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
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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