CN112553500B - 一种同时提高Cu-Cr-Nb合金强度和导电率的方法 - Google Patents

一种同时提高Cu-Cr-Nb合金强度和导电率的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112553500B
CN112553500B CN202011448825.1A CN202011448825A CN112553500B CN 112553500 B CN112553500 B CN 112553500B CN 202011448825 A CN202011448825 A CN 202011448825A CN 112553500 B CN112553500 B CN 112553500B
Authority
CN
China
Prior art keywords
alloy
temperature
powder
deformation
hot
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011448825.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112553500A (zh
Inventor
刘祖铭
吕学谦
艾永康
李全
任亚科
周旭
卢思哲
曹镔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Central South University
Original Assignee
Central South University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Central South University filed Critical Central South University
Priority to CN202011448825.1A priority Critical patent/CN112553500B/zh
Publication of CN112553500A publication Critical patent/CN112553500A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112553500B publication Critical patent/CN112553500B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C9/00—Alloys based on copper
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/06—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material
    • B22F9/08—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying
    • B22F9/082—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying atomising using a fluid
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/0425—Copper-based alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/08—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of copper or alloys based thereon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/06—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material
    • B22F9/08—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying
    • B22F9/082—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying atomising using a fluid
    • B22F2009/0824—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying atomising using a fluid with a specific atomising fluid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2201/00—Treatment under specific atmosphere
    • B22F2201/10—Inert gases
    • B22F2201/11—Argon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

本发明涉及一种同时提高Cu‑Cr‑Nb合金强度和导电率的方法。所述合金包括0.5～5.0wt.％的Cr、0.5～5.0wt.％的Nb和0.01～1.00wt.％的M，余量为铜。其中，M选自RE、B、P、Si、Ca、Zr、Li、Mg、Ti、Ni、Fe、Sn、Mn等中的至少三种，RE选自Ce、La、Y、Pr、Nd、Sm、Sc中的至少一种。本发明采用粉末成形和形变热处理制备Cu‑Cr‑Nb‑M合金。通过微合金化、快速凝固、快速致密化、形变热处理的共同作用调控合金的显微组织；利用多种强化机制的协同作用，提高合金的强度，改善的合金综合性能。所制备合金中第二相尺寸≤0.50μm，分布均匀，合金的室温抗拉强度≥450MPa，导电率≥80％IACS；高温(700℃)抗拉强度≥95MPa；实现了Cu‑Cr‑Nb合金导电率和强度的同步提高和良好匹配。

Description

一种同时提高Cu-Cr-Nb合金强度和导电率的方法
技术领域
本发明涉及一种同时提高Cu-Cr-Nb强度和导电率的方法，属于铜合金及粉末冶金材料领域。
背景技术
Cu-Cr-Nb合金具有优异的力学性能、导电导热性能及热稳定性，是一种理想的耐高温结构/功能材料，在航空、航天以及核能领域具有良好的应用前景。航空航天、核能等技术的发展，对耐高温铜基结构/功能材料的综合性能提出了更高的要求，除了强度和热稳定性外，对材料的导电率和导热率也提出了更高的要求。但是，在合金熔体凝固过程中，Cr与Nb反应生成高熔点、高硬度金属间化合物Cr2Nb，优先形成粗大的Cr2Nb初生相，且部分Cr2Nb相在局部团聚，导致成分、组织不均匀，给合金性能带来的不利的影响。如何通过控制Cr2Nb相的尺寸、分布，改善显微组织，实现强度和导电率的同步提高和良好匹配是发展高性能Cu-Cr-Nb合金所面临的一大挑战。
目前制备Cu-Cr-Nb合金的方法包括铸造、粉末冶金等方法。
关于铸造法，Dhokey[Dhokey N B，et al.Materials Science Forum,710(2012)143]采用熔炼、铸造制备的Cu-8Cr-4Nb(at.％，以下简称Cu-8Cr-4Nb)合金中Cr2Nb相的尺寸较大，为0.7～7.0μm，且主要在晶界处偏析。Guo[Guo X L,et al.Materials Scienceand Engineering：A,749(2019)281]采用熔炼铸造/均匀化处理/冷轧/热处理制备了Cu-0.47Cr-0.16Nb(wt.％)合金，合金中Cr2Nb相的平均尺寸为0.70μm，室温抗拉强度453MPa。Yang[Yang Y,et al.Materials&Design,156(2018)370]采用微滴铸/变形加工/热处理制备的Cu-2Cr-1.35Nb-0.15Zr(wt.％)合金，Cr2Nb相尺寸为0.3～1μm，合金的室温抗拉强度为385MPa，导电率小于60％IACS。中国专利201710736572.X和201710737221.0公开了一种Cu-Cr-Nb合金的熔炼铸造/热处理制备方法，所制备合金中Cr的百分含量≤1.5wt.％，Nb的百分含量≤0.5wt.％，导电率约为82.5％IACS，硬度约为135HB，没有报道强度数据。Ellis等采用熔体旋铸制备出了第二相及晶粒细小的Cu-Cr-Nb合金条带，所制备Cu-2Cr-1Nb(at.％)合金条带的抗拉强度约为125MPa，导电率小于70％IACS；Cu-4Cr-2Nb(at.％，以下简称Cu-4Cr-2Nb)合金条带的抗拉强度约为275MPa，导电率小于55％IACS[Ellis D L,NASAContract Report 185144]。
关于粉末冶金法，Anderson等[Kenneth Reed Anderson.NASA/CR-2000-209812]采用雾化法制备了Cu-8Cr-4Nb及Cu-4Cr-2Nb合金粉末，然后进行热挤压成形，得到了Cu-8Cr-4Nb及Cu-4Cr-2Nb合金。其中，Cu-8Cr-4Nb合金的第二相平均尺寸为0.93μm，抗拉强度为410MPa，导电率为53.5％IACS；Cu-4Cr-2Nb合金的第二相平均尺寸为0.78μm，抗拉强度为325MPa，导电率为74％IACS。Shukla[Shukla A K,et al.Materials Science andEngineering：A,551(2012)241；Shukla A K,et al.Journal of Alloys and Compounds,577(2013)70]对雾化粉末进行真空热压成形，所制备Cu-8Cr-4Nb合金的抗拉强度约为400MPa，导电率为72.5％IACS；对Cu-8Cr-4Nb合金雾化粉末进行放电等离子烧结成形所制备的合金的抗压强度略高于700MPa，但无抗拉强度及导电率数据。Anderson等研究了时效热处理对热挤压Cu-8Cr-4Nb合金性能的影响，发现时效热处理后，Cu-8Cr-4Nb合金的抗拉强度为426MPa，导电率为54％IACS[Kenneth Reed Anderson.NASA/CR-2000-209812]；Shukla等研究了时效热处理对真空热压Cu-8Cr-4Nb合金性能的影响，发现时效热处理使真空热压Cu-8Cr-4Nb合金的导电率略有提高，但强度基本无变化[Shukla A K,etal.Journal of Alloys and Compounds,590(2014)514]。
为了提高产品的性能，中国专利201910440747.1公开了一种航空发动机燃烧室内衬用耐高温Cu-Cr-Nb-Ce合金的制备方法，主要包括配料、真空感应熔炼、浇铸、电极感应气雾化和粉末包套热挤压，所制备的合金电导率为62～68％IACS，没有室温力学性能数据。Loewenthal等研究了变形加工对Cu-8Cr-4Nb合金性能的影响，发现经变形加工，Cu-8Cr-4Nb合金的强度提高，但是导电率无明显变化[Loewenthal W S,NASA/TM—2008-215213；Ellis D L,NASA/CR-2012-217128；Shukla A K,et al.Materials Science andEngineering：A，577(2013)36]。Anderson[Kenneth Reed Anderson.NASA/CR-2000-209812]进一步以甲苯及甲醇为过程保护剂，对合金粉末进行了球磨，然后采用真空热压及时效热处理制备了Cu-8Cr-4Nb及Cu-4Cr-2Nb合金，所制备合金中第二相尺寸为0.3～0.5μm，Cu-8Cr-4Nb合金的导电率为53.5％IACS，硬度为179HV；Cu-4Cr-2Nb合金的导电率为72.5％IACS，硬度为155HV，无抗拉强度数据报道。
发明内容
本发明针对现有技术的不足提供了一种同时提高Cu-Cr-Nb合金强度和导电率的方法。
本发明一种同时提高Cu-Cr-Nb合金强度和导电率的方法，合金包括Cu、Cr、Nb及M，
其中，Cr的质量百分数(wt.％)为0.5～5.0％，优选为1.5～2.0％；更进一步优选为1.5～1.6％；
其中，Nb质量百分数(wt.％)为0.5～5.0％，优选为1.2～2.0％、进一步优选为1.3-1.35％，
其中，M质量百分数(wt.％)0.01～1.00％，优选为0.05～0.5％，进一步优选为0.15～0.25％；
余量为铜；
所述M选自RE、B、P、Si、Ca、Zr、Li、Mg、Ti、Ni、Fe、Sn、Mn等中的至少三种，优选为RE、B、Ti、Zr、Si中的至少三种；所述合金，是以采用粉末成形和形变热处理制备的Cu-Cr-Nb-M合金；所述产品中第二相尺寸≤0.50μm。
本发明一种同时提高Cu-Cr-Nb合金强度和导电率的方法，采用微合金化调控合金的显微组织，改善合金的性能；微合金化元素为M；所述RE选自Ce、La、Y、Pr、Nd、Sm、Sc中的至少一种。
作为优选方案，所述M由RE、B、Ti组成，其中RE占50wt.％、B占17wt.％、Ti为33wt.％。其中RE由Ce、La、Sc、Y按质量比1:1:1:1组成。
本发明一种同时提高Cu-Cr-Nb合金强度和导电率的方法，所述Cu-Cr-Nb-M合金粉末的制备方法为氩气雾化；所述粉末的成形方法为热挤压、热等静压、真空热压或放电等离子烧结中的一种。优选为热挤压和放电等离子烧结中的一种。
本发明一种同时提高Cu-Cr-Nb合金强度和导电率的方法，合金粉末采用水冷铜坩埚磁悬浮熔炼、气雾化法制备，雾化温度高于1500℃，所述粉末粒径≤160μm，粒径小于75μm粉末的占比大于85％。
本发明一种同时提高Cu-Cr-Nb合金强度和导电率的方法，粉末成形方法为包套挤压，包套挤压时，控制挤压温度为850～1000℃，挤压比5:1～25:1，优选为5:1～15：1，包套材料优选为紫铜；包套挤压前，将粉末装入包套后，并在60～100℃环境中抽真空至真空度高于5×10-1Pa，封焊。
本发明一种同时提高Cu-Cr-Nb合金强度和导电率的方法，对粉末进行热等静压成形，制备合金材料；主要包括如下步骤：
步骤一：对合金粉末进行包套，即将合金粉末装入包套，并在80～125℃环境中抽真空至真空度高于1×10-1Pa，封焊；
步骤二：将粉末包套装入热等静压设备，在惰性气体环境下进行热等静压成形；
步骤三：热等静压成形完毕后，降温、泄压，冷却到室温以后取样，将经热等静压制得的半成品经机械加工去除包套后，得到Cu-Cr-Nb-M铜合金材料；
所述包套材质为铜，热等静压成形时，控制温度为750～1000℃，优选为850～980℃；控制压力为50～250MPa，优选为120～200M；保温时间为30～900min，优选为120～300min。
本发明一种同时提高Cu-Cr-Nb合金强度和导电率的方法，对粉末进行真空热压成形。主要包括以下步骤：
步骤一：将合金粉末装入石墨模具，然后将装有合金粉末的石墨模具放置在真空热压设备中；
第二步：抽真空，以5-15℃/min的速率进行升温，达到预定温度时施加压力，对合金粉末进行真空热压成形；
第三步：热压成形完毕后，降温，当降温到300-500℃时卸压，冷却到室温后取样；整个热压成形过程保持炉内真空度高于1Pa；
所述热压温度为750℃～1000℃，优选为850～980℃；热压压力为30～200MPa，优选为75～150MPa；保温时间为30～300min，优选为30～60min。
本发明一种同时提高Cu-Cr-Nb合金强度和导电率的方法，采用放电等离子烧结法对合金粉末进行烧结成形；主要包括以下步骤：
第一步：将合金粉末装入石墨模具，然后将装有合金粉末的石墨模具放置在放电等离子烧结设备中；
第二步：开启设备，抽真空，升温；按照设定的烧结温度、压力、时间和真空度对粉末进行烧结成形；当真空度达到设定值时，开始加压、升温；其中，当温度升至400～450℃后，以75～125℃/min的升温速率进行升温；
第三步：烧结完成后，降温、泄压，冷却到室温后取样；整个烧结过程保持炉内真空度高于5Pa；
所述烧结温度为750～1000℃，优选为850～980℃；烧结压力为30～100MPa，优选为40～75MPa；保温时间为2～30min，优选为10～20min。
本发明一种同时提高Cu-Cr-Nb合金强度和导电率的方法，结合热处理和变形加工和热处理，对合金进行形变热处理加工；
所述形变热处理方法为冷变形/热处理/冷变形/二次热处理、热变形/热处理/热变形/二次热处理、热变形/热处理/冷变形/二次热处理中的一种；
所述变形方法为轧制、锻造、挤压中的一种或组合，优选为轧制和锻造中的一种或组合；
当变形方法为冷变形方法时，控制总变形量为20～90％、优选为50～90％、进一步优选为75～85％，单次变形量为2～15％，优选2.5～5％；所述冷变形方法包括冷轧、冷锻中的一种；
当变形方法为热变形方法时，所述热变形方式为热轧制、热锻造及热挤压中的一种，控制变形温度为450～650℃、优选为500-550℃；
当热变形方式采用热轧制和热锻造时，控制总变形量为20～90％、优选为50～90％、进一步优选为75～85％，单次变形量为2～15％，优选2.5～5％；
当热变形方式为热挤压时，所用的挤压比为5:1～30：1，优选8：1～25:1，单次挤压比为2:1～9:1，优选为2:1～4:1。
所述热处理温度为420～600℃，优选为470～520℃；所述热处理时间为30～300min，优选60～120min；
所述二次热处理温度为200～400℃，优选为300～380℃；二次热处理时间为5～180min，优选为45～75min。
本发明一种同时提高Cu-Cr-Nb合金强度和导电率的方法，所述合金的室温抗拉强度≥450MPa，室温导电率≥83.5％IACS；700℃高温的抗拉强度≥95MPa。经优化后，所得产品的室温抗拉强度≥495MPa，室温导电率≥83.7％IACS。
本发明的优点和积极效果：
(1)本发明提出了一种向Cu-Cr-Nb合金中添加适量微合金化元素M，采用粉末成形、热处理和变形加工，制备Cu-Cr-Nb-M合金的方法；通过微合金化、快速凝固、快速致密化、形变热处理的共同作用，实现合金显微组织的精细调控，获得尺寸细小、分布均匀的多尺度第二相，以及位错缠结和胞状亚晶的基体显微组织；利用多种强化机制的协同作用，明显提高合金的强度。通过成分优化和显微组织调控，实现Cu-Cr-Nb合金导电率和强度的同步提高和良好匹配，工艺方法简单，所制备合金具有高强、高导的特点。
(3)本发明采用微合金化、快速凝固和快速致密化调控合金显微组织，实现了合金第二相尺寸的有效调控，明显减小合金第二相的尺寸，避免了Fe、O、C等杂质的引入。
(4)本发明结合热处理和变形加工，采用形变热处理调控合金显微组织，可实现合金中第二相尺寸和分布的调控，使小尺寸第二相的数量增多，大尺寸第二相的分布更加均匀；与此同时，还能实现基体显微组织的有效调控。
(5)本发明利用沉淀强化、细晶强化、亚组织强化以及位错强化协同作用，明显提高了合金的强度，改善合金的性能。
(6)本发明采用优化合金成分和调控合金显微组织的共同作用，改善合金综合性能，可实现在不降低合金强度，甚至提高合金强度的前提下，大幅提高合金的导电率；所制备合金的室温抗拉强度≥450MPa，室温导电率≥80％IACS，高温(700℃)抗拉强度≥95MPa；其力学性能和导电性能获得了意想不到的提升效果，实现了Cu-Cr-Nb合金导电率和强度的同步提高和良好匹配，且工艺方法简单。
综上所述：本发明利用微合金化、快速凝固、快速致密化、形变热处理的共同作用，获得了尺寸细小、分布均匀的多尺度第二相，以及位错缠结和胞状亚晶的基体显微组织；通过成分优化和显微调控，实现了Cu-Cr-Nb合金导电率和强度的同步提高和良好匹配，工艺方法简单，所制备合金具有高强、高导的特点。
附图说明
附图1～2实施例1制备合金的SEM显微组织
附图3～4实施例1制备合金的TEM显微组织
附图5～6实施例2制备合金的SEM显微组织
附图7实施例2制备合金的TEM显微组织
附图8～9实施例3制备合金的SEM显微组织
附图10～11实施例3制备合金的TEM显微组织
附图12～13对比例1制备合金的显微组织
附图14对比例3制备合金的显微组织
具体实施方式
下面结合附图、附表和具体实施方式对本发明作进一步说明。
实施例1：合金A-1的制备(成分如表1中A所示)
步骤一、采用水冷铜坩埚磁悬浮熔炼、气雾化法制备合金粉末A(粉末的成分如表中A-1所示，其中M为RE、B、Ti的混合物，其中RE为Ce、La、Sc、Y的混合物，质量均为12.5％，B的质量百分比为17％，余量为Ti)，熔炼温度为1650±30℃，所制备粉末中位径为33.7μm，粒径小于75μm的粉末的占比为86％。
步骤二、采用放电等离子烧结制备合金
将合金粉末装入石墨模具，然后将装有合金粉末的石墨模具放置在放电等离子烧结设备中；开启设备，抽真空至设定值后加载压力并升温，按照设定的烧结温度、压力、时间和真空度对粉末进行烧结成形，当温度升至400℃后，以100℃/min的升温速率进行程序升温，当温度达到预定温度后，对粉末进行烧结成形，烧结温度为880℃，烧结压力为60MPa，保温时间为10min；烧结完成后，降温、泄压，冷却到室温后取样。整个烧结过程保持炉内真空度高于5Pa。
步骤三、形变热处理
形变热处理方式为冷变形/热处理/冷变形/二次热处理，变形方式为轧制，变形温度为室温，初次变形的总变形量为40％，单次变形量为2.5％，热处理温度为475℃，时间为120min，二次变形的总变形量为40％，单次变形量为2.5％，二次热处理的温度为350℃，时间为60min。
所制备合金的显微组织如图1-4，由图可知，合金中多尺度第二相尺寸细小，分布均匀，基体形成了位错缠结的显微组织。
所制备合金的室温抗拉强度为498MPa，高温(700℃)抗拉强度为102MPa，室温导电率为89.5％IACS。
实施例2：合金A-2的制备(成分如表1中A所示)
步骤一、粉末制备，同实施例1；
步骤二、粉末成形，同实施例1；
步骤三、形变热处理
形变热处理方式为热变形/热处理/热变形/二次热处理，变形方式为轧制，变形温度为600℃，初次变形的总变形量为40％，单次变形量为2.5％，热处理温度为475℃，时间为120min，二次变形的总变形量为40％，单次变形量为2.5％，二次热处理温度为350℃，时间为60min。
所制备合金的显微组织如图5-7，由图可知，合金中多尺度第二相尺寸细小，分布均匀，基体形成了胞状亚晶的显微组织。
所制备合金的室温抗拉强度为519MPa，高温(700℃)抗拉强度为117MPa，室温导电率为85.9％IACS。
实施例3：合金A-3的制备(成分如表1中A所示)
步骤一、粉末制备，同实施例1；
步骤二、粉末成形，同实施例1；
步骤三、形变热处理
形变热处理方式为热变形/热处理/冷变形/二次热处理，变形方式为轧制，热变形变形温度为600℃，冷变形变形温度为室温，初次变形的总变形量为40％，单次变形量为2.5％，热处理温度为475℃，时间为120min，二次变形的总变形量为40％，单次变形量为2.5％，二次热处理温度为350℃，时间为60min。
所制备合金的显微组织如图7-11，由图可知，合金中多尺度第二相尺寸细小、分布均匀，基体形成了胞状亚晶的显微组织。
所制备合金的室温抗拉强度为550MPa，高温(700℃)抗拉强度为123MPa，室温导电率为83.7％IACS。
实施例4：合金A-4的制备(成分如表1中A所示)
步骤一、粉末制备，同实施例1；
步骤二、粉末成形，同实施例1；
步骤三、形变热处理
形变热处理方式为热变形/热处理/冷变形/二次热处理，变形方式为锻造，热变形变形温度为600℃，冷变形变形温度为室温，初次变形的总变形量为40％，单次变形量为5％，热处理温度为475℃，时间为120min，二次变形的总变形量为40％，单次变形量为5％，二次热处理的温度为350℃，时间为60min。
所制备合金的室温抗拉强度为510MPa，高温(700℃)抗拉强度为104MPa，室温导电率为87.9％IACS。
实施例5：合金A-5的制备(成分如表1中A所示)
步骤一、粉末制备，同实施例1；
步骤二、粉末包套热挤压成形；
将粉末装入紫铜包套，在95℃环境中抽真空至真空度高于5×10-1Pa，封焊；然后对粉末进行热挤压成形，挤压温度为900℃，挤压比为12:1。
步骤三、形变热处理，同实施例3；
所制备合金的室温抗拉强度为565MPa，高温(700℃)抗拉强度为121MPa，室温导电率为82.7％IACS。
实施例6合金B-1的制备。
合金成分如表1中B所示，合金制备方法和合金形变热处理同实施例3。
所制备合金的室温抗拉强度为603MPa，高温(700℃)抗拉强度为135MPa，室温导电率为80.3％IACS。
对比例1合金C的制备。
合金成分如表1中C所示，合金制备方法同实施例3。
所制备合金的显微组织如图12～13，由图可知，与合金A相比，合金C中第二相尺寸较大。
所制备合金的室温抗拉强度为486MPa，高温(700℃)抗拉强度为89MPa，室温导电率为84.3％IACS。
对比例2合金A-6的制备
步骤一、粉末制备，同实施例1；
步骤二、粉末成形，同实施例1；
所制备合金的室温抗拉强度为335MPa，高温(700℃)抗拉强度为67MPa，室温导电率为67.8％IACS。合金导电率较高，但强度较低。
对比例3合金A-7的制备，(成分如表1中A所示)
步骤一、粉末制备，同实施例1；
步骤二、粉末成形，同实施例1；
步骤三、合金热处理
热处理温度为475℃，热处理时间为120min。
所制备合金的显微组织如图14，由图可知，与合金A-3相比相比，合金A-6中第二相的分布均匀性较差。
所制备合金的室温抗拉强度为385MPa，高温(700℃)抗拉强度为81MPa，室温导电率为90.3％IACS。合金导电率较高，但强度较低。
对比例4合金A-8的制备，(成分如表1中A所示)
步骤一、粉末制备，同实施例1；
步骤二、粉末成形，同实施例1；
步骤三、合金冷变形加工
变形方式为轧制，变形温度为室温，总变形量为80％，单次变形量为2.5％。
所制备合金的室温抗拉强度为580MPa，高温(700℃)抗拉强度为105MPa，室温导电率为65％IACS。合金的强度较高，但导电率较低。
对比例5合金A-9的制备，(成分如表1中A所示)
步骤一、粉末制备，同实施例1；
步骤二、粉末成形，同实施例1；
步骤三、合金热变形加工
变形方式为轧制，变形温度为600℃，总变形量为80％，单次变形量为2.5％。
所制备合金的室温抗拉强度为565MPa，高温(700℃)抗拉强度为125MPa，室温导电率为70％IACS。合金的强度较高，但导电率较低。
经本发明探索发现，当所制备合金的室温导电率大于89％IACS时，为了提高产品的强度，采用的形变热处理方式优选为冷变形/热处理/冷变形/二次热处理。
经本发明探索发现，当所制备合金的室温导电率大于87％IACS、且室温抗拉强度大于等于505MPa时，为了提高产品的综合性能，采用的形变热处理方式优选为热变形/热处理/冷变形/二次热处理。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。
表1
Figure BDA0002831564140000101
注：ICP-OES检测限为0.001％

Claims (9)

1.一种同时提高Cu-Cr-Nb合金强度和导电率的方法，其特征在于：合金包括Cu、Cr、Nb及M，
其中，Cr的质量百分数为1.5～2.0%；
其中，Nb质量百分数为1.3-1.35%，
其中，M质量百分数0.05~0.5%，
余量为铜；
所述M选自RE、B、P、Si、Ca、Zr、Li、Mg、Ti、Ni、Fe、Sn、Mn等中的至少三种；
所述合金，是采用粉末成形和形变热处理制备的Cu-Cr-Nb-M合金；
所述产品中第二相尺寸≤0.50μm；
所述形变热处理方法为冷变形/热处理/冷变形/二次热处理、热变形/热处理/热变形/二次热处理、热变形/热处理/冷变形/二次热处理中的一种；
所述变形方法为轧制、锻造、挤压中的一种或组合，
当变形方法为冷变形时，控制总变形量为75~85%，单次变形量为2~15%；所述冷变形方法包括冷轧、冷锻中的一种；
当变形方法为热变形时，所述热变形方式为热轧制、热锻造及热挤压中的一种，控制变形温度为450~650℃；
当热变形方式采用热轧制和热锻造时，控制总变形量为75~85%，单次变形量为2~15%；
当热变形方式为热挤压时，所用的挤压比为5:1~30：1，单次挤压比为2:1~9:1；
所述热处理温度为420~600℃；所述热处理时间为30～300min；
所述二次热处理温度为300～380℃；二次热处理时间为5～180min。
2.根据权利要求1所述的一种同时提高Cu-Cr-Nb合金强度和导电率的方法，其特征在于：采用微合金化调控合金的成分、显微组织，改善合金的性能；微合金化元素为M；所述RE选自 Ce、La、Y、Pr、Nd、Sm、Sc中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种同时提高Cu-Cr-Nb合金强度和导电率的方法，其特征在于：所述Cu-Cr-Nb-M合金粉末的制备方法为氩气雾化；所述粉末的成形方法为热挤压、热等静压、真空热压或放电等离子烧结中的一种。
4.根据权利要求3所述的一种同时提高Cu-Cr-Nb合金强度和导电率的方法，其特征在于：合金粉末采用水冷铜坩埚磁悬浮熔炼、气雾化法制备，雾化温度高于1500℃，所述粉末粒径≤160μm，粒径小于75μm粉末的占比大于85%。
5.根据权利要求3所述的一种同时提高Cu-Cr-Nb合金强度和导电率的方法，其特征在于：粉末成形方法为包套挤压，包套挤压时，控制挤压温度为850～1000℃，挤压比5:1～25:1，包套材料优选为紫铜；包套挤压前，将粉末装入包套，然后在60～100℃环境中抽真空至真空度高于5×10-1Pa，封焊。
6.根据权利要求3所述的一种同时提高Cu-Cr-Nb合金强度和导电率的方法，其特征在于：对粉末进行热等静压成形，制备合金材料；主要包括如下步骤：
步骤一：对合金粉末进行包套，即将合金粉末装入包套，并在80～125℃环境中抽真空至真空度高于1×10-1Pa，封焊；
步骤二：将粉末包套装入热等静压设备，在惰性气体环境下进行热等静压成形；
步骤三：热等静压成形完毕后，降温、泄压，冷却到室温以后取样，将经热等静压制得的半成品机械加工去除包套后，得到Cu-Cr-Nb-M铜合金材料；
所述包套材质为铜，热等静压成形时控制温度为850～980℃；控制压力为50～250MPa；保温时间为30～900min。
7.根据权利要求3所述的一种同时提高Cu-Cr-Nb合金强度和导电率的方法，其特征在于：对粉末进行真空热压成形；主要包括以下步骤：
步骤一：将合金粉末装入石墨模具，然后将装有合金粉末的石墨模具放置在真空热压设备中；
第二步：抽真空，以5-15℃/min的速率升温，达到预定温度时施加压力，对合金粉末进行真空热压成形；
第三步：热压成形完毕后，降温，当降温到300-500℃时卸压，冷却到室温后取样；整个热压成形过程保持炉内真空度高于1Pa；
其中，热压温度为850~980℃；热压压力为30～200MPa，保温时间为30～300min。
8.根据权利要求3所述的一种同时提高Cu-Cr-Nb合金强度和导电率的方法，其特征在于：采用放电等离子烧结法对合金粉末进行烧结成形；主要包括以下步骤：
第一步：将合金粉末装入石墨模具，然后将装有合金粉末的石墨模具放置在放电等离子烧结设备中；
第二步：开启设备，抽真空，升温；按照设定的烧结温度、压力、时间和真空度对粉末进行烧结成形；当真空度达到设定值时，开始加压、升温；其中，当温度升至400～450℃后，以75～125℃/min的升温速率进行升温；
第三步：烧结完成后，降温、泄压，冷却到室温后取样；整个烧结过程保持炉内真空度高于5Pa；
所述烧结温度为850～980℃；烧结压力为30～100MPa；保温时间为2～30min。
9.根据权利要求1-8任意一项所述的一种同时提高Cu-Cr-Nb合金强度和导电率的方法：所述合金的室温抗拉强度≥450MPa，室温导电率≥83.5%IACS；700℃高温的抗拉强度≥95MPa。
CN202011448825.1A 2020-12-11 2020-12-11 一种同时提高Cu-Cr-Nb合金强度和导电率的方法 Active CN112553500B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011448825.1A CN112553500B (zh) 2020-12-11 2020-12-11 一种同时提高Cu-Cr-Nb合金强度和导电率的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011448825.1A CN112553500B (zh) 2020-12-11 2020-12-11 一种同时提高Cu-Cr-Nb合金强度和导电率的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112553500A CN112553500A (zh) 2021-03-26
CN112553500B true CN112553500B (zh) 2022-04-05

Family

ID=75061549

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011448825.1A Active CN112553500B (zh) 2020-12-11 2020-12-11 一种同时提高Cu-Cr-Nb合金强度和导电率的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112553500B (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113278864B (zh) * 2021-04-30 2022-02-22 西安理工大学 一种高强高导二硼化钛铜基复合材料形变强韧化方法
CN113510245B (zh) * 2021-09-14 2021-12-07 陕西斯瑞新材料股份有限公司 一种利用等离子旋转电极气雾化制备CuCrNbZr合金粉末的方法
CN114107713B (zh) * 2021-10-13 2022-08-23 陕西斯瑞新材料股份有限公司 一种耐高温CuCrNb合金的制备方法
CN114293064B (zh) * 2022-03-09 2022-07-26 北京科技大学 高强高导耐高温Cu-Cr-Nb合金及其制备方法
CN115125413B (zh) * 2022-06-30 2023-08-01 宁波金田铜业(集团)股份有限公司 一种综合性能优异的铜合金带材及其制备方法
CN115351285B (zh) * 2022-10-21 2023-01-17 陕西斯瑞新材料股份有限公司 一种基于EIGA工艺制备增材制造用CuCrNb粉末的方法
CN117655326A (zh) * 2023-10-30 2024-03-08 陕西斯瑞新材料股份有限公司 一种利用热等静压近净成型Cu-Cr-Nb燃烧室内壁的方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63118032A (ja) * 1986-11-05 1988-05-23 Mitsubishi Electric Corp 真空しや断器用接点材料
CN103201059A (zh) * 2010-08-03 2013-07-10 普兰西电力技术股份公司 Cu-Cr材料的粉末冶金制造方法
CN110872659A (zh) * 2018-08-31 2020-03-10 中南大学 一种高性能铜合金
CN110872658A (zh) * 2018-08-31 2020-03-10 中南大学 一种高性能铜合金及其粉末制备方法
CN110872657A (zh) * 2018-08-31 2020-03-10 中南大学 一种熔铸法制备的高性能铜合金
CN111363948A (zh) * 2020-04-24 2020-07-03 浙江大学 一种高强高导铜合金的高效短流程制备方法
CN111440963A (zh) * 2020-05-09 2020-07-24 中南大学 一种高耐热高导电CuCrNb系铜合金及其制备方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63118032A (ja) * 1986-11-05 1988-05-23 Mitsubishi Electric Corp 真空しや断器用接点材料
CN103201059A (zh) * 2010-08-03 2013-07-10 普兰西电力技术股份公司 Cu-Cr材料的粉末冶金制造方法
CN110872659A (zh) * 2018-08-31 2020-03-10 中南大学 一种高性能铜合金
CN110872658A (zh) * 2018-08-31 2020-03-10 中南大学 一种高性能铜合金及其粉末制备方法
CN110872657A (zh) * 2018-08-31 2020-03-10 中南大学 一种熔铸法制备的高性能铜合金
CN111363948A (zh) * 2020-04-24 2020-07-03 浙江大学 一种高强高导铜合金的高效短流程制备方法
CN111440963A (zh) * 2020-05-09 2020-07-24 中南大学 一种高耐热高导电CuCrNb系铜合金及其制备方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Microstructural size effects in high-strength high-conductivity Cu-Cr-Nb alloys;Anderson, KR和Groza, JR;《Metallurgical And Materials Transactions A-physical Metallurgy And Materials Science》;20010531;全文 *
粉末冶金Cu-Cr-Zr合金的形变热处理组织及性能;刘祖铭，吕学谦等;《粉末冶金材料科学与工程》;20190831;第24卷(第4期);385-390 *
高强高导Cu_Cr_RE合金工艺及性能的优化;郭守晖;《中国优秀硕士学位论文全文数据库·工程科技Ⅰ辑》;20061115;B022-17 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112553500A (zh) 2021-03-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112553500B (zh) 一种同时提高Cu-Cr-Nb合金强度和导电率的方法
CN108103381B (zh) 一种高强度FeCoNiCrMn高熵合金及其制备方法
CN110218897B (zh) 一种航空发动机燃烧室内衬用耐高温Cu-Cr-Nb-Ce合金的制备方法
CN110066942B (zh) 一种超高强高韧高导电铜镍锡合金及其制备方法
CN106853535A (zh) 一种高品质γ‑TiAl球形粉末的制备方法
CN101586198A (zh) 一种高强度高导电性氧化铝弥散强化铜的制备工艺
CN110872659B (zh) 一种高性能铜合金
CN109207766B (zh) 一种组织可控高铝含量Cu-Al2O3纳米弥散铜合金制备工艺
CN100588728C (zh) 一种用WCr合金粉末制造CuWCr复合材料的方法
CN101531149A (zh) 一种超长Cu-Cr-Zr合金接触线的制备方法
CN105385883B (zh) 一种电触头材料
CN113136505A (zh) 一种高强韧耐热铝合金电枢材料及其制备方法
CN115522095B (zh) 石墨烯-铜基复合材料的原位界面改性方法
CN105506329A (zh) 一种高Al2O3浓度Cu-Al2O3纳米弥散强化合金的制备方法
CN115044794B (zh) 一种具有优异性能的Cu-(Y2O3-HfO2)合金及其制备方法
CN105525130A (zh) 一种铜铬电触头材料及其制备方法
CN105463238A (zh) 一种铜铬电触头材料及其制备方法
CN109897982B (zh) 高气密低自由氧含量纳米弥散铜合金及短流程制备工艺
CN114774865A (zh) 一种铝钪合金靶材及其制备方法
CN114535576A (zh) 一种含Al难熔高熵合金及其制备方法
CN112553499B (zh) 一种CuCrZr/WC复合材料、制备方法及其应用
CN109518037A (zh) 一种SPS制备的Ti-18Mo-xSi合金材料及其制备方法
CN111172422B (zh) 氧化铝弥散强化铜基复合材料的制备方法
CN114959379B (zh) 一种适用于激光选区熔化的耐热高强铝合金及其制备方法
CN110257664B (zh) 一种铜基复合材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant