CN113930638B - 均匀延伸率优异的微合金化CuCrZr合金的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的均匀延伸率优异的微合金化CuCrZr合金的制备方法,属于合金制备技术领域。合金包括组分及质量百分含量为Cr 0.1‑0.2%、Zr 0.01‑0.04%,其余为铜及不可避免杂质。制备时,按质量配比,熔炼CuCrZr块体合金,经热变形处理,制得热变形CuCrZr合金并经固溶处理后,冷却获得固溶态CuCrZr合金,经冷轧操作后,进行时效处理,并控制时效温度为380‑450℃,时效时间为15‑40min,冷却至室温,制得均匀延伸率优异的微合金化CuCrZr合金。该工艺在显著降低合金元素含量基础上,采用特定的加工工艺方式,制得了具有更加优异的均匀延伸率以及断裂延伸率性能的微合金化CuCrZr合金,在工程应用上具有更大的潜力。

Description

均匀延伸率优异的微合金化CuCrZr合金的制备方法
技术领域:
本发明属于合金制备技术领域,具体涉及均匀延伸率优异的微合金化CuCrZr合金及其制备方法。
背景技术:
CuCrZr合金在高强度高导电材料领域具有相当大的优势,其原因在于Cr与Zr元素在室温环境下于铜基体中极低的固溶度,使得Cr与Zr元素充分析出。析出相可提高合金强度,同时减少合金中的固溶元素提高合金的导电率。该合金被广泛应用于电力、电子、机械等工业领域,可用作集成电路引线框架、大功率异步牵引电动机转子、电气化铁路接触导线、高脉冲磁场导体材料等。2019年,大连理工大学公开一种高强度高导电高塑性的铜合金及其制备方法(CN109321777A)。
CuCrZr合金由于合金元素极低的固溶度,合金元素充分析出,具有高强高导的优点,但是近年来,最终产品要求具有一定的延伸率。高合金元素含量(Cr>0.3wt%)以及极大压下量导致的纳米结构虽然提高了合金的强度,然而严重降低了CuCrZr合金的均匀延伸率,大部分CuCrZr合金均匀延伸率在1-2%范围内,限制了该合金在工程应用上的发展。使材料保持着纳米结构的同时提升合金的均匀延伸率,从而减缓颈缩现象的发生成为该合金强韧化领域的一大难题。
发明内容:
本发明的目的是克服上述现有技术存在的不足,提供一种均匀延伸率优异的微合金化CuCrZr合金的制备方法。
为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种均匀延伸率优异的微合金化CuCrZr合金,包括组分及质量百分含量为Cr0.1-0.2%、Zr 0.01-0.04%,其余为铜以及不可避免的杂质。
所述的均匀延伸率优异的微合金化CuCrZr合金,包括组分及质量百分含量为Cr0.15%、Zr 0.02%,其余为铜以及不可避免的杂质。
所述的均匀延伸率优异的微合金化CuCrZr合金的制备方法,包括以下步骤:
步骤1,CuCrZr块体合金制备:
按质量配比,Cr 0.1-0.2%、Zr 0.01-0.04%,其余为铜以及不可避免的杂质,熔炼制得CuCrZr块体合金,经热变形处理,制得尺寸适宜的块体CuCrZr合金;
步骤2,固溶处理:
热变形CuCrZr合金经固溶处理后,冷却,获得固溶态CuCrZr合金;
步骤3,时效处理:
对固溶态CuCrZr合金经冷轧操作后,进行时效处理,冷却至室温,制得均匀延伸率优异的微合金化CuCrZr合金,其中,所述的时效温度为380-450℃,时效时间为15-40min。
所述的步骤1中,CuCrZr合金锭熔炼操作在真空感应熔炼炉中进行。
所述的步骤1中,热变形温度为700-900℃,保温时间为1-3h。
所述的步骤2中,固溶操作在马弗炉中进行,固溶温度为950-970℃,固溶时间为0.5-2h。
所述的步骤2中,冷却方式为水淬。
所述的步骤3中,固溶态CuCrZr合金经扒皮处理去除氧化层后,进行冷轧。
所述的步骤3中,优选的,时效温度为400-425℃,时效时间为25-35min。
所述的步骤3中,优选的,时效温度为425℃,时效时间为25min。
所述的步骤3中,冷轧压下量为90-97%,单道次压下率为10-35%。
所述的步骤3中,时效处理在马弗炉中进行。
所述的步骤3中,冷却方式为水淬冷却。
所述的步骤3中,微合金化CuCrZr合金均匀延伸率为10-13%,断裂延伸率达到13-17%,抗拉强度为512-547MPa。
所述的步骤3中,使用电子万能试验机测得合金力学性能。
在断裂过程中,孔坑的萌生与第二相质点有关,在外力的作用下,第二相粒子折断或沿其界面开裂,形成孔坑。而第二相数量越多,则孔坑生成的可能性就越大,严重影响材料的均匀延伸率。本发明通过极低的合金元素配比,结合特定的制备工艺制得合金。
本发明的有益效果:
本发明的CuCrZr合金,降低合金元素的含量,采用特定加工工艺方式,具有更加优异的均匀延伸率以及断裂延伸率性能,在工程应用上具有更大的潜力。对电子万能试验机测得的拉伸曲线进行分析,其均匀延伸率≥10%,断裂延伸率≥13%,抗拉强度≥512MPa。
具体实施方式:
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
利用真空感应熔炼技术制备块体合金,CuCrZr合金组成和配比(质量%)为:Cr0.1%、Zr0.02%、其余为铜以及不可避免的杂质。将CuCrZr合金置于800℃环境中保温,保温时间为1.5h,进行热变形得到厚度为30mm的块体合金。将热变形后的合金放在马弗炉中进行固溶处理,固溶温度为960℃,保温时间为1h,之后水淬。对固溶态CuCrZr合金扒皮处理去除氧化层后进行冷轧,压下量为90%,轧后合金厚度为3mm。最终将合金在425℃下时效25min。经力学性能测试,抗拉强度为517MPa,均匀延伸率为11%,断裂延伸率达到15%。
实施例2
利用真空感应熔炼技术制备块体合金,CuCrZr合金组成和配比(质量%)为:Cr0.1%、Zr0.02%、其余为铜以及不可避免的杂质。将CuCrZr合金置于800℃环境中保温,保温时间为1.5h,进行热变形得到厚度为30mm的块体合金。将热变形后的合金放在马弗炉中进行固溶处理,固溶温度为950℃,保温时间为2h,之后水淬。对固溶态CuCrZr合金扒皮处理去除氧化层后进行冷轧,压下量为90%,轧后合金厚度为3mm。最终将合金在400℃下时效35min。经力学性能测试,抗拉强度为522MPa,均匀延伸率为10%,断裂延伸率达到15%。
实施例3
利用真空感应熔炼技术制备块体合金,CuCrZr合金组成和配比(质量%)为:Cr0.15%、Zr0.02%、其余为铜以及不可避免的杂质。将CuCrZr合金置于800℃环境中保温,保温时间为1.5h,进行热变形得到厚度为30mm的块体合金。将热变形后的合金放在马弗炉中进行固溶处理,固溶温度为960℃,保温时间为1h,之后水淬。对固溶态CuCrZr合金扒皮处理去除氧化层后进行冷轧,压下量为90%,轧后合金厚度为3mm。最终将合金在425℃下时效25min。经力学性能测试,抗拉强度为512MPa,均匀延伸率为13%,断裂延伸率达到17%。
对比例3-1
同实施例3,区别在于,时效处理温度为360℃,时间为60min,经检测,制备的CuCrZr合金均匀延伸率降至8%,其他性能数据详见表1,结合实验数据分析,原因在于时效时间过长,导致第二相长大,影响合金拉伸性能,降低合金的延伸率。
实施例4
利用真空感应熔炼技术制备块体合金,CuCrZr合金组成和配比(质量%)为:Cr0.15%、Zr0.02%、其余为铜以及不可避免的杂质。将CuCrZr合金置于800℃环境中保温,保温时间为1.5h,进行热变形得到厚度为30mm的块体合金。将热变形后的合金放在马弗炉中进行固溶处理,固溶温度为960℃,保温时间为1h,之后水淬。对固溶态CuCrZr合金扒皮处理去除氧化层后进行冷轧,压下量为90%,轧后合金厚度为3mm。最终将合金在400℃下时效35min。经力学性能测试,抗拉强度为530MPa,均匀延伸率为13%,断裂延伸率达到16%。
实施例5
利用真空感应熔炼技术制备块体合金,CuCrZr合金组成和配比(质量%)为:Cr0.15%、Zr0.02%、其余为铜以及不可避免的杂质。将CuCrZr合金置于800℃环境中保温,保温时间为1.5h,进行热变形得到厚度为30mm的块体合金。将热变形后的合金放在马弗炉中进行固溶处理,固溶温度为950℃,保温时间为2h,之后水淬。对固溶态CuCrZr合金扒皮处理去除氧化层后进行冷轧,压下量为96%,轧后合金厚度为1mm。最终将合金在450℃下时效15min。经力学性能测试,抗拉强度为525MPa,均匀延伸率为12%,断裂延伸率达到16%。
实施例6
利用真空感应熔炼技术制备块体合金,CuCrZr合金组成和配比(质量%)为:Cr0.15%、Zr0.02%、其余为铜以及不可避免的杂质。将CuCrZr合金置于800℃环境中保温,保温时间为1.5h,进行热变形得到厚度为30mm的块体合金。将热变形后的合金放在马弗炉中进行固溶处理,固溶温度为960℃,保温时间为1h,之后水淬。对固溶态CuCrZr合金扒皮处理去除氧化层后进行冷轧,压下量为96%,轧后合金厚度为1mm。最终将合金在380℃下时效40min。经力学性能测试,抗拉强度为515MPa,均匀延伸率为11%,断裂延伸率达到15%。
实施例7
利用真空感应熔炼技术制备块体合金,CuCrZr合金组成和配比(质量%)为:Cr0.2%、Zr0.04%、其余为铜以及不可避免的杂质。将CuCrZr合金置于800℃环境中保温,保温时间为1.5h,进行热变形得到厚度为30mm的块体合金。将热变形后的合金放在马弗炉中进行固溶处理,固溶温度为960℃,保温时间为1h,之后水淬。对固溶态CuCrZr合金扒皮处理去除氧化层后进行冷轧,压下量为90%,轧后合金厚度为3mm。最终将合金在425℃下时效25min。经力学性能测试,抗拉强度为540MPa,均匀延伸率为10%,断裂延伸率达到14%。
对比例7-1
同实施例7,区别在于,Cr元素含量为0.3,Zr元素为0.06,经检测,制备的CuCrZr合金均匀延伸率降至9%,其他性能数据详见表1,结合实验数据分析,原因在于合金元素含量提升导致第二相析出增加,降低了材料的塑性,对于合金的均匀延伸率造成不良影响。
实施例8
利用真空感应熔炼技术制备块体合金,CuCrZr合金组成和配比(质量%)为:Cr0.2%、Zr0.04%、其余为铜以及不可避免的杂质。将CuCrZr合金置于800℃环境中保温,保温时间为1.5h,进行热变形得到厚度为30mm的块体合金。将热变形后的合金放在马弗炉中进行固溶处理,固溶温度为960℃,保温时间为1h,之后水淬。对固溶态CuCrZr合金扒皮处理去除氧化层后进行冷轧,压下量为96%,轧后合金厚度为1mm。最终将合金在400℃下时效35min。经力学性能测试,抗拉强度为547MPa,均匀延伸率为10%,断裂延伸率达到13%。
表1
Cr Zr 热变形 固溶 压下 时效 均匀 断裂 抗拉
1 0.1 0.02 800,1.5 960.1 90 425,25 11 15 517
2 0.1 0.02 800,1.5 950,2 90 400,35 10 15 522
3 0.15 0.02 800,1.5 960.1 90 425,25 13 17 512
D3-1 0.15 0.02 800,1.5 960.1 90 360,60 8 12 473
4 0.15 0.02 800,1.5 960.1 90 400,35 13 16 530
5 0.15 0.02 800,1.5 950,2 96 450,15 12 16 525
6 0.15 0.02 800,1.5 960. 96 380,40 11 15 515
7 0.2 0.04 800,1.5 960.1 90 425,25 10 14 540
D7-1 0.3 0.06 800,1.5 960.1 96 425,35 9 11 541
8 0.2 0.04 800,1.5 960.1 96 400,35 10 13 547
表中D为对比例之意,热变形、固溶以及时效的单位为℃,h;均匀为均匀延伸率,单位为%;断裂为断裂延伸率,单位为%;抗拉为抗拉强度,单位为MPa。

Claims (6)

1. 均匀延伸率优异的微合金化CuCrZr合金的制备方法,其特征在于,所述的合金包括组分及质量百分含量为 Cr 0.1-0.2%、Zr 0.01-0.04%,其余为铜以及不可避免的杂质;
方法包括以下步骤:
步骤1,CuCrZr块体合金制备:
按质量配比,熔炼制得CuCrZr块体合金,经热变形处理,制得热变形CuCrZr合金,热变形温度为700-900℃,保温时间为1-3h;
步骤2,固溶处理:
热变形CuCrZr合金经固溶处理后,冷却,获得固溶态CuCrZr合金;
步骤3,时效处理:
对固溶态CuCrZr合金经冷轧操作后,进行时效处理后,冷却至室温,制得均匀延伸率优异的微合金化CuCrZr合金,其中,所述的冷轧压下量为90-97%,时效温度为380-450℃,时效时间为15-40min, 微合金化CuCrZr合金均匀延伸率为10-13%,断裂延伸率达到13-17%,抗拉强度为512-547MPa。
2.根据权利要求1所述的均匀延伸率优异的微合金化CuCrZr合金的制备方法,其特征在于,所述的均匀延伸率优异的微合金化CuCrZr合金,包括组分及质量百分含量为 Cr0.15%、Zr 0.02%,其余为铜以及不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的均匀延伸率优异的微合金化CuCrZr合金的制备方法,其特征在于,所述的步骤2中,固溶操作在马弗炉中进行,固溶温度为950-970℃,固溶时间为0.5-2h。
4.根据权利要求1所述的均匀延伸率优异的微合金化CuCrZr合金的制备方法,其特征在于,所述的步骤3中,时效温度为400-425℃,时效时间为25-35min。
5.根据权利要求1所述的均匀延伸率优异的微合金化CuCrZr合金的制备方法,其特征在于,所述的步骤3中,冷轧单道次压下率为10-35%。
6.根据权利要求1所述的均匀延伸率优异的微合金化CuCrZr合金的制备方法,其特征在于,所述的步骤3中,冷却方式为水淬冷却。
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