CN108359921B - 一种高强度高导电铜合金的动态应变时效制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及铜合金材料的制备方法,特别是一种高强度高导电铜合金的动态应变时效制备工艺。在无氧条件下,利用连铸炉获得铜合金棒材,进行固溶处理并超声波液氮淬火,随后对铜合金通入正弦脉冲电流进行液氮温度下的型轧变形,轧至适当尺寸后再进行1、2、3道次ECAP‑Conform挤压,在电场环境下进行4、5、6道次ECAP‑Conform挤压,获得了一种高强度高导电的铜合金棒材,解决了铜合金材料一直存在的高强度与高电导率之间的矛盾。低温型轧抑制回复与再结晶,细化晶粒,电场下ECAP‑Conform挤压过程中产生动态应变时效,能够省却人工时效的环节,降低生产成本,提高生产效率。

Description

一种高强度高导电铜合金的动态应变时效制备方法
技术领域
本发明属于有色金属加工技术领域,涉及一种电气、电力及电子工程的系列产品,具体涉及一种高强度高导电铜合金动态应变时效制备方法。
背景技术
铜合金是非常重要的工业金属材料之一,而高强度高导电性铜合金不仅具有优异的力学性能,还具有优良的物理性能,被广泛应用于电阻焊电极、焊具喷嘴、电气工程开关触桥、大功率异步牵引电机鼠笼导条、超大规模集成电路引线框架和高速电气化列车接触线等领域。随着我国社会的发展,对高强度高导电性铜合金的需求也日益增加,但我国在这方面的研究起步较晚,与国外相比还有一定的差距。
目前,剧烈塑性变形对高强度高导电性铜合金强度的提升效果显著,而针对高强度高导电性铜合金较典型的塑性变形的方法主要有等通道变形和轧制。等通道变形虽然起到了强化效果,但材料的浪费比较严重,增加了生产成本。与传统挤压方式相比,Conform连续挤压实现了材料生产在连续化、智能降耗和提高材料利用率方面的突破,不仅成形稳定,而且可实现产品无限长度高品质的生产,目前已广泛应用于铝、铜及其合金产品的生产。但常规的Conform连续挤压铜合金棒材强度低(≤420MPa),仍无法达到特定的工程应用要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强度高导电铜合金动态应变时效制备方法,克服了现有工艺制备方法的不足,省却人工时效的步骤,获得了高强度高导电铜合金材料,提高了铜合金的综合力学性能及物理性能。
为了实现上述技术目的,本发明在无氧条件下,通过连铸获得铜合金棒材,进行固溶处理并超声波液氮淬火,随后对铜合金通入正弦脉冲电流进行液氮温度下的型轧变形,轧至适当尺寸后再进行1、2、3道次ECAP-Conform挤压,在电场环境下进行4、5、6道次ECAP-Conform挤压,获得了一种高强度与高导电的铜合金棒材,解决了铜合金材料一直存在的高强度与高电导率之间的矛盾。满足电气、电力及电子工程的系列产品的性能要求。能够省却人工时效的环节,降低生产成本,提高生产效率。
本发明通入正弦脉冲电流进行液氮温度下的型轧变形,能够储存型轧变形时金属内部的能量,形成高密度位错、高能量晶界,起到预时效的作用。通过控制ECAP-Conform挤压速度和温度进行1、2、3次挤压,可以达到动态应变时效目的;在强电场下经过控制ECAP-Conform挤压速度和温度进行4、5、6次挤压,电场能够促进晶界滑移,经过与ECAP-Conform挤压过程的变形热相结合,达到充分时效的效果。本发明可以省却人工时效的环节,降低生产成本,提高生产效率。
本发明所采用的技术方案是为了提供一种高强度高导电铜合金动态应变时效制备方法,具体工艺包括如下步骤:
(1)、在无氧的条件下利用连铸炉获得铜合金棒材;
(2)、对步骤(1)得到的铜合金棒材进行固溶处理并超声波液氮淬火,其中,液氮的旋涡流压力5~12MPa;
(3)、将步骤(2)淬火后的铜合金棒材通入正弦脉冲电流进行液氮温度下的型轧变形,施加正弦脉冲电流的同时液氮下低温型轧在温度为-196℃~-50℃,频率为30~90Hz,电流密度为18~25KA/mm2,脉冲电流的放电周期为250~500μs,脉冲的持续作用时间为1250~2500μs的参数下型轧;
(4)、对经步骤(3)型轧后获取的铜合金棒材进行ECAP-Conform挤压,ECAP-Conform挤压前先将铜合金棒材在300℃~550℃环境中放置5~15min,ECAP-Conform挤压机预热温度与铜棒温度一致,然后进行ECAP-Conform不同道次的挤压,且在挤压过程中腔内控制在一个恒定的温度下进行,挤压过程如下:
(ⅰ)第一次挤压、第二次挤压及第三次挤压ECAP-Conform机挤压转速为1~3rpm,腔内挤压温度控制在300~400℃。
(ⅱ)在电场强度为8~12KV/cm环境中进行第四次挤压、第五次挤压及第六次挤压,ECAP-Conform机挤压转速为9~12rpm,腔内挤压温度控制在450~500℃。
(5)将经步骤(4)获取的铜合金挤压棒材自然冷却,无需人工时效处理,获得高强度高导电性铜合金。
作为一种具体的实施方式,所述第一次挤压、第二次挤压以及第三次挤压腔内温度控制在325℃左右,第四次、第五次及第六次挤压腔内控制温度在475℃左右。
本发明还提供了制得的高强度高导电铜合金的应用,所述铜合金用于电气、电力及电子工程领域。
有益效果:
本发明方法克服了现有工艺制备方法的不足,省却了人工时效的步骤,获得了高强度高导电铜合金材料,解决了铜合金材料一直存在的高强度与高电导率之间的矛盾,提高了铜合金的综合力学性能及物理性能。
具体实施方式
一种高强度高导电铜合金动态应变时效制备工艺具体实施过程如下:
实施例1
高强度高导电Cu-0.5%Cr-0.2%Zr合金的生产工艺。
连铸获得铜合金棒材:在无氧的条件下利用上引连铸炉获得直径为Φ60mm的铜合金棒材。
固溶处理:对棒料Cu-0.5%Cr-0.2%Zr合金进行固溶处理(1000℃×30min),超声波液氮淬火,液氮的旋涡流压力5MPa;。
低温型轧处理:对棒材通脉冲电流(频率30Hz,电流密度18KA/mm2,脉冲电流的放电周期500μs,脉冲的持续作用时间2500μs。)的同时液氮下对经过固溶处理的铜合金棒材进行低温(-196℃)型轧,获得直径为Φ17.5~Φ18mm的铜合金棒材。
对经冷轧处理获取的铜合金棒材进行ECAP-Conform挤压,ECAP-Conform挤压前先将铜合金棒材在300℃环境中放置5min,ECAP-Conform挤压机预热温度与铜棒温度一致,然后进行ECAP-Conform第一次、第二次及第三次挤压ECAP-Conform机挤压转速为1rpm,腔内挤压温度控制在300℃。然后再将铜棒在475℃环境中放置5min,ECAP-Conform挤压机预热温度与铜棒温度一致,在电场(12KV/cm)环境中进行第四次、第五次及第六次挤压,ECAP-Conform机挤压转速为10rpm,腔内挤压温度控制在457℃。对经六次挤压的铜合金棒材自然冷却,无需人工时效处理,获得高强度高导电性铜合金。
实施例2
高强度高导电Cu-0.5%Cr-0.2%Zr合金的生产工艺。
连铸获得铜合金棒材:在无氧的条件下利用上引连铸炉获得直径为Φ60mm的铜合金棒材。
固溶处理:对棒料Cu-0.5%Cr-0.2%Zr合金进行固溶处理(1000℃×30min),超声波液氮淬火,液氮的旋涡流压力6MPa;。
低温型轧处理:对棒材通脉冲电流(频率60Hz,电流密度20KA/mm2,脉冲电流的放电周期300μs,脉冲的持续作用时间1500μs。)的同时液氮下对经过固溶处理的铜合金棒材进行低温(-100℃)型轧,获得直径为Φ17.5~Φ18mm的铜合金棒材。
对经冷轧处理获取的铜合金棒材进行ECAP-Conform挤压,ECAP-Conform挤压前先将铜合金棒材在350℃环境中放置5min,ECAP-Conform挤压机预热温度与铜棒温度一致,然后进行ECAP-Conform第一次、第二次及第三次挤压ECAP-Conform机挤压转速为1rpm,腔内挤压温度控制在350℃。然后再将铜棒在500℃环境中放置5min,ECAP-Conform挤压机预热温度与铜棒温度一致,在电场(10KV/cm)环境中进行第四次、第五次及第六次挤压,ECAP-Conform机挤压转速为10rpm,腔内挤压温度控制在500℃。对经六次挤压的铜合金棒材自然冷却,无需人工时效处理,获得高强度高导电性铜合金。
实施例3
高强度高导电Cu-0.5%Cr-0.2%Zr合金的生产工艺。
连铸获得铜合金棒材:在无氧的条件下利用上引连铸炉获得直径为Φ60mm的铜合金棒材。
固溶处理:对棒料Cu-0.5%Cr-0.2%Zr合金进行固溶处理(1000℃×30min),超声波液氮淬火,液氮的旋涡流压力7MPa。
低温型轧处理:对棒材通脉冲电流(频率90Hz,电流密度22KA/mm2,脉冲电流的放电周期250μs,脉冲的持续作用时间1250μs。)的同时液氮下对经过固溶处理的铜合金棒材进行低温(-196℃)型轧,获得直径为Φ17.5~Φ18mm的铜合金棒材。
对经冷轧处理获取的铜合金棒材进行ECAP-Conform挤压,ECAP-Conform挤压前先将铜合金棒材在400℃环境中放置5min,ECAP-Conform挤压机预热温度与铜棒温度一致,然后进行ECAP-Conform第一次、第二次及第三次挤压ECAP-Conform机挤压转速为2rpm,腔内挤压温度控制在400℃。然后再将铜棒在550℃环境中放置5min,ECAP-Conform挤压机预热温度与铜棒温度一致,在电场(8KV/cm)环境中进行第四次、第五次及第六次挤压,ECAP-Conform机挤压转速为12rpm,腔内挤压温度控制在550℃。对经六次挤压的铜合金棒材自然冷却,无需人工时效处理,获得高强度高导电性铜合金。
本发明制得的高强度高导电Cu-0.5%Cr-0.2%Zr合金性能与行业标准及常规实验对比检测结果如下表所示:
表1
从上表的数据可以看出,通过上述生产工艺生产的高强度高导电Cu-0.5%Cr-0.2%Zr合金无论是抗拉强度还是电导率都要高于行业标准以及固溶处理+低温轧制+时效处理+低温轧制和固溶处理+Conform+冷轧+时效处理方法。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点,其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施,并不能以此限制本发明的保护范围,凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰,都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种高强度高导电铜合金的动态应变时效制备方法,其特征在于:所述制备方法为:
(1)在无氧条件下,利用连铸炉获得直径为Φ60mm的铜合金棒材,其中,铜合金为Cu-0.5%Cr-0.2%Zr合金;
(2)对步骤(1)得到的铜合金棒材在1000℃固溶处理30min,并超声波液氮淬火;
超声波液氮淬火,液氮的旋涡流压力为5~12MPa;
(3)将步骤(2)淬火后的铜合金棒材通入正弦脉冲电流进行液氮温度下的型轧变形,得到型轧变形的铜合金棒材;
所述型轧变形过程中,正弦脉冲电流频率为30~90Hz,电流密度为18~25KA/mm2,脉冲电流的放电周期为250~500μs,脉冲的持续作用时间为1250~2500μs;
铜合金棒材型轧温度为-196℃~-50℃;变形的铜合金棒材直径为Φ17 .5~Φ18mm;
(4)对步骤(3)型轧变形的铜合金棒材进行1、2、3道次ECAP-Conform挤压,然后在电场环境下进行4、5、6道次ECAP-Conform挤压,得到铜合金挤压棒材;
所述挤压前先将铜合金棒材在300℃~550℃环境中放置5~15min;
所述第一次挤压、第二次挤压和第三次挤压,ECAP-Conform机挤压转速为1~3rpm,腔内挤压温度为300~400℃;
所述在电场环境中进行第四次挤压、第五次挤压及第六次挤压,ECAP-Conform机挤压转速为9~12rpm,腔内挤压温度为450~550℃;所述电场的强度为8~12kV/cm;
(5)将经步骤(4)得到的铜合金挤压棒材自然冷却,获得高强度高导电铜合金。
2.一种根据权利要求1所述方法制得的高强度高导电铜合金的应用,其特征在于:所述铜合金用于电气、电力及电子工程领域。
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