CN113458307A - 一种铝铜靶材加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及靶材加工技术领域，公开了一种铝铜靶材加工方法，包括以下步骤：(1)将原始铸锭加热到合适的温度，并保温；(2)对加热后的原始铸锭沿高度方向镦粗；(3)对镦粗后的铸锭沿径向进行锻打拔长；(4)重复步骤(2)、(3)至少2次，且每重复一次后均对铸锭进行一次中间退火处理；(5)采用模锻方式进行锻打，得到成品毛坯；(6)对成品毛坯进行最终退火处理，得到铝铜靶材；其中，步骤(3)中每次锻打后转动相应角度，进行圆周锻打，使其锻打后的横截面接近圆形。采用本发明加工铝铜靶材，不仅可以改善组织的不均匀，也可保证靶材组织的均匀性，有效的细化晶粒。同时不用过多的去除侧边材料，提高了材料利用率，降低了成本。

Description

一种铝铜靶材加工方法
技术领域
本发明涉及靶材加工技术领域，特别是涉及一种铝铜靶材加工方法，尤其是涉及Al-0.5wt.％Cu靶材的热加工方法。
背景技术
目前，金属靶材热加工方法主要有：锻造、轧制或锻造+轧制等方法，其中现有的锻造均采用三向锻造，即轴向(Z向)和径向(Y、Z向)，由于圆铸锭锻打成方锭再进行三个方向镦粗和拔长，最后再打成圆锭过程中会存在棱角处和其他位置处金属变形的不均匀；轧制会因为高度的限制(太高会出现失稳，直径太大会导致损耗多)，导致轧制变形不充分，不能有效的细化晶粒；锻造+轧制工艺较复杂，不仅影响生产效率，而且设备投资较大，大型轧机1000吨以上一般需要几百上千万，锻造设备一般几十万到上百万，此种靶材生产方法设备投入大。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种铝铜靶材加工方法，保证靶材组织的均匀性，有效细化晶粒，降低成本。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种铝铜靶材加工方法，包括以下步骤：
(1)将原始铸锭加热到合适的温度，并保温；
(2)对加热后的原始铸锭沿高度方向镦粗；
(3)对镦粗后的铸锭沿径向进行锻打拔长；
(4)重复步骤(2)、(3)至少2次，且每重复一次后均对铸锭进行一次中间退火处理；
(5)采用模锻方式进行锻打，得到成品毛坯；
(6)对成品毛坯进行最终退火处理，得到铝铜靶材；
其中，步骤(3)中每次锻打后转动相应角度，进行圆周锻打，使其锻打后的横截面接近圆形。
优选地，在所述步骤(1)中，原始铸锭的加热温度为100-300℃，保温时间为30-60min。
优选地，在所述步骤(2)或(4)中，镦粗后的铸锭的高度为h，直径为d，d/h＜3，且镦粗的单道次变形量为10-20％；
若镦粗过程中道次变形量少于10％需回炉进行加热，且加热温度为150-250℃，保温时间为10-30min。
优选地，在所述步骤(3)或(4)中，每次锻打后转动铸锭的角度为5-15°，锻打变形量5-10％；
若拔长道次变形量低于5％时需回炉进行加热，且加热温度为150-250℃，保温时间为10-30min。
优选地，锻打拔长后的铸锭的尺寸与原始铸锭的尺寸相同，其高度为H，直径为D，H/D＜3。
优选地，在所述步骤(4)中，重复一次步骤(2)、(3)为一轮镦粗与拔长，一轮镦粗与拔长时间少于或等于20min。
优选地，在重复步骤(2)、(3)过程中，若铸锭温度低于100℃需要回炉重新加热，且加热温度为150-250℃，保温时间为10-30min。
优选地，中间退火处理的退火温度为150-250℃，保温20-40min；最终退火处理的退火温度为200-300℃，保温30-60min。
优选地，在所述步骤(6)中，锻打道次锻打变形量15％以上，总变形量60-65％。
优选地，在所述步骤(6)中，模锻采用大吨位锻造机进行锻造，锻造的模具包括底座和可拆卸地连接在所述底座上的限位模，所述限位模为环形，且其高度与成品靶材的高度相同，其内径与成品靶材的直径相同或大于成品靶材直径2-3毫米。
本发明实施例一种铝铜靶材加工方法，与现有技术相比，其有益效果在于：通过在对镦粗后的铸锭沿径向进行锻打拔长时采用每次锻打后转动相应角度，进行圆周锻打，使其锻打后的横截面接近圆形，从而实现了大于或等于4个形变方向，相比于三向锻打，可以改善组织的不均匀，保证靶材组织的均匀性。同时，经过反复镦粗拔长后采用大变形量锻打成成品毛坯，相比轧制变形的不充分，可以有效的细化晶粒。另外，由于最终得到成品毛坯采用模锻，在模具的作用下锻打后产品侧边平整，不用过多的去除侧边材料，提高了材料利用率，降低了成本。本发明操作简单，使用效果好，易于推广使用。
附图说明
图1为本发明的加工流程图。
图2为本发明的原始铸锭镦粗示意图。
图3为本发明的铸锭拔长示意图。
图4为本发明的锻造模具的结构示意图。
其中：1-底座，2-限位模。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1-3所示，本发明实施例优选实施例的一种铝铜靶材加工方法，包括以下步骤：
本例以高240毫米、直径134毫米的原始铸锭为例。
(1)铝铜铸锭加热：将原始铸锭加热到合适的温度，并保温，具体地，原始铸锭的加热温度为100-300℃，保温时间为30-60min。本例的原始铸锭加热温度优选150℃，保温时间为30min；
(2)铝铜铸锭镦粗：对加热后的原始铸锭沿高度方向镦粗。若镦粗后的铸锭的高度为h，直径为d，则应保证d/h＜3，经过试验表明，相比于d/h大于或等于3，d/h＜3则可保证在径向锻造过程中不会在中间弯曲。如本例中镦粗到h为80毫米，d为232毫米。且镦粗的单道次变形量为10-20％，如15％等。若镦粗过程中道次变形量少于10％需回炉进行加热，且加热温度为150-250℃，保温时间为10-30min；
(3)铝铜铸锭拔长：对镦粗后的铸锭沿径向进行锻打拔长。锻打拔长后的铸锭的尺寸与原始铸锭的尺寸相同，其高度为H，直径为D，则也应满足H/D＜3，如本例中的高240毫米、直径134毫米。三向锻打不仅会由于锻打过程中会存在棱角处和其他位置处金属变形的不均匀，而且也不能克服由于铸造过程中因为边部和心部冷却不一样，往往会在铸锭中形成晶粒的不均匀，而且疏松和缩孔的位置和方向不固定导致不均匀，本发明采用每次锻打后转动相应角度，进行圆周锻打，使其锻打后的横截面接近圆形。具体地，每次锻打后转动铸锭的角度a为5-15°，如6°、8°、10°等，从而使得其在径向方向具有360/a个方向，在加上轴向锻打方向，远远多于三向锻打，从而可以保证组织的均匀性。另外，拔长锻打的变形量5-10％，如6％、8％等；
若拔长道次变形量低于5％时需回炉进行加热，且加热温度为150-250℃，保温时间为10-30min。；
(4)重复步骤(2)、(3)至少2次，且每重复一次后均对铸锭进行一次中间退火处理。中间退火温度150-250℃，保温20-40min，可以去除锻造应力，使锻造过程中的亚晶发展成等轴晶粒以细化组织。另外，为方便说明，本例以重复一次步骤(2)、(3)为一轮镦粗与拔长，一轮镦粗与拔长时间少于或等于20min。
同时，本发明规定材料温度低于100℃需要回炉重新加热，加热温度为150-250℃，保温时间为10-30min。本发明规定镦粗过程中道次变形量不能达到10％时，拔长道次变形量达不到5％时需回炉进行加热，加热温度为150-250℃，保温时间为10-30min；
(5)采用模锻方式进行锻打，得到成品毛坯。对反复镦粗和拔长后并完成退火的80mm*232mm铝铜锭进行大变形量锻打，打成30mm(高)*380mm(直径)的成品毛坯，锻打道次锻打变形量15％以上，总变形量为60-65％，如62.5％。锻打成成品过程中，本发明采用大吨位锻造机(＞1000kg)，锻造砧块(锻造机和金属接触的部分)由方形改成圆形，砧块的直径大于靶材最终毛坯的直径，本方案其一可以细化晶粒，其二可以获得择优取向的组织。此锻造方法相比轧制，其一可以变形相对均匀，其二大的锻造力左右下，将形成许多亚晶组织，相比轧制能更好的细化晶粒。主要是因为轧制需要保证轧成圆形，需不断转换方向，导致晶粒取向难以控制。本发明采用单向大变形量的锻打，可以更好的控制晶粒取向。
请参阅附图4，本实施例锻造的模具包括底座1和可拆卸地连接在所述底座1上的限位模2，所述底座1主要承受打击力，所述限位模2为环形，用于约束材料径向变形，其高度与成品靶材的高度相同，其内径与成品靶材的直径相同或大于成品靶材直径2-3毫米，从而解决了材料侧边不平直的问题，提高材料利用率。由于纯金属材料价格昂贵，应尽量使得锻打后产品侧边平整，不用过多的去除侧边材料，所以尽量将所述限位模的直径设置成与成品的靶材相同，最多只用留2-3mm的余量，提高材料利用率。同时由于底座与所述限位模可拆卸连接，方便脱模。
(6)对成品毛坯进行最终退火处理，得到铝铜靶材。最终退火温度高于中间退火温度50℃左右，即最终退火温度为200-300℃，如230℃、260℃等，保温30-60min，如50min。
采用本发明提供的铝铜靶材加工方法，通过在对镦粗后的铸锭沿径向进行锻打拔长时采用每次锻打后转动相应角度，进行圆周锻打，使其锻打后的横截面接近圆形，从而实现了大于或等于4个形变方向，相比于三向锻打，可以改善组织的不均匀，保证靶材组织的均匀性。同时，经过反复镦粗拔长后采用大变形量锻打成成品毛坯，相比轧制变形的不充分，可以有效的细化晶粒。另外，由于最终得到成品毛坯采用模锻，在模具的作用下锻打后产品侧边平整，不用过多的去除侧边材料，提高了材料利用率，降低了成本。本发明操作简单，使用效果好，易于推广使用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种铝铜靶材加工方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将原始铸锭加热到合适的温度，并保温；
(2)对加热后的原始铸锭沿高度方向镦粗；
(3)对镦粗后的铸锭沿径向进行锻打拔长；
(4)重复步骤(2)、(3)至少2次，且每重复一次后均对铸锭进行一次中间退火处理；
(5)采用模锻方式进行锻打，得到成品毛坯；
(6)对成品毛坯进行最终退火处理，得到铝铜靶材；
其中，步骤(3)中每次锻打后转动相应角度，进行圆周锻打，使其锻打后的横截面接近圆形。
2.如权利要求1所述的铝铜靶材加工方法，其特征在于：在所述步骤(1)中，原始铸锭的加热温度为100-300℃，保温时间为30-60min。
3.如权利要求1所述的铝铜靶材加工方法，其特征在于：在所述步骤(2)或(4)中，镦粗后的铸锭的高度为h，直径为d，d/h＜3，且镦粗的单道次变形量为10-20％；
若镦粗过程中道次变形量少于10％需回炉进行加热，且加热温度为150-250℃，保温时间为10-30min。
4.如权利要求1所述的铝铜靶材加工方法，其特征在于：在所述步骤(3)或(4)中，每次锻打后转动铸锭的角度为5-15°，锻打变形量5-10％；
若拔长道次变形量低于5％时需回炉进行加热，且加热温度为150-250℃，保温时间为10-30min。
5.如权利要求1或4所述的铝铜靶材加工方法，其特征在于：锻打拔长后的铸锭的尺寸与原始铸锭的尺寸相同，其高度为H，直径为D，H/D＜3。
6.如权利要求1所述的铝铜靶材加工方法，其特征在于：在所述步骤(4)中，重复一次步骤(2)、(3)为一轮镦粗与拔长，一轮镦粗与拔长时间少于或等于20min。
7.如权利要求1所述的铝铜靶材加工方法，其特征在于：在重复步骤(2)、(3)过程中，若铸锭温度低于100℃需要回炉重新加热，且加热温度为150-250℃，保温时间为10-30min。
8.如权利要求1所述的铝铜靶材加工方法，其特征在于：中间退火处理的退火温度为150-250℃，保温20-40min；最终退火处理的退火温度为200-300℃，保温30-60min。
9.如权利要求1项所述的铝铜靶材加工方法，其特征在于：在所述步骤(6)中，锻打道次锻打变形量15％以上，总变形量60-65％。
10.如权利要求1所述的铝铜靶材加工方法，其特征在于：在所述步骤(6)中，模锻采用大吨位锻造机进行锻造，锻造的模具包括底座和可拆卸地连接在所述底座上的限位模，所述限位模为环形，且其高度与成品靶材的高度相同，其内径与成品靶材的直径相同或大于成品靶材直径2-3毫米。
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