中利用红外测温仪监测等径角挤压温度，通过控制冷却水的流量将挤压温度控制在450℃；

(4)挤压后的棒材依次经过冷却装置和矫直装置；

(5)重复以上步骤(2)～(4)进行8道次挤压，挤压路径为Bc；

(6)将上述挤压后的棒材经过收线装置盘成合金线圈，即可得到高强高导的CuCrZr合金。

图1所示为上述制备工艺流程图。图2所示为连续等径角挤压示意图。将上述处理后的CuCrZr合金，利用金刚石切割机切取长度为100mm的棒材，依次利用400#、1200#、2400#砂纸对棒材表面进行机械研磨，利用SIGMATEST2.069型电导率仪测试棒材的导电率，并与初始态合金以及室温连续等径角挤压处理的合金进行比较，结果如图3所示。可见，本发明所处理的CuCrZr合金的导电率远高于初始态合金和室温连续等径角挤压处理的合金。利用HVS-100型数显显微硬度仪测试了不同处理CuCrZr合金的显微硬度，载荷为100g，加载时间为10s。取7个点压痕硬度值的平均值作为最终结果，结果如图4所示。可见，本发明所处理的CuCrZr合金的显微硬度远远高于初始态合金和室温连续等径角挤压处理的合金。这表明本发明是一种制备兼具高强度和高导电率CuCrZr合金的有效方法。利用本发明所制备的高强高导CuCrZr合金的长度可以达到1000m以上。

具体实施方式二：

本实施方式与实施方式一的区别在于，步骤(五)中采用的挤压路径为A。

具体实施方式三：

本实施方式与实施方式一的区别在于，步骤(五)中采用的挤压路径为Ba。

具体实施方式四：

本实施方式与实施方式一的区别在于，步骤(五)中采用的挤压路径为C。

具体实施方式五：

本实施方式与实施方式一的区别在于，步骤(五)中挤压道次为4道次。

具体实施方式六：

本实施方式与实施方式一的区别在于，步骤(二)中采用的模具角度为90°。

具体实施方式七：

本实施方式与实施方式一的区别在于，步骤(二)中挤压轮转速为6转/分钟。

Claims (5)

1.一种CuCrZr合金的制备方法，其特征是：

（1）利用上引法制备CuCrZr合金铸杆；

（2）将CuCrZr合金棒材加热至350～550℃，保温时间为5min~60min，同时将等径角挤压模具在同样温度预热；之后进行连续等径角挤压，模具转角为80～135°，挤压轮转速为3~9转/分钟，挤压道次为1~16道次；

（3）将挤压所得CuCrZr合金依次进行冷却、矫直和收线，即可获得高强高导CuCrZr合金。

2.根据权利要求1所述的CuCrZr合金的制备方法，其特征是：所述CuCrZr合金中含有0.1～0.6wt.% Cr、0.1~0.6wt.%Zr，其余为Cu和不可避免的杂质。

3.根据权利要求1或2所述的CuCrZr合金的制备方法，其特征是：连续等径角挤压过程中通过红外测温仪或热电偶监测挤压温度，通过控制冷却水流量和温度保持挤压温度不发生变化。

4.根据权利要求1或2所述的CuCrZr合金的制备方法，其特征是：将CuCrZr合金棒材加热至400～500℃，保温时间为10min~20min，模具转角为90～120°，挤压轮转速为3~6 转/分钟，挤压道次为4~8道次。

5.根据权利要求3所述的CuCrZr合金的制备方法，其特征是：将CuCrZr合金棒材加热至400～500℃，保温时间为10min~20min，模具转角为90～120°，挤压轮转速为3~6 转/分钟，挤压道次为4~8道次。