CN111112330A - 一种提高铜带材强度且不造成各向异性的加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高铜带材强度且不造成各向异性的加工方法，其特征在于，包括热轧、冷轧、固溶、辊弯变形或弯曲轧制、矫平轧制、成品退火六个工序。本发明提供的一种既能通过冷加工使铜合金带材发生加工硬化进而提高其强度，又不产生各向异性，也不使铜合金带材厚度变薄的加工方法。与常用的铜合金带材精密冷轧工艺及设备相比，本发明所设计的工艺不需要繁琐精密的精度控制，加工道次不受带材厚度限制，可加工宽幅带材，工艺简单，且所设计的设备造价低，能够根据需要对铜合金带材进行多道次加工以产生足够的加工硬化，且不产生织构和各向异性。本发明所设计的加工方法在铜合金带材加工领域具有很好的应用前景。

Description

一种提高铜带材强度且不造成各向异性的加工方法
技术领域
本发明属于有色金属加工制备领域，具体地，涉及一种提高铜带材强度且不造成各向异性的加工方法。
背景技术
铜镍硅、铜铬锆、铜钛等高端合金常以带材(厚度小于1mm)的形式广泛用于电子接插件、引线框架、连接器等领域。为了提高这些合金带材的强度，需要采用大变形量的加工以造成足够的加工硬化，对于带材而言，加工都是通过轧制进行的。大变形量的轧制会在铜合金带材中造成强烈的加工织构，这会引起带材性能存在明显的各向异性，恶化合金带材的横向塑性。此外，由于经过固溶后的铜合金带材的厚度一般都小于1mm，如果要通过轧制来造成加工硬化，进而提高合金强度，可以利用的变形量都较小。以0.8mm固溶态铜合金带材为例，如果轧制到0.3mm，变形量也只有62.5％，这对于要求高强度的铜合金来说是不够的。厚度如果进一步减薄，则不满足实际应用对于带材的厚度要求，而且厚度太薄时对轧制工艺的控制精度要求很高，所需要的轧制设备造价昂贵。随着电动汽车、人工智能的高速发展，对于上述高端铜合金带材的需求日益增长，尤其是对于没有各向异性或者各向异性弱的带材，需求更为旺盛。所以，需要发展一种新的加工方法以实现既能通过加工硬化来提高铜合金带材的强度，又可同时防止带材性能产生各向异性。
发明内容
基于上述产业发展需求，本发明提供了一种提高铜带材强度且不造成各向异性的加工方法。通过辊弯变形或者二辊弯曲轧制这种加工方法，可以在不使带材厚度变薄的前提下，进行任意变形量的变形来提高铜合金带材的强度，而且不会在带材中造成加工织构，不会恶化合金的横向塑性。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种提高铜带材强度且不造成各向异性的加工方法，包括热轧、冷轧、固溶、辊弯变形或弯曲轧制、矫平轧制、成品退火六个工序，具体如下：
第一步、热轧工序，将均匀化后的铜合金铸锭在800-900℃经5-10道次热轧至10-15mm厚，热轧后合金进行水冷淬火，之后刨去表面氧化皮等缺陷，准备冷轧；
第二步、冷轧工序，将热轧后的铜合金厚板经5-10道次冷轧，轧至厚度0.3-0.8mm；
第三步、固溶工序，根据铜合金的品种，选取特定的固溶温度，将冷轧后的铜合金带材在气垫炉中于880-960℃固溶，为进一步的时效强化做好组织准备；
第四步、选择辊弯变形或者弯曲轧制对固溶后的铜合金带材进行弯曲操作，具体如下：
辊弯变形工序，将固溶后的铜合金带材通过一个直径与合金带材厚度相同的辊子进行辊弯变形加工，从而造成加工硬化，根据不同的加工硬化要求，可采用反复多道辊弯加工；
弯曲轧制工序，将固溶后的铜合金带材通过二辊轧机轧制，轧机的两个辊缝宽度等于带材厚度，但两个辊子直径不同，辊子旋转的角速度相同，从而使合金带材经过轧制后，产生弯曲变形，但厚度不变，根据不同的加工硬化量需求，对合金带材进行多道弯曲轧制，以实现充分提高带材强度的目的；
第五步、矫平轧制工序，将辊弯变形或弯曲轧制后的铜合金带材通过二辊冷轧机进行矫平，该加工道次中铜合金带材厚度不减薄，但通过轧制可恢复其带材的平整度；
第六步、成品退火工序，将矫平的铜合金带材在钟罩炉中于400-550℃进行成品退火2-6小时，造成时效硬化，进一步显著提高铜合金强度，退火温度的选取与合金带材品种有关。
本发明的有益效果：
1、本发明所设计的加工方法适用于厚度小于1mm的铜合金带材的加工变形，对于这类带材，通过轧制来实现大变形已很难实现，通过本发明的方法可以根据需要实现任意所需的加工硬化量来提高带材强度。
2、本发明所提供的方法不会在铜合金带材中造成各向异性，不会恶化合金的横向塑性，这是常用的的轧制加工方法不能实现的。
3、本发明所设计的辊弯变形与轧制弯曲所需要的设备，比起常用的铜合金带材精轧设备，设计更为简单，造价也更低。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明实施例1中辊弯变形和实施例2中弯曲轧制的原理结构示意图。
图2为本发明实施例1和对比例1制得的铜镍硅合金带材的横向折弯形貌图。
图3为本发明实施例2和对比例2制得的铜铬锆合金带材的横向折弯形貌图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1铜镍硅合金的带材制备
7025铜合金是铜镍硅合金中应用最广泛的一个品种，本实施例通过下述方法来制备该铜合金带材：
1)热轧，将均匀化后的铜镍硅合金铸锭在900℃经7道次热轧至15mm厚，热轧后合金进行水冷淬火，之后刨去表面氧化皮等缺陷，准备冷轧；
2)冷轧，将热轧后的铜镍硅合金厚板经5次粗轧、5道次精轧，轧至厚度0.8mm的成品厚度；
3)固溶，将冷轧后的铜镍硅合金带材在气垫炉中于940℃固溶，为进一步的时效强化做好组织准备；
4)辊弯变形，将固溶后的铜镍硅合金带材通过直径为0.8mm的硬质合金辊子进行辊弯变形，从而造成加工硬化，弯曲加工道次为10道；具体的，如图1a所示，将铜合金带材2卷绕在硬质合金弯曲辊1上，硬质合金弯曲辊1随带材通过而转动，形成辊弯变形的效果；
5)矫平轧制，将辊弯变形后的铜镍硅合金带材通过冷轧机进行矫平，设置冷轧机辊缝宽度为0.8mm，这样在该加工道次中合金带材厚度不减薄，但可通过轧制恢复带材的平整度；
6)成品退火，将矫平的铜镍硅合金带材在钟罩炉中于530℃进行成品退火4小时，造成时效硬化，进一步显著提高铜合金强度。
经测试，实施例1所得合金成品带材性能为：屈服强度540MPa，抗拉强度650MPa，延伸率14％，电导率42％IACS，纵向与横向折弯R/t＝1不开裂，合金横向折弯形貌如图2a所示(不开裂)。
对比例1
作为与实施例1的比较，通过下述传统方法来制备铜镍硅合金带材。
1)热轧，将均匀化后的铜镍硅合金铸锭在900℃经7道次热轧至15mm厚，热轧后合金进行水冷淬火，之后刨去表面氧化皮等缺陷，准备冷轧；
2)冷轧，将热轧后的铜镍硅合金厚板经5次粗轧、5道次精轧，轧至厚度1mm；
3)固溶，将冷轧后的铜镍硅合金带材在气垫炉中于940℃固溶，为进一步的时效强化做好组织准备；
4)冷轧，将固溶后的铜镍硅合金带材分2道次冷轧至0.8mm厚；
5)成品退火，将冷轧后的铜镍硅合金带材在钟罩炉中于530℃进行成品退火4小时，造成时效硬化，进一步显著提高铜合金强度。
经测试，对比例1所得的合金成品带材性能为：屈服强度510MPa，抗拉强度620MPa，延伸率15％，电导率42％IACS，纵向折弯R/t＝1不开裂，横向折弯R/t＝1开裂，合金的横向折弯形貌如图2b所示(开裂)。
通过上述实施例1和对比例1的结果可以发现，采用本发明提供的方法不仅可以提高合金的强度，而且可以改善合金带材的折弯性能，合金带材纵横向折弯都不开裂，而采用传统方法制备的合金带材由于存在各向异性，所以合金横向塑性较差，横向折弯时会开裂。
实施例2铜铬锆合金的带材制备
18150铜合金是铜铬锆合金中应用最广泛的一个品种，本实施例通过下述方法来制备合金带材：
1)热轧，将均匀化后的铜铬锆合金铸锭在900℃经7道次热轧至15mm厚，热轧后合金进行水冷淬火，之后刨去表面氧化皮等缺陷，准备冷轧；
2)冷轧，将热轧后的铜铬锆合金厚板经6次粗轧、6道次精轧，轧至厚度0.7mm的成品厚度；
3)固溶，将冷轧后的铜镍硅合金带材在气垫炉中于920℃固溶，为进一步的时效强化做好组织准备；
4)弯曲轧制，将固溶后的铜铬锆合金带材通过二辊轧机进行弯曲轧制，上辊直径25mm，下辊直径50mm，两个辊子角速度相同，将合金带材反复进行弯曲轧制8道次；具体的，如图1b所示，将铜合金带材2穿过第一弯曲辊3和第二弯曲辊4之间，第一弯曲辊3和第二弯曲辊4的直径分别为25mm和50mm，两者的角速度相等，实现铜合金带材的弯曲轧制效果；
5)矫平轧制，将弯曲轧制后的铜铬锆合金带材通过冷轧机进行矫平，设置冷轧机辊缝宽度为0.7mm，这样在该加工道次中合金带材厚度不减薄，但通过轧制恢复其带材的平整度；
6)成品退火，将矫平的铜铬锆合金带材在钟罩炉中于460℃进行成品退火6小时，造成时效硬化，进一步显著提高铜合金强度。
经测试，实施例2所得的合金成品带材性能为：屈服强度510MPa，抗拉强度560MPa，延伸率12％，电导率86％IACS，纵向与横向折弯R/t＝1不开裂，合金的横向折弯形貌如图3a所示(不开裂)。
对比例2
作为与实施例2的比较，通过下述传统方法来制备铜铬锆合金带材；
1)热轧，将均匀化后的铜铬锆合金铸锭在900℃经7道次热轧至15mm厚，热轧后合金进行水冷淬火，之后刨去表面氧化皮等缺陷，准备冷轧；
2)冷轧，将热轧后的铜铬锆合金厚板经6次粗轧、6道次精轧轧，轧至厚度1mm；
3)固溶，将冷轧后的铜铬锆合金带材在气垫炉中于920℃固溶，为进一步的时效强化做好组织准备；
4)冷轧，将固溶后的铜铬锆合金带材分3道次冷轧至0.7mm厚；
5)成品退火，将冷轧后的铜铬锆合金带材在钟罩炉中于460℃进行成品退火6小时，造成时效硬化，进一步显著提高铜合金强度。
经测试，对比例2所得的合金带材成品性能为：屈服强度490MPa，抗拉强度530MPa，延伸率12％，电导率86％IACS，纵向折弯R/t＝1不开裂，横向折弯R/t＝1开裂，合金横向的折弯形貌如图3b所示。
通过实施例2和对比例2的对比可以发现，采用本发明提供的方法不仅可以提高铜铬锆的强度，而且可以改善合金带材的横向折弯性能，合金带材纵横向折弯都不开裂，而采用传统方法制备的合金带材由于存在各向异性，所以合金横向塑性较差，折弯时会开裂。
综上，结合实施例和对比例，说明相较于传统的铜合金带材制备方法，采用本发明所设计的铜合金带材加工方法，不仅可以提高合金的强度，而且由于本发明所设计的方法不会造成各向异性，所以铜合金带材的纵向横向折弯性能都很好。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种提高铜带材强度且不造成各向异性的加工方法，其特征在于，包括热轧、冷轧、固溶、辊弯变形或弯曲轧制、矫平轧制、成品退火六个工序，具体如下：
第一步、热轧工序，将均匀化后的铜合金铸锭在800-900℃经5-10道次热轧至10-15mm厚，热轧后合金进行水冷淬火，之后刨去表面氧化皮缺陷，准备冷轧；
第二步、冷轧工序，将热轧后的铜合金厚板经5-10道次冷轧，轧至厚度0.3-0.8mm；
第三步、固溶工序，将冷轧后的铜合金带材在气垫炉中于880-960℃固溶；
第四步、选择辊弯变形或者弯曲轧制对固溶后的铜合金带材进行弯曲操作；
第五步、矫平轧制工序，将辊弯变形或弯曲轧制后的铜合金带材通过二辊冷轧机进行矫平，恢复带材的平整度；
第六步、成品退火工序，将矫平的铜合金带材在钟罩炉中进行成品退火，造成时效硬化，完成加工。
2.根据权利要求1所述的一种提高铜带材强度且不造成各向异性的加工方法，其特征在于，第四步中辊弯变形工序的具体操作为：将固溶后的铜合金带材通过一个直径与合金带材厚度相同的辊子进行辊弯变形加工，从而造成加工硬化，根据不同的加工硬化要求，可采用反复多道辊弯加工。
3.根据权利要求1所述的一种提高铜带材强度且不造成各向异性的加工方法，其特征在于，第四步中弯曲轧制工序的具体操作为：将固溶后的铜合金带材通过二辊轧机轧制，轧机的两个辊缝宽度等于带材厚度，但两个辊子直径不同，辊子旋转的角速度相同，从而使合金带材经过轧制后，产生弯曲变形，但厚度不变，根据不同的加工硬化量需求，对合金带材进行多道弯曲轧制。
4.根据权利要求1所述的一种提高铜带材强度且不造成各向异性的加工方法，其特征在于，第六步中退火的具体参数为：在钟罩炉中于400-550℃进行成品退火2-6小时。
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CN111778463A (zh) * 2020-07-07 2020-10-16 南京嘉业安环保科技有限公司 铜基多元合金的均匀化处理装置

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