CN117702021A - 一种同时提高纯铜强度和塑性的方法 - Google Patents
一种同时提高纯铜强度和塑性的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117702021A CN117702021A CN202410083785.7A CN202410083785A CN117702021A CN 117702021 A CN117702021 A CN 117702021A CN 202410083785 A CN202410083785 A CN 202410083785A CN 117702021 A CN117702021 A CN 117702021A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- pure copper
- plasticity
- strength
- steel balls
- copper plate
- 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.)
- Pending
Links
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 76
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 76
- 239000010949 copper Substances 0.000 title claims abstract description 76
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 238000005422 blasting Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract description 5
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 34
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 34
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 5
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 claims description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 4
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 claims description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims 1
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 14
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 5
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 abstract 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 abstract 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 5
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 4
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 244000137852 Petrea volubilis Species 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000010892 electric spark Methods 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 238000010587 phase diagram Methods 0.000 description 2
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 2
- 241000282412 Homo Species 0.000 description 1
- 241000282414 Homo sapiens Species 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000005482 strain hardening Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/20—Recycling
Landscapes
- Conductive Materials (AREA)
Abstract
本发明公开了一种同时提高纯铜强度和塑性的方法，属于材料制备技术领域。本发明所述方法为将已熔炼成型的板材进行退火处理，接着将纯铜表面进行打磨处理，形成较为光滑表面；在表面打磨处理后的纯铜板材上进行旋转加速喷丸处理，使之对金属表面晶粒尺寸产生细化；对纯铜板材进行不同球径的旋转加速喷丸处理。本发明采用对表面进行旋转加速喷丸处理，使形成的金属表面层沿板层芯部之间形成晶粒尺寸梯度，在提高强度的同时，不会降低太多塑性，解决了目前对纯铜进行加工工艺造成强度低而极大限制纯铜应用范围的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种同时提高纯铜强度和塑性的方法，属于金属材料加工技术领域。
背景技术
铜是人类最早发现并且开始使用的金属之一。铜材料因具有诸多良好的性能而被人类不断研究，它在具有优秀的导电性能和良好的导热性能的同时还具备优异的机械性能，进而广泛应用于诸多的领域。纯铜导电性很好，广泛用于制造电缆、电线以及需要通过电流的各种其他零件。其导热性能好，常用来制造汽车散热器，热交换器，吸收太阳能的面板等。由于其有较强的耐蚀性能，通常被用于制造阀门、水管和各种配件等。是日常生活和生产中不可或缺的重要组成部分。随着科学技术进步，传统的加工制备方法难以满足工业与工程对其性能的高要求，这妨碍了它们在相关领域的发展与应用，那么如何提高铜及铜合金的综合机械性能也成了近年来困扰国际材料领域科学工作者们的一项重大难题。
传统工艺制备出的铜及铜合金的强度与塑性似乎是存在不可兼得的特征，即高强度金属往往低塑性。目前来说，工业制备方法多是以产品的设计需求达到满足预设工作环境的要求即可，强度与塑性不可兼得的特征限制了相关产品更进一步发展应用的可能。
发明内容
为了解决现有纯铜材料存在的问题，本发明提供了一种同时提高纯铜强度和塑性的方法，旋转加速喷丸处理后制得强度高塑性好的梯度结构纯铜，具体包括以下步骤：
(1)对用纯铜熔炼成型的纯铜板材在550～700℃进行2～4h的真空退火，实现均质化处理。
(2)对步骤(1)处理过后的纯铜板材进行打磨处理，将金属基板打磨为光滑的表面，备用。
(3)在室温环境下，对步骤(2)得到纯铜板材的双面进行旋转加速喷丸处理得到梯度结构纯铜板材。
优选的，步骤(1)中所述纯铜为无氧纯铜(OFHC，牌号TU2)，纯度为99.95％。
优选的，步骤(1)中所述纯铜板材的厚度为3mm或5mm。
优选的，步骤(3)中旋转加速喷丸过程为：注入钢珠对纯铜板材进行高速撞击变形，每次处理时间为5～10min，试验频率为20～50Hz，当处理钢球数量为800～850、钢球直径为4mm；当处理钢球数量为350～400，钢球直径为6mm、当处理钢球数量为150～210颗，钢球直径为8mm。
更优选的，钢球数量为350～400，钢球直径为6mm。
本发明的有益效果
(1)本发明是对金属表面改性后采用旋转加速喷丸处理制备梯度结构材料，使得纯铜材料强度提高的同时塑性不会降低。
(2)制作不同梯度率材料的强度和塑性协同效果不一，但存在一个最佳的梯度率使之产生的协同效应最好，可以在多种情况需要做出选择。
附图说明
图1为实施例1制得的梯度结构纯铜3mm板厚拉伸曲线比较。
图2为实施例2制得的梯度结构纯铜5mm板厚拉伸曲线比较。
图3为实施例1制得的梯度结构纯铜3mm板厚表面到心部金相图。
图4为实施例2制得的梯度结构纯铜5mm板厚表面到心部金相图。
具体实施方式
下面结合具体实施例本发明作进一步的详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1
一种能实现纯铜强度和塑性协同效应的方法，具体包括以下步骤：
(1)对已熔炼成型的3mm的纯铜板材进行700℃真空退火2h，实现均质化处理。
(2)对步骤(1)后的纯铜板材上进行打磨处理，在纯铜板材表面用不同的粗糙度的砂纸由粗到细将金属基板打磨为光滑的表面，去掉表面残留氧化层，抛光，备用。
(3)在室温环境下，对步骤(2)得到纯铜板材的双面进行旋转加速喷丸，处理时间为5min，试验频率为50Hz，钢球直径分别为4、6、8mm，钢球数量分别为800、350、210颗。
为验证处理后的纯铜板材的力学性能，经过步骤(3)的得到纯铜板材，进行电火花线切割，在不影响金属结构的情况下，切割成狗骨形状的拉伸试样在拉伸试验机下以获得拉伸曲线。本实施例中通过旋转加速喷丸处理得到的异质结构纯铜材料的力学性能如下所示：
使用钢球直径为4mm处理得到的屈服强度可达137MPa(图1中“●”曲线所示)，是仅退火纯铜样品(图1中的“■”曲线所示)的2.6倍，均匀延伸率达到34.6％，抗拉强度可达207.3Mpa。
使用钢球直径为6mm处理得到的屈服强度可达161.4MPa(附图1中“▲”曲线所示)，是仅退火纯铜样品(图1中的“■”曲线所示)的3倍，均匀延伸率达到30.7％，抗拉强度可达211.8Mpa。
使用钢球直径为8mm处理得到的屈服强度可达191.3MPa(附图1中曲线所示)，是仅退火纯铜样品(图1中的“■”曲线所示)的3.8倍，均匀延伸率达到24.1％，抗拉强度可达219.3Mpa。
通过对比可以看出，板厚为3mm时，在经过旋转加速喷丸处理过后得到的异质结构铜，随着钢球直径的逐渐增加，其板材受到的冲击能量逐渐变大，屈服强度也随之增加，但塑性也相对降低了，说明芯部的粗晶态也受到了强化效果，则其芯部粗晶态对表面细晶粒的束缚作用降低了。但当钢球直径太小时，由于其能量太低，样品表面晶粒细化不显著，屈服没有得到较大提高。钢球直径过大时，冲击能量大，芯部变形程度大，协同作用下产生的加工硬化能力低，导致塑性下降严重。所以钢球直径为6mm时，其试样拥有较好的强度－塑性匹配。
实施例1表示的是用不同直径的钢球制备得到了三种不同的纯铜。图3为制备得到的3mm板厚钢球直径8mm的梯度结构纯铜样品的金相图，从图中可以看出晶粒尺寸从表面到芯部逐渐增大，但由于样品厚度较薄，芯部已然发生变形。相比于退火态样品的芯部，晶粒已经发生了细化。这也就是3mm板厚样品的屈服强度高于5mm板厚样品的原因。
实施例2
一种能实现纯铜强度和塑性协同效应的方法，具体包括以下步骤：
(1)对已熔炼成型的5mm的纯铜板材进行500℃真空退火4h，实现均质化处理。
(2)对步骤(1)后的纯铜板材上进行打磨处理，在纯铜板材表面用不同的粗糙度的砂纸由粗到细将金属基板打磨为光滑的表面，去掉表面残留氧化层，抛光，备用。
(3)在室温环境下，对步骤(2)得到纯铜板材的双面进行旋转加速喷丸得到处理过后的纯铜板材，处理时间为10min，试验频率为30Hz，钢球直径分别为4、6、8mm，钢球数量分别为850、400、150颗。
为验证处理过后的纯铜板材的力学性能，经过步骤(3)的得到纯铜板材，进行电火花线切割，在不影响金属结构的情况下，切割成狗骨形状的拉伸试样在拉伸试验机下以获得拉伸曲线。制备出的表面晶粒细化而芯部为粗晶态的双面异质结构纯铜材料的力学性能如下所示：
使用钢球直径为4mm处理得到的样品屈服强度可达93MPa，是退火态纯铜材料(图2中的“■”曲线所示)的1.86倍，均匀延伸率达到37.6％，抗拉强度可达197Mpa(附图2中“●”曲线所示)。
使用钢球直径为6mm处理得到的样品屈服强度可达139.4MPa，是退火态纯铜材料(图2中的“■”曲线所示)的2.7倍，均匀延伸率达到33.6％，抗拉强度可达195.8Mpa(附图2中“▲”曲线所示)。
使用钢球直径为8mm处理得到的样品屈服强度可达155.4MPa，是退火态纯铜材料(图2中的“■”曲线所示)的3.1倍，均匀延伸率达到30％，抗拉强度可达204.8Mpa(附图2中曲线所示)。
实施例2表示的是用不同直径的钢球制备得到了三种不同的纯铜。图4为制备得到的5mm板厚钢球直径8mm的梯度结构纯铜样品的金相图，从图中可以看出晶粒尺寸从表面到芯部逐渐增大，表面晶粒得到明显的细化，芯部变形很微弱。相比于退火态样品的芯部，晶粒没有发生明显细化。在表面的细晶粒层与芯部粗晶层的协同作用下，5mm板厚的样品展现出了较好的塑性。
实施例1得出的结论与实施例2相似，但这两个实例中却不尽相同，我们通过控制板厚来间接控制了表面梯度层与中间粗晶层的占比，也就导致了随着板厚的减少，其他条件相同的情况下，梯度层的占比逐渐增加，屈服强度也就相对较高。
Claims (4)
1.一种同时提高纯铜强度和塑性的方法，其特征在于：以普通纯铜板材为原料，经旋转加速喷丸处理后制得强度高塑性好的梯度结构纯铜，具体包括以下步骤：
(1)对用纯铜熔炼成型的纯铜板材在550～700℃进行2～4h的真空退火，实现均质化处理；
(2)对步骤(1)处理过后的纯铜板材进行打磨处理，将金属基板表面打磨光滑，备用；
(3)在室温环境下，对步骤(2)得到纯铜板材的双面进行旋转加速喷丸处理得到梯度结构纯铜板材。
2.根据权利要求1所述同时提高纯铜强度和塑性的方法，其特征在于：步骤(1)中所述纯铜为无氧纯铜，纯度为99.95％。
3.根据权利要求2所述同时提高纯铜强度和塑性的方法，其特征在于：步骤(1)中所述纯铜板材的厚度为3mm或5mm。
4.根据权利要求1所述同时提高纯铜强度和塑性的方法，其特征在于：步骤(3)中旋转加速喷丸过程为：注入钢珠对纯铜板材进行高速撞击变形，每次处理时间为5～10min，试验频率为30～50Hz，当处理钢球数量为800～850、钢球直径为4mm；当处理钢球数量为350～400，钢球直径为6mm、当处理钢球数量为150～210颗，钢球直径为8mm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410083785.7A CN117702021A (zh) | 2024-01-19 | 2024-01-19 | 一种同时提高纯铜强度和塑性的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410083785.7A CN117702021A (zh) | 2024-01-19 | 2024-01-19 | 一种同时提高纯铜强度和塑性的方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117702021A true CN117702021A (zh) | 2024-03-15 |
Family
ID=90157299
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410083785.7A Pending CN117702021A (zh) | 2024-01-19 | 2024-01-19 | 一种同时提高纯铜强度和塑性的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117702021A (zh) |
-
2024
- 2024-01-19 CN CN202410083785.7A patent/CN117702021A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110055479B (zh) | 一种800MPa级高导电铜铬锆合金及其制备方法 | |
| CN110428939B (zh) | 一种高导电石墨烯铜/铝复合导线的制备方法 | |
| CN111270101A (zh) | 微合金化协同强化的石墨烯钛基复合材料及其制备方法 | |
| CN103924178A (zh) | 一种镍基高温合金Inconel718弹簧丝的制备方法 | |
| CN109266984A (zh) | 一种梯度纯铜材料的表面强化处理方法 | |
| CN115198162A (zh) | 高强韧异质多相“核壳”组织结构中熵合金及其制备方法 | |
| CN109732087B (zh) | 一种粉末冶金Ti-Ta二元金属-金属基层状复合材料的制备方法 | |
| CN117702021A (zh) | 一种同时提高纯铜强度和塑性的方法 | |
| CN115522096B (zh) | 一种异质片层结构铜铬合金的制备方法 | |
| CN115612955A (zh) | 一种再结晶型高强韧超细晶纯钛及其制备方法 | |
| CN112342431B (zh) | 一种高热稳定性等轴纳米晶Ti6Al4V-Cu合金及其制备方法 | |
| CN112342433A (zh) | 一种高热稳定性等轴纳米晶Ti-Zr-W合金及其制备方法 | |
| CN112195366A (zh) | 一种高热稳定性等轴纳米晶Ti-Zr-Ag合金及其制备方法 | |
| CN117702022A (zh) | 一种晶粒双峰和梯度结构复合异构纯铜的制备方法 | |
| CN101545029B (zh) | 空气气氛氧化退火提高块体非晶合金腐蚀性能的方法 | |
| CN115106620B (zh) | 一种基于电弧增材制造提高7系铝合金韧性的方法 | |
| CN115584451B (zh) | 一种高性能铝合金材料及制备方法 | |
| CN115584453A (zh) | 一种同时提高铜锌合金强度和塑性的方法 | |
| CN113414549B (zh) | 具有超细晶结构的大尺寸高强高导M2 Cu的制备方法 | |
| CN113957362B (zh) | 一种高性能铜铬锆合金板材的轧制方法 | |
| CN112342435B (zh) | 一种高热稳定性等轴纳米晶Ti-Zr-Ni合金及其制备方法 | |
| CN112251645B (zh) | 一种高热稳定性等轴纳米晶Ti-Co合金及其制备方法 | |
| CN112143937B (zh) | 一种高热稳定性等轴纳米晶Ti-Zr-Co合金及其制备方法 | |
| CN112063890B (zh) | 一种高热稳定性等轴纳米晶Ti-Ag合金及其制备方法 | |
| CN117925976A (zh) | 一种提高2205双相不锈钢综合力学性能的工艺方法 |
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 |