CN114457254B - 一种基于联合挤压超细晶铜镁合金的制备方法及得到的合金 - Google Patents
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Abstract
本发明属于超细晶材料制备技术领域，具体涉及一种基于联合挤压超细晶铜镁合金的制备方法及得到的合金。该方法包括以下步骤：1)制备铜镁合金原料，所述原料中金属镁的含量为0.2wt％至0.6wt％，其余为铜；2)对步骤1)得到的所述铜镁合金原料先进行一道次的等径角挤压，再进行连续挤压，得到直径均一的棒材；3)重复步骤2)若干次，得到直径均一的超细晶铜镁合金棒材或线材。本发明基于等径角挤压和连续挤压的联合处理，可以在合金材料中得到晶粒度小而均匀的晶粒结构。
Description
技术领域
本发明属于超细晶材料制备技术领域，具体涉及一种基于联合挤压超细晶铜镁合金的制备方法及得到的合金。
背景技术
铜镁合金具有较高的强度、耐磨性、耐热性、耐腐蚀性以及较高的电导率，已经被广泛应用于电气化轨道交通、机械制造、电子电路、建筑材料和国防工业领域。
传统的铜镁合金是由增加合金元素含量及冷加工变形来(冷作硬化)实现材料的强化，但与此同时，铜镁合金的韧性及导电率却大幅下降。因此不能单纯地依靠提高合金成分含量及冷作硬化来提高铜镁合金的性能。
传统铜镁合金的金相组织为粗大晶粒的铸态组织，而细化的晶粒组织可以使铜镁合金的特性发生明显的改变，不仅抗拉强度增加，还提高了材料的强韧度，从而可以减少起固溶强化作用的合金元素镁的含量。铜镁合金中的镁原子进入铜基体后，引起点阵畸变，而点阵畸变增加了电子的散射作用，致使铜镁合金的电导率下降。降低合金元素的含量，可以减少点阵畸变对电子的散射作用，使得铜镁合金的电导率明显提高。
通过大塑性变形工艺，可以高效地制备出高强度、高耐磨性、高疲劳寿命的铜镁合金材料。其中，等径角挤压法和连续挤压法是最为有效的制备超细晶铜镁合金材料的方法，目前已被应用于实际生产中。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明提供了一种基于联合挤压超细晶铜镁合金的制备方法及得到的合金。
本发明所提供的技术方案如下：
一种基于联合挤压超细晶铜镁合金的制备方法，包括以下步骤：
1)制备铜镁合金原料，所述原料中金属镁的含量为0.2wt％至0.6wt％，其余为铜；
2)对步骤1)得到的所述铜镁合金原料先进行一道次的等径角挤压，再进行连续挤压，得到直径均一的棒材；
3)重复步骤2)若干次，得到直径均一的超细晶铜镁合金棒材或线材。
上述技术方案中，基于等径角挤压和连续挤压的联合处理，可以得到晶粒度小而均匀的晶粒结构。
具体的，步骤1)中，采用高纯铜粉和高纯镁粉作为原料，采用粉末冶金法制备得到铜镁合金原料。
具体的，粉末冶金法包括以下步骤：
1)将高纯铜粉和高纯镁粉球磨混合，高纯铜粉和高纯镁粉的50-200微米；
2)压制成型，控制温度为0-40℃、压力为100-200MPa；
3)高温烧结，1000-1200℃；
4)退火，400-500℃。
基于上述技术方案，得到的铜镁合金原料具有优异的抗拉强度、布氏硬度为和伸长率，满足多次先进行等径角挤压、再进行连续挤压的操作要求，而自身结构不被破坏。
具体的，步骤2)中，等径角挤压通道的内角
的范围：
通道的外角30°≤Φ≤45°，通道的内径为10mm至20mm。
具体的，步骤2)中，经过等径角挤压后，不改变铜镁合金的方位，直接进行连续挤压。
进一步的，在进行完步骤2)后，将棒材绕自身轴向顺时针旋转90°，然后进行步骤3)的第一次重复操作；步骤3)中，在每次重复操作后，将棒材绕自身轴向顺时针旋转90°，然后进行下一次的重复；步骤2)及步骤3)中，先进行等径角挤压、再进行连续挤压的操作次数总共为4次。
上述技术方案中，基于每次重复操作中角度的旋转，可以消除在各取向上晶粒度和性能的分布不均，从而提高合金整体性能。
进一步的，在进行完步骤2)后，将棒材绕自身轴向顺时针旋转45°，然后进行步骤3)的第一次重复操作；步骤3)中，在每次重复操作后，将棒材绕自身轴向顺时针旋转45°，然后进行下一次的重复；步骤2)及步骤3)中，先进行等径角挤压、再进行连续挤压的操作次数总共为8次。
上述技术方案中，基于每次重复操作中角度的旋转，可以消除在各取向上晶粒度和性能的分布不均，从而提高合金整体性能。
具体的，步骤2)及步骤3)中，在每一次先进行等径角挤压、再进行连续挤压的操作后，棒材的直径变化为操作前直径的95-97.5％。
本发明还提供了根据上述制备方法得到的超细晶铜镁合金，其具有很高的拉伸和屈服强度。
附图说明
图1是本发明所提供的基于联合挤压超细晶铜镁合金的制备方法的一个流程图
图2是等径角挤压和连续挤压的示意图。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
制备铜镁合金粉末：称量所需的高纯铜粉和镁粉，高纯镁粉的含量为0.6wt％，其余为高纯铜粉。将称量好的粉末放入行星式球磨机，抽真空、充入氮气后，进行球磨混合，球料比10:1，球磨过程中球磨罐的自转速率为200r/min，球磨时间1h。
压制铜镁合金压坯：将球磨混合均匀后的合金粉末放入模具中，在常温下进行高压压制成棒材，压制压力100MPa，保压60s后释压，进行脱模，得到铜镁合金压坯。
将铜镁合金压坯放入真空炉中进行烧结：放入铜镁合金压坯，抽真空后通入保护气体，以15℃/min的升温速率升温至1070℃，恒温5h，然后随炉冷却至室温，最后对烧结后的铜镁合金棒材进行450℃，2h的退火处理，得到铜镁合金棒材原料。
将铜镁合金棒材原料通过图2所示的等径角挤压模具，模具的内角
外角Φ＝45°，直径20mm。等径角挤压的速度为20mm/s。等径角挤压后，不改变铜镁合金的方位，直接进行连续挤压，连续挤压后的棒料直径减少量为铜镁合金棒材初始直径的5％，即经过一道次等径角挤压和连续挤压后，棒材直径由20mm减少至19mm。随后，将试样绕等径角挤压模具的通道的轴向，顺时针旋转90°，进行第二道次的等径角挤压和连续挤压，由于棒材直径减少，需要更换通道直径适合的等径角挤压模具进行下一道次的挤压。按上述方法挤压4次，最终得到所需制备的超细晶铜镁合金棒材，直径为16mm，平均晶粒度达到100nm。其室温拉伸和屈服强度分别为467MPa和430MPa，拉伸断裂延伸率为8％。拉压屈服强度比值为1.09，展现出优异的强韧性和力学性能各向同性。
实施例2
制备铜镁合金粉末：称量所需的高纯铜粉和镁粉，高纯镁粉的含量为0.2wt％，其余为高纯铜粉。将称量好的粉末放入行星式球磨机，抽真空、充入氮气后，进行球磨混合，球料比10:1，球磨过程中球磨罐的自转速率为200r/min，球磨时间1h。
压制铜镁合金压坯：将球磨混合均匀后的合金粉末放入模具中，在常温下进行高压压制成棒材，压制压力100MPa，保压60s后释压，进行脱模，得到铜镁合金压坯。
将铜镁合金压坯放入真空炉中进行烧结：放入铜镁合金压坯，抽真空后通入保护气体，以15℃/min的升温速率升温至1070℃，恒温5h，然后随炉冷却至室温，最后对烧结后的铜镁合金棒材进行450℃，2h的退火处理，得到铜镁合金棒材原料。
将铜镁合金棒材原料通过图2所示的等径角挤压模具，模具的内角
外角Φ＝30°，直径20mm。等径角挤压的速度为10mm/s。等径角挤压后，不改变铜镁合金的方位，直接进行连续挤压，连续挤压后的棒料直径减少量为铜镁合金棒材初始直径的2.5％，即经过一道次等径角挤压和连续挤压后，棒材直径由20mm减少至19.5mm。随后，将试样绕等径角挤压模具的通道的轴向，顺时针旋转45°，进行第二道次的等径角挤压和连续挤压，由于棒材直径减少，需要更换通道直径适合的等径角挤压模具进行下一道次的挤压。按上述方法挤压8次，最终得到所需制备的超细晶铜镁合金棒材，直径为16mm，平均晶粒度达到100nm。其室温拉伸和屈服强度分别为471MPa和435MPa，拉伸断裂延伸率为7％。拉压屈服强度比值为1.08，展现出优异的强韧性和力学性能各向同性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种基于联合挤压超细晶铜镁合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)制备铜镁合金原料，所述原料中金属镁的含量为0.2wt％至0.6wt％，其余为铜；
2)对步骤1)得到的所述铜镁合金原料先进行一道次的等径角挤压，再进行连续挤压，得到直径均一的棒材；
3)重复步骤2)若干次，得到直径均一的超细晶铜镁合金棒材或线材；
步骤2)中，经过等径角挤压后，不改变铜镁合金的方位，直接进行连续挤压；
在进行完步骤2)后，将棒材绕自身轴向顺时针旋转90°，然后进行步骤3)的第一次重复操作；
步骤3)中，在每次重复操作后，将棒材绕自身轴向顺时针旋转90°，然后进行下一次的重复；
步骤2)及步骤3)中，先进行等径角挤压、再进行连续挤压的操作次数总共为4次；
或者，在进行完步骤2)后，将棒材绕自身轴向顺时针旋转45°，然后进行步骤3)的第一次重复操作；
步骤3)中，在每次重复操作后，将棒材绕自身轴向顺时针旋转45°，然后进行下一次的重复；
步骤2)及步骤3)中，先进行等径角挤压、再进行连续挤压的操作次数总共为8次；
步骤2)及步骤3)中，在每一次先进行等径角挤压、再进行连续挤压的操作后，棒材的直径变化为操作前直径的95-97.5％。
2.根据权利要求1所述的基于联合挤压超细晶铜镁合金的制备方法，其特征在于，步骤1)中，采用高纯铜粉和高纯镁粉作为原料，采用粉末冶金法制备得到铜镁合金原料。
3.根据权利要求1所述的基于联合挤压超细晶铜镁合金的制备方法，其特征在于，步骤2)中，等径角挤压通道的内角φ的范围：90°≤φ≤120°，通道的外角30°≤Φ≤45°，通道的内径为10mm至20mm。
4.一种根据权利要求1至3任一所述的制备方法制备得到的超细晶铜镁合金。
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