專利名稱：一種高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于有色金屬加工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種采用低溫處理后進(jìn)行快速變形加工技術(shù)獲得高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金的方法。
背景技術(shù)：
我國(guó)是銅消費(fèi)大國(guó)，尤其是近幾年隨著電氣化鐵路以及電子產(chǎn)品的快速發(fā)展，高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金材料需求也日益旺盛。然而由于我國(guó)在高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金材料領(lǐng)域的研究起步較晚，研究開發(fā)的水平與國(guó)外存在一定差距，目前尚未形成規(guī)?；a(chǎn)，大部分高強(qiáng)導(dǎo)電銅合金材料仍然依賴進(jìn)口。因此，制備高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金具有十分重要的意義。目前在銅合金生產(chǎn)過程中，通常采用在室溫進(jìn)行冷軋或者高溫(通常在900°C左右)下進(jìn)行熱軋?zhí)幚?，或者綜合熱軋和冷軋制定復(fù)雜的形變熱處理工藝，利用這種方法可以 獲得具有較高強(qiáng)度的銅合金。但是，由于加工處理過程中合金元素形成的過飽和基體、析出的第二相以及增加的晶界都會(huì)降低合金的導(dǎo)電性能，難以同時(shí)獲得高強(qiáng)度和高導(dǎo)電性的銅
I=I -Wl O

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種工藝方法簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低、可實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的制備高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金的制備方法，克服現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)生的加工處理缺陷。高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金的具體制備操作步驟如下
第一步固溶處理和熱軋
將鉻鋯銅合金鑄錠，在SRJX-4-9箱式電阻爐中進(jìn)行固溶退火處理，固溶溫度為920 950°C，時(shí)間為I 2小時(shí)；然后在普通軋機(jī)上進(jìn)行熱軋加工，熱軋變形量為50 80%，水冷；在400 500°C下進(jìn)行中間退火，退火時(shí)間1-2小時(shí)，空氣冷卻至室溫，得到熱軋件；所述鉻鋯銅合金中成份的重量百分比為鉻Cr O. 5 I. 0%、鋯Zr O. 2 I. 0%、鑭La O. I O. 4%、鎂Mg及其它雜質(zhì)元素之和< O. 01%,銅Cu97. 6 99. 2% ；
第二步常溫冷軋和退火
將熱軋件在普通冷軋機(jī)上進(jìn)行冷軋加工，冷軋變形量為20 50% ;在400 500°C下進(jìn)行冷軋退火處理，退火時(shí)間I 2小時(shí)，空氣冷卻至室溫，得到冷軋件；
第三步低溫處理
對(duì)冷軋件進(jìn)行低溫處理，使冷軋件冷卻到_50°C _196°C，并保持O. 5 I小時(shí)，得到低溫處理件；所述低溫處理是指將樣件置于液氮或干冰中使樣件冷卻到指定低溫的處理方法;
第四步快速變形處理和最終退火
對(duì)低溫處理件進(jìn)行快速變形處理得到快速變形處理件，所述快速變形是指通過沖壓機(jī)或鍛打方法對(duì)樣件進(jìn)行處理，沖壓或鍛打變形速率為每秒的變形量20% 80% ;在400 500°C溫度條件下對(duì)快速變形處理件進(jìn)行最終退火處理，退火時(shí)間I 3小時(shí)，空氣冷卻，得到高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金；其抗拉強(qiáng)度大于600MPa，延伸率大于10%，且導(dǎo)電率在80%IACS以上。本發(fā)明的原理是通過對(duì)銅合金樣件低溫處理后進(jìn)行快速變形加工的方法，在合金中形成了大量的孿晶，從而獲得高強(qiáng)高導(dǎo)的性能。銅合金為面心立方金屬，其室溫滑移的臨界分切應(yīng)力小，在常溫塑性變形過程中，主要以滑移的方式進(jìn)行。而滑移所產(chǎn)生的位錯(cuò)點(diǎn)陣畸變?yōu)榇蟠蠼档秃辖饘?dǎo)電性能。采用低溫快速變形的方式，一方面低溫時(shí)銅合金滑移變形的方式受到限制，滑移不再是主要的變形方式；另一方面銅合金快速變形時(shí)的瞬時(shí)切應(yīng)力大，能達(dá)到發(fā)生孿生所需的臨界應(yīng)力大小，合金變形以孿生為主。孿生形成的亞晶界和孿晶晶界畸變能小，對(duì)電子的阻礙作用小，有利于減少銅合金導(dǎo)電性能的降低；加上形變和細(xì)晶強(qiáng)化的作用，最終獲得高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金。本發(fā)明的有益技術(shù)效果是
1、本發(fā)明選擇在低于銅合金發(fā)生滑移變形的溫度下，進(jìn)行低溫快速變形加工處理，與未進(jìn)行低溫快速變形加工處理下的樣件相比，不僅能夠提高銅合金的強(qiáng)度，還能較好的保持銅合金的導(dǎo)電性；
2、本發(fā)明所制銅合金性能優(yōu)于未采用本法處理制得的銅合金性能，本法獲得的銅合金的抗拉強(qiáng)度大于600MPa，延伸率大于10%，且導(dǎo)電率在80%IACS以上；
3、本發(fā)明所采用的低溫快速變形加工處理方法，對(duì)材料的尺寸局限性小，實(shí)施簡(jiǎn)單，可以利用現(xiàn)有設(shè)備直接投入生產(chǎn)，成本低廉，具有良好的工業(yè)應(yīng)用前景。


圖I為制備高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金的工藝流程圖。圖2為實(shí)施例I中高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金的微觀組織形貌。圖3為實(shí)施例I液氮處理后快速變形量為35%時(shí)銅合金晶體空間取向分布等Φ截面圖。圖4為實(shí)施例2液氮處理后快速變形量為45%時(shí)銅合金晶體空間取向分布等φ截面圖。圖5為實(shí)施例3干冰處理后快速變形量為55%時(shí)高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金晶體取向成像圖。圖6為實(shí)施例4干冰處理后快速變形量為65%時(shí)高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金晶體取向成像圖。圖7為高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金常規(guī)處理與低溫快速變形(實(shí)施例1、2、3、4)下導(dǎo)電率的對(duì)比。
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I:
將鉻鋯銅合金(重量百分比組成為鉻Cr O. 5 I. 0%、鋯Zr O. 2 I. 0%、鑭La O. I O. 4%、鎂Mg及其它雜質(zhì)元素之和< O. 01%,銅Cu97. 6 99. 2%)的原始鑄錠，在SRJX-4-9箱式電阻爐中進(jìn)行固溶退火處理，固溶溫度為950°C，固溶處理時(shí)間為I小時(shí)；然后在普通軋機(jī)上進(jìn)行熱軋加工，變形量為50%，熱軋后水冷；而后在450°C下進(jìn)行中間退火，退火時(shí)間I小時(shí)，退火后空冷。將上一步后獲得的樣件在普通冷軋機(jī)上進(jìn)行冷軋加工，變形量為30%;最后在450°C下進(jìn)行中間退火，退火時(shí)間I小時(shí)，退火后空冷。將退火后的樣件置于液氮池中浸泡，并保持O. 5小時(shí)，而后即刻進(jìn)行快速變形處理，沖壓變形速率每秒35%。將低溫快速變形加工處理后的樣件在450°C下退火處理I小時(shí)，退火后空冷。所述工藝過程如圖I所
/Jn ο最終獲得高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金樣件，樣件的微觀組織形貌如圖2所示形成了許多彌散細(xì)小的晶粒，樣件織構(gòu)類型為{110}〈001>型織構(gòu)，高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金晶體空間取向分布等Φ截面圖見圖3所示。所得樣件的抗拉強(qiáng)度為610MPa，延伸率為16%，導(dǎo)電率為83%IACS，不同溫度和變形條件下所得樣件的性能對(duì)比見圖7所示。實(shí)施例2:
將鉻鋯銅合金(重量百分比組成為鉻Cr O. 5 I. 0%、鋯Zr O. 2 I. 0%、鑭La O. I O. 4%、鎂Mg及其它雜質(zhì)元素之和< O. 01%,銅Cu97. 6 99. 2%)的原始鑄錠，在SRJX-4-9箱 式電阻爐中進(jìn)行固溶退火處理，固溶溫度為950°C，固溶處理時(shí)間為I小時(shí)；然后在普通軋機(jī)上進(jìn)行熱軋加工，變形量為60%，熱軋后水冷；而后在450°C下進(jìn)行中間退火，退火時(shí)間I小時(shí)，退火后空冷。將上一步后獲得的樣件在普通冷軋機(jī)上進(jìn)行冷軋加工，變形量為40% ；最后在450°C下進(jìn)行中間退火，退火時(shí)間2小時(shí)，退火后空冷。將退火后的樣件置于液氮池中浸泡，并保持O. 5小時(shí)，而后即刻進(jìn)行快速變形處理，沖壓變形速率每秒45%。將低溫快速變形加工處理后的樣件在450°C下退火處理2小時(shí)，退火后空冷。所述工藝過程如圖I所
/Jn ο最終獲得高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金樣件，所得樣件織構(gòu)類型為{100}〈110〉型織構(gòu)，高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金晶體空間取向分布等Φ截面圖見圖4所示。所得樣件的抗拉強(qiáng)度為635MPa，延伸率為13%，導(dǎo)電率為81%IACS，不同溫度和變形條件下所得樣件的性能對(duì)比見圖7所示。實(shí)施例3:
將鉻鋯銅合金(重量百分比組成為鉻Cr O. 5 I. 0%、鋯Zr O. 2 I. 0%、鑭La O. I
O.4%、鎂Mg及其它雜質(zhì)元素之和< O. 01%,銅Cu97. 6 99. 2%)的原始鑄錠，在SRJX-4-9箱式電阻爐中進(jìn)行固溶退火處理，固溶溫度為950°C，固溶處理時(shí)間為I小時(shí)；然后在普通軋機(jī)上進(jìn)行熱軋加工，變形量為70%，熱軋后水冷；而后在450°C下進(jìn)行中間退火，退火時(shí)間I小時(shí)，退火后空冷。將上一步后獲得的樣件在普通冷軋機(jī)上進(jìn)行冷軋加工，變形量為40% ；最后在450°C下進(jìn)行中間退火，退火時(shí)間I小時(shí)，退火后空冷。將退火后的樣件置于干冰中浸泡，并保持I小時(shí)，而后即刻進(jìn)行快速變形處理，沖壓變形速率每秒55%。將低溫快速變形加工處理后的樣件在450°C下退火處理2小時(shí)，退火后空冷。所述工藝過程如圖I所示。最終獲得高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金樣件，圖5所示為高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金晶體EBSD取向成像圖。所得樣件的抗拉強(qiáng)度為615MPa，延伸率為15%，導(dǎo)電率為87%IACS，不同溫度和變形條件下所得樣件的性能對(duì)比見圖7所示。實(shí)施例4:
將鉻鋯銅合金(重量百分比組成為鉻Cr O. 5 I. 0%、鋯Zr O. 2 I. 0%、鑭La O. I
O.4%、鎂Mg及其它雜質(zhì)元素之和< O. 01%,銅Cu97. 6 99. 2%)的原始鑄錠，在SRJX-4-9箱式電阻爐中進(jìn)行固溶退火處理，固溶溫度為950°C，固溶處理時(shí)間為I小時(shí)；然后在普通軋機(jī)上進(jìn)行熱軋加工，變形量為80%，熱軋后水冷；而后在450°C下進(jìn)行中間退火，退火時(shí)間I小時(shí)，退火后空冷。將上一步后獲得的樣件在普通冷軋機(jī)上進(jìn)行冷軋加工，變形量為50%;最后在450°C下進(jìn)行中間退火，退火時(shí)間2小時(shí)，退火后空冷。將退火后的樣件置于干冰中浸泡，并保持I小時(shí)，而后即刻進(jìn)行快速變形處理，沖壓變形速率每秒65%。將低溫快速變形 加工處理后的樣件在450°C下退火處理3小時(shí)，退火后空冷。所述工藝過程如圖I所示。最終獲得高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金樣件，圖6所示為高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金晶體EBSD取向成像圖。所得樣件的抗拉強(qiáng)度為640MPa，延伸率為13%，導(dǎo)電率為82%IACS，不同溫度和變形條件下所得樣件的性能對(duì)比見圖7所示。
權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金的制備方法，其特征在于具體制備操作步驟如下 (1)固溶處理 和熱軋 將鉻鋯銅合金鑄錠，固溶退火處理，固溶溫度為920 950°C，時(shí)間為I 2小時(shí)；熱軋加工，熱軋變形量為50 80%，水冷；中間退火處理，退火溫度為400 500°C，時(shí)間1_2小時(shí)，空氣冷卻至室溫，得到熱軋件；所述鉻鋯銅合金中成份的重量百分比為鉻O. 5 I. 0%、鋯O. 2 I. 0%、鑭O. I O. 4%、鎂及其它雜質(zhì)元素之和< O. 01%，銅97. 6 99. 2% ； (2)常溫冷軋和退火 將熱軋件進(jìn)行冷軋加工，冷軋變形量為20 50% ;冷軋退火處理，退火溫度為400 500°C，退火時(shí)間I 2小時(shí)，空氣冷卻至室溫，得到冷軋件； (3)低溫處理 對(duì)冷軋件進(jìn)行低溫處理，使冷軋件冷卻到_50°C _196°C，并保持O. 5 I小時(shí)，得到低溫處理件； (4)快速變形處理和最終退火 對(duì)低溫處理件進(jìn)行快速變形處理，將變形處理件進(jìn)行最終退火處理，退火溫度為400 500°C，退火時(shí)間I 3小時(shí)，空氣冷卻，得到高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金，其抗拉強(qiáng)度大于600MPa，延伸率大于10%，且導(dǎo)電率在80%IACS以上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金的制備方法，其特征在于所述低溫處理是將冷軋件置于液氮冷卻到_50°C _196°C的處理方法，并保持O. 5 I小時(shí)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金的制備方法，其特征在于所述低溫處理是將冷軋件置于干冰中冷卻到_50°C -78. 5°C，并保持O. 5 I小時(shí)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金的制備方法，其特征在于所述快速變形處理是指通過沖壓或鍛打方法對(duì)低溫處理件進(jìn)行快速變形處理，沖壓或鍛打變形速率為每秒的變形量20% 80%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金的制備方法。具體制備操作步驟為(1)固溶處理和熱軋、(2)常溫冷軋和退火、(3)低溫處理、(4)快速變形處理和最終退火。本發(fā)明選擇在低于銅合金發(fā)生滑移變形的溫度下，進(jìn)行低溫快速變形加工處理，與未進(jìn)行低溫快速變形加工處理下的樣件相比，不僅能夠提高銅合金的強(qiáng)度，還能較好的保持銅合金的導(dǎo)電性。本發(fā)明所制銅合金性能優(yōu)于未采用本法處理制得的銅合金性能，其抗拉強(qiáng)度大于600MPa，延伸率大于10%，且導(dǎo)電率在80%IACS以上。
文檔編號(hào)C22F1/08GK102839341SQ20121036661
公開日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月28日
發(fā)明者黃新民, 吳玉程, 秦永強(qiáng), 王巖, 舒霞, 鄭玉春, 曹鈞力 申請(qǐng)人:合肥工業(yè)大學(xué)