CN111360262B - 一种铜基复合材料的塑性成形方法及铜基复合材料板带材的生产方法 - Google Patents

一种铜基复合材料的塑性成形方法及铜基复合材料板带材的生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种铜基复合材料的塑性成形方法及铜基复合材料板带材的生产方法，属于金属制品的塑性加工领域。该铜基复合材料的塑性成形方法包括以下步骤：将圆棒形铜基复合材料在温度为900‑1000℃下先挤压成方棒料，然后将方棒料轧制或锻造成板带材。将圆棒形铜基复合材料直接进行塑性成形(锻造或轧制)时，材料受力由点变化到面，容易发生受力不均的现象，由此导致材料内部应力场和应变场分布不均匀，容易出现裂纹。本发明提供的铜基复合材料的塑性成形方法，将圆棒形铜基复合材料挤压成方棒料，方棒料在塑性变形时材料内部的应力场和应变场分布相对均匀，制品不易开裂，可有效解决圆棒形铜基复合材料难以进行塑性变形的问题。

Description

一种铜基复合材料的塑性成形方法及铜基复合材料板带材的 生产方法
技术领域
本发明属于金属制品的塑性加工领域，具体涉及一种铜基复合材料的塑性成形方法及铜基复合材料板带材的生产方法。
背景技术
铜基复合材料是在铜及其合金中加入颗粒、晶须、纤维等增强相得到的复合材料。铜基复合材料在保持铜基体自身特性的同时，其室温强度、高温强度、耐磨性能等性能也得到一定程度的提高，因而在各类电阻焊电极、大电流焊接电缆、大规模集成电路引线框架等领域得到广泛应用。
铜基复合材料的制备工艺有粉末冶金法、热压法、真空铸造法、反应喷射沉积法等，粉末冶金法因具有原料混料均匀、烧结温度低、制备工艺简单等优点，已成为铜基复合材料的主要制备方法之一。为达到基本一致的压制效果，粉末冶金法所得烧结体通常制成圆柱体，而且为了进一步提高致密度，需进一步热挤压来得到铜基复合材料棒材；由于热挤压过程中的变形量较大，为使挤压过程各处的受力均匀，热挤压一般采用圆形模孔，即铜基复合材料棒材一般为圆棒形铜基复合材料形式。
然而，铜基复合材料由于内部存在硬质增强相，通常塑性较差，圆棒形铜基复合材料在后续塑性变形(如轧制或锻造)过程中容易出现裂纹等缺陷，导致不能得到合格成品。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铜基复合材料的塑性成形方法，以解决现有铜基复合材料在后续塑性变形加工中容易出现开裂的问题。
本发明的第二个目的在于提供一种铜基复合材料板带材的生产方法，以解决现有方法生产的板带材容易出现开裂的问题。
为实现上述目的，本发明的铜基复合材料的塑性成形方法的技术方案是：
一种铜基复合材料的塑性成形方法，包括以下步骤：将圆棒形铜基复合材料在温度为900-1000℃下先挤压成方棒料，然后将方棒料轧制或锻造成板带材。
将圆棒形铜基复合材料直接进行塑性成形(锻造或轧制)时，材料受力由点变化到面，容易发生受力不均的现象，由此导致材料内部应力场和应变场分布不均匀，容易出现裂纹。本发明提供的铜基复合材料的塑性成形方法，将圆棒形铜基复合材料挤压成方棒料，方棒料在塑性变形时材料内部的应力场和应变场分布相对均匀，制品不易开裂，可有效解决圆棒形铜基复合材料难以进行塑性变形的问题。
为简化圆棒形铜基复合材料的制备工艺，优选的，所述圆棒形铜基复合材料为粉末冶金所得烧结体经热挤压后制得。圆棒形铜基复合材料也可利用现有铜基复合材料的制备工艺得到或直接使用成品，如热压法等。
为简化方棒料的挤压过程，优选的，所述挤压成方棒料是利用上模对放置在下模中的圆棒料进行加压变形。该处的上模、下模合模后能够形成方形模腔即可，方形可以为正方形或长方形。为进一步简化方棒料的挤压过程，使圆棒料的变形量减小且达到变形基本均匀的效果，优选的，下模的模腔为开口朝上的V形，上模的模腔为与下模模腔相对的开口朝下的V形，上模、下模合模后形成方形模腔。为更进一步优化方棒料的挤压过程，使挤压过程中的受力和变形更加均匀，减少缺陷的产生，优选的，所述圆棒形铜基复合材料的圆形截面的面积为方棒料的方形截面的面积的90-100％。
本发明的铜基复合材料板带材的生产方法所采用的技术方案是：
一种铜基复合材料板带材的生产方法，包括以下步骤：
1)将制备铜基复合材料的原料粉混匀，经压制和烧结制备烧结体，将烧结体进行热挤压得到圆棒形铜基复合材料；
2)将圆棒形铜基复合材料在900-1000℃下先挤压成方棒料，然后将方棒料轧制或锻造成板带材。
步骤1)为粉末冶金法制备圆棒形铜基复合材料的工艺过程，其可参考相关现有技术，制备铜基复合材料的原料粉一般包括基体和增强相粉末，增强相可选择内氧化或外加法两种方式进行掺杂，压制和烧结既可选择热压一体化工艺，也可选择先压制后烧结的工艺过程。
本发明的铜基复合材料板带材的生产方法，使轧制或锻造过程中的应力分布更加均匀，可减小开裂现象的发生，提高铜基复合材料板带材的生产质量。
挤压过程中的具体方式优选方案与上述相同，在此不再赘述。
附图说明
图1为本发明实施例板带材的生产方法中圆棒料挤压示意图；
图2为现有技术中将铜基复合材料圆棒料直接进行轧制变形所得板材的效果图；
图3为利用本发明实施例的板带材的生产方法所得制品的效果图；
图4为本发明实施例板带材的生产方法中挤压成方棒料的另一实施情形示意图；
图中，1-圆棒料，2-下模，3-上模。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
本发明的铜基复合材料板带材的生产方法的具体实施例，以氧化铝颗粒弥散强化铜基复合材料为例进行详细说明，其具体包括以下步骤：
1)取以下原料：水雾法生产的Cu-Al合金粉，其铝含量为0.35wt％，粒度为50-100微米；氧化剂Cu2O粉末，粒度为50-100微米，纯度≥99.5wt％；所有原料中，Cu2O的重量百分含量为3.30％，余量为Cu-Al合金粉；将Cu-Al合金粉和Cu2O粉末在V型混粉机内充分混合3小时，得到混合粉末。
2)将混合粉末置于石墨模具内，然后放入气氛保护高温烧结炉内进行烧结内氧化，保护气氛为氮气，烧结内氧化的温度为950℃，保温时间为2h，烧结内氧化过程施加的压力为60MPa，保压时间为2h，完成固溶Al的内氧化和粉末混合体的致密化，制得烧结体，烧结体直径为80mm；
3)将烧结体加热至950℃，在压力机上进行热挤压，挤压比为16，得到直径为20mm的圆棒料，之后空冷至室温。
4)将圆棒料加热至900℃，然后放入边长为18mm的V型座(下模)中，再利用与下模相配合的上模对圆棒料加压(如图1所示)，将圆棒料挤压成方棒料，得到边长为18mm的方形棒料。
5)将方形棒料进行后续轧制变形，即经小型四辊冷轧机多道次轧制成宽50mm×厚2mm的板材，变形量为70％(冷轧，室温)。
利用步骤3)得到圆棒料不经步骤4)的处理，直接按步骤5)进行后续轧制变形得到轧制板件的如图2所示，可以看出，由于颗粒增强铜基复合材料的塑性较差，圆棒料直接经轧制变形加工时，由于内部应力场分布不均匀，板材的边缘容易出现开裂现象，这也将直接限制相关板材在电器行业制造断路器、触头导电板、低压空气开关导电配件等下游产品中应用。
利用实施例的方法得到的板材的外观如图3所示，由图3可以看出，将圆棒料挤压成方棒料后，方棒料在塑性变形材料内部应力场和应变场分布相对均匀，所得板材的外观良好，边缘不易开裂，因而利用本发明的方法可有效解决铜基复合材料圆棒料难以塑性变形的问题。
在本发明的铜基复合材料板带材的生产方法的其他实施例中，圆棒形铜基复合材料可以由液相烧结法或热压法制得。挤压成方棒料所使用的模具为可以其他形式，如下模具有方形凹腔，上模为无模腔的冲头形式；或者下模的模腔为开口朝上的平底U形，上模的模腔为开口朝下的平底U形，上模、下模合模后形成方形模腔(如图4所示)。
本发明的铜基复合材料的塑性成形方法的实施例，采用以下步骤：
1)将直径为20mm的圆棒形铜基复合材料加热至900℃，然后放入边长为18mm的V型座(下模)中，再利用与下模相配合的上模对圆棒料加压，将圆棒料挤压成方棒料，得到边长为18mm的方形棒料。
2)将得到的方形棒料进行轧制变形，采用小型四辊冷轧机在室温下(约20℃)多道次轧制，最终得到宽50mm×厚2mm的长条状板材，变形量约为70％。

Claims (2)

1.一种铜基复合材料板带材的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将制备铜基复合材料的原料粉混匀，经压制和烧结制备烧结体，将烧结体进行热挤压得到圆棒形铜基复合材料；
2）将圆棒形铜基复合材料在900-1000℃下先挤压成方棒料，然后将方棒料轧制或锻造成板带材；
所述铜基复合材料为氧化铝颗粒弥散强化铜基复合材料；
步骤1）中，所述原料粉由如下组分组成：重量百分含量为3.30%的Cu2O，余量为Cu-Al合金粉；Cu-Al合金粉中铝含量为0.35wt%；
步骤2）中，所述圆棒形铜基复合材料的圆形截面的面积为方棒料的方形截面的面积的90-100%；所述挤压成方棒料是利用上模对放置在下模中的圆棒料进行加压变形；下模的模腔为开口朝上的V形，上模的模腔为与下模模腔相对的开口朝下的V形，上模、下模合模后形成方形模腔。
2.如权利要求1所述的铜基复合材料板带材的生产方法，其特征在于，所述圆棒形铜基复合材料为粉末冶金所得烧结体经热挤压后制得。
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