專利名稱：一種細(xì)化析出或彌散強(qiáng)化型塊體銅合金晶粒的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開了一種細(xì)化析出或彌散強(qiáng)化型塊體銅合金晶粒的方法，特指利用室溫 多向變形及退火協(xié)調(diào)細(xì)化銅合金晶粒、制備塊體超細(xì)晶粒高強(qiáng)高導(dǎo)電銅合金。屬于銅合金 加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
析出強(qiáng)化或彌散強(qiáng)化型高強(qiáng)高導(dǎo)電銅合金是一種具有優(yōu)異導(dǎo)電、導(dǎo)熱和無(wú)鐵磁性 的高性能功能材料，也是一種具有高強(qiáng)高韌、又可承受較大載荷的結(jié)構(gòu)材料，在航天航空、 交通運(yùn)輸和電工電子等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。細(xì)化晶粒是金屬常用的強(qiáng)化手段。由Hall-Petch關(guān)系可知晶粒越小其強(qiáng)度越高。 細(xì)化晶粒的方法有很多，利用高溫變形過程中發(fā)生的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶或利用冷變形后再結(jié)晶退 火的傳統(tǒng)加工熱處理方法可將晶粒細(xì)化到10 μ m的數(shù)量級(jí)，但很難進(jìn)一步將其細(xì)化到1 3μπι以下。等通道角擠壓(ECAP)和累積疊軋等劇烈塑性變形技術(shù)是目前細(xì)化晶粒至亞微 米級(jí)甚至納米級(jí)的有效方法，但其制備的材料通常具有強(qiáng)度高、延性和導(dǎo)電性低的特點(diǎn)，尤 其是當(dāng)晶粒細(xì)化至Iym以下時(shí)，延伸率急劇下降已成為十分突出的問題。且采用等通道角 擠壓制備的產(chǎn)品尺寸較小，不能用于制備大塊體材料。此外，對(duì)于鈹青銅等析出強(qiáng)化型高強(qiáng) 高導(dǎo)電銅合金來(lái)說(shuō)，加工時(shí)所需壓力極大，模具極易損毀，大大增加了生產(chǎn)成本，這些問題 制約了其在工業(yè)上的推廣和應(yīng)用。因此，如何通過大規(guī)模常規(guī)工業(yè)手段制備超細(xì)晶粒塊體 高強(qiáng)高導(dǎo)電銅合金是一道技術(shù)難題。塊體超細(xì)晶粒高強(qiáng)高導(dǎo)電銅合金的制備，必須解決現(xiàn)有技術(shù)對(duì)材料有形狀、長(zhǎng)度 等尺寸上的限制、規(guī)?；a(chǎn)難和延性急劇下降的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足而提供一種加工工藝、設(shè)備要求簡(jiǎn)單，操 作方便，利用室溫多向變形及再結(jié)晶退火細(xì)化塊體高強(qiáng)高導(dǎo)電銅合金晶粒的方法。本發(fā)明一種細(xì)化析出或彌散強(qiáng)化型塊體銅合金晶粒的方法，包括下述步驟第一步固溶處理將析出或彌散強(qiáng)化型銅合金切割成矩形塊狀，加熱到800 860°C，保溫40 120 分鐘，隨后水淬，進(jìn)行固溶處理；第二步壓縮變形將第一步所得矩形試件在室溫下分別沿矩形塊的X軸、Y軸、Z軸三個(gè)方向依次進(jìn) 行多道次、多軸壓縮變形，每道次真應(yīng)變量控制在0. 2 0. 6，直至累積真應(yīng)變量大于等于 1. 2 ；第三步再結(jié)晶退火將第一步所得矩形試件加熱至600 800°C，保溫0. 1 10分鐘，進(jìn)行再結(jié)晶退火 后空冷，即可獲得平均尺寸為0. 5 3 μ m的塊體超細(xì)晶粒銅合金。
本發(fā)明中，所述析出或彌散強(qiáng)化型銅合金采用熱鍛或熱軋方法制造。本發(fā)明采用鑄錠或熱變形方法制造的析出或彌散強(qiáng)化型銅合金為原料，將其切割 成矩形塊狀，進(jìn)行固溶處理后，在室溫分別沿矩形塊的X軸、Y軸、Z軸三個(gè)方向依次進(jìn)行多 道次、多軸壓縮變形，通過控制每道次應(yīng)變量及應(yīng)變速率，從三個(gè)方向累積應(yīng)變量，導(dǎo)入高 密度的位錯(cuò)和變形帶，在再結(jié)晶退火時(shí)，大大增加了再結(jié)晶形核率，從而細(xì)化塊體高強(qiáng)高導(dǎo) 電銅合金晶粒；具有如下優(yōu)點(diǎn)1、變形在室溫下進(jìn)行，無(wú)需專門的模具，節(jié)省了大量模具和熱加工費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)高 效。2、可用于高強(qiáng)高導(dǎo)電銅合金的晶粒細(xì)化，解決了等通道角擠壓法難以加工高強(qiáng)高 導(dǎo)電銅合金(如鈹青銅)、模具損害嚴(yán)重的難題。3、加工工藝、設(shè)備要求簡(jiǎn)單，可用于制備塊體銅合金材料，有良好的工業(yè)應(yīng)用前
旦
ο綜上所述，本發(fā)明加工工藝、設(shè)備要求簡(jiǎn)單，操作方便，經(jīng)濟(jì)高效，可有效克服現(xiàn)有 技術(shù)在細(xì)化高強(qiáng)高導(dǎo)電銅合金晶粒時(shí)存在的模具強(qiáng)度要求過高、模具損害嚴(yán)重、難以規(guī)模 化制備塊體超細(xì)晶粒銅合金的問題，有良好的工業(yè)應(yīng)用前景。


附圖1為本發(fā)明沿X、Y、Z軸方向進(jìn)行多道多軸變形原理示意圖。附圖2 (a)為本發(fā)明實(shí)施例1的試件累積變形1. 2后在800°C退火60s時(shí)的金相組
幺口
/Ν ο附圖2 (b)為本發(fā)明實(shí)施例1的試件累積變形1. 2后在800°C退火120s時(shí)的金相組織。附圖3 (a)為本發(fā)明實(shí)施例2的試件累積變形2. 1后600°C退火IOOs時(shí)的金相組
幺口
/Ν ο附圖3(b)為本發(fā)明實(shí)施例2的試件累積變形2. 1后800°C退火20s時(shí)的金相組
幺口附圖4(a)為本發(fā)明實(shí)施例3的試件累積變形3. 6后800°C退火60s時(shí)的金相組
幺口附圖4(b)為本發(fā)明實(shí)施例3的試件累積變形3. 6后800°C退火150s時(shí)的金相組
幺口附圖5為本發(fā)明實(shí)施例4的試件累積變形6后700°C退火IOs的金相組織。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)介紹實(shí)施例1將高強(qiáng)高導(dǎo)電鈹青銅合金熱軋板切割成矩形塊狀置于爐內(nèi)加熱到800°C保溫60 分鐘后水淬冷卻后，再將試樣置于液壓機(jī)的下平砧上，先以X軸為壓縮軸進(jìn)行壓縮變形。當(dāng) X方向的真應(yīng)變量達(dá)到0. 2時(shí)，停止壓縮，將試樣旋轉(zhuǎn)90度，以Y軸為壓縮軸，再次壓縮，當(dāng) Y方向的真應(yīng)變量達(dá)到0. 2時(shí)，停止壓縮，將試樣旋轉(zhuǎn)90度，以Z軸為壓縮軸，再次壓縮。當(dāng)Z方向的真應(yīng)變量達(dá)到0. 2時(shí)，停止壓縮，將試樣旋轉(zhuǎn)90度，再以X軸為壓縮軸，反復(fù)進(jìn)行
X-Y-Z-X.....方向壓縮。當(dāng)各方向的真應(yīng)變量累積到1. 2時(shí)在800°C退火，由
附圖2可見，退火60 120s后晶粒被細(xì)化至2μπι以下。實(shí)施例2將高強(qiáng)高導(dǎo)電鈹青銅合金矩形熱鍛塊置于爐內(nèi)加熱到820°C保溫40分鐘后水淬 冷卻后，再將試樣置于液壓機(jī)的下平砧上，先以X軸為壓縮軸進(jìn)行壓縮變形。當(dāng)X方向的 真應(yīng)變量達(dá)到0. 3時(shí)，停止壓縮，將試樣旋轉(zhuǎn)90度，以Y軸為壓縮軸，再次壓縮。當(dāng)Y方 向的真應(yīng)變量達(dá)到0. 3時(shí)，停止壓縮，將試樣旋轉(zhuǎn)90度，以Z軸為壓縮軸，再次壓縮。當(dāng)Z 方向的真應(yīng)變量達(dá)到0. 3時(shí)，停止壓縮，將試樣旋轉(zhuǎn)90度，再以X軸為壓縮軸，反復(fù)進(jìn)行
X-Y-Z-X.....方向壓縮。當(dāng)各方向的累積真應(yīng)變量達(dá)到2. 1時(shí)在600 800°C
退火，由附圖3(a)可見，在600°C退火IOOs或800°C退火20s(b)后晶粒都被細(xì)化至Ιμπι 以下。實(shí)施例3將高強(qiáng)高導(dǎo)電鈹青銅合金熱軋板切割成矩形塊狀置于爐內(nèi)加熱到850°C保溫120 分鐘后水淬冷卻后，再將試樣置于液壓機(jī)的下平砧上，先以X軸為壓縮軸進(jìn)行壓縮變形。當(dāng) X方向的真應(yīng)變量達(dá)到0. 4時(shí)，停止壓縮，將試樣旋轉(zhuǎn)90度，以Y軸為壓縮軸，再次壓縮。 當(dāng)Y方向的真應(yīng)變量達(dá)到0. 4時(shí)，停止壓縮，將試樣旋轉(zhuǎn)90度，以Z軸為壓縮軸，再次壓縮。 當(dāng)Z方向的真應(yīng)變量達(dá)到0. 4時(shí)，停止壓縮，將試樣旋轉(zhuǎn)90度，以X軸為壓縮軸，反復(fù)進(jìn)行
X-Y-Z-X.....方向的壓縮。當(dāng)各方向的真應(yīng)變量累積到3. 6時(shí)在800°C退火，
由附圖4可見，退火60 150s后晶粒被細(xì)化至3 5 μ m。實(shí)施例4將高強(qiáng)高導(dǎo)電鈹青銅合金熱軋板切割成矩形塊狀置于爐內(nèi)加熱到840°C保溫30 分鐘后水淬冷卻后，再將試樣置于液壓機(jī)的下平砧上，先以X軸為壓縮軸進(jìn)行壓縮變形。當(dāng) X方向的真應(yīng)變量達(dá)到0. 6時(shí)，停止壓縮，將試樣旋轉(zhuǎn)90度，以Y軸為壓縮軸，再次壓縮。 當(dāng)Y方向的真應(yīng)變量達(dá)到0. 6時(shí)，停止壓縮，將試樣旋轉(zhuǎn)90度，以Z軸為壓縮軸，再次壓縮。 當(dāng)Z方向的真應(yīng)變量達(dá)到0. 6時(shí)，停止壓縮，將試樣旋轉(zhuǎn)90度，以X軸為壓縮軸，反復(fù)進(jìn)行
X-Y-Z-X.....方向壓縮。當(dāng)各方向的累積真應(yīng)變量達(dá)到6時(shí)在700°C退火，由
附圖5可見，退火IOs后即得本發(fā)明之平均尺寸小于1 μ m的超細(xì)晶粒銅合金。
權(quán)利要求
1.一種細(xì)化析出或彌散強(qiáng)化型塊體銅合金晶粒的方法，包括下述步驟 第一步固溶處理將析出或彌散強(qiáng)化型銅合金切割成矩形塊狀，加熱到800 860°C，保溫40 120分 鐘，隨后水淬，進(jìn)行固溶處理； 第二步壓縮變形將第一步所得矩形試件在室溫下分別沿矩形塊的X軸、Y軸、Z軸三個(gè)方向依次進(jìn)行多 道次、多軸壓縮變形，每道次真應(yīng)變量控制在0. 2 0. 6，直至累積真應(yīng)變量大于等于1. 2 ； 第三步再結(jié)晶退火將第一步所得矩形試件加熱至600 800°C，保溫0. 1 10分鐘，進(jìn)行再結(jié)晶退火后空 冷，即可獲得平均尺寸為0. 5 3 μ m的塊體超細(xì)晶粒銅合金。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種細(xì)化析出或彌散強(qiáng)化型塊體銅合金晶粒的方法，其特征 在于所述析出或彌散強(qiáng)化型銅合金采用鑄錠或熱變形的方法制造。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種細(xì)化析出或彌散強(qiáng)化型塊體銅合金晶粒的方法，其 特征在于每道次真應(yīng)變量控制在0. 2 0. 6。
全文摘要
一種利用室溫多向變形及退火工藝協(xié)調(diào)細(xì)化高強(qiáng)高導(dǎo)電銅合金晶粒的方法，是將高強(qiáng)高導(dǎo)電銅合金鑄錠或熱變形材切割成矩形塊狀，放入爐中加熱到800～860℃保溫40～120分鐘水淬冷卻后，在室溫分別沿矩形塊的X軸、Y軸、Z軸三個(gè)方向依次進(jìn)行多道次、多軸壓縮變形，控制每道次真應(yīng)變量為0.2～0.6，當(dāng)累積真應(yīng)變量達(dá)到1.2以上時(shí)，在600～800℃進(jìn)行退火再結(jié)晶，即可獲得平均尺寸0.5～3μm的超細(xì)晶粒銅合金塊。本發(fā)明加工工藝、設(shè)備要求簡(jiǎn)單，操作方便，可有效克服現(xiàn)有技術(shù)在細(xì)化高強(qiáng)高導(dǎo)電銅合金晶粒時(shí)存在的模具損傷嚴(yán)重、動(dòng)力要求過高、難以制備塊體材料的難題；可制備大件致密超細(xì)晶粒高強(qiáng)高導(dǎo)電銅合金材料，有良好的工業(yè)應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C22F1/08GK102002656SQ20101053918
公開日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2010年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月10日
發(fā)明者張雷, 楊續(xù)躍, 蔡小華 申請(qǐng)人:中南大學(xué)