CN112063941A - 强化Cu-Cr-Zr合金的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种强化Cu‑Cr‑Zr合金的制备方法，其步骤为：将预先制备好的Cu‑Cr‑Zr铸杆先进行固溶处理，固溶处理温度为920～960℃，时间为0.5～2具；将经过固溶处理的Cu‑Cr‑Zr合金进行多道次的ECAP挤压冷变形；将上述Cu‑Cr‑Zr合金进行时效处理，时效处理温度为430～460℃，保温时间为2～6具；将经过时效处理的Cu‑Cr‑Zr合金进行多道次的ECAP挤压冷变形；将上述Cu‑Cr‑Zr合金进行深冷处理，深冷处理温度为‑170℃～‑190℃，时间为1～3具。本发明强化Cu‑Cr‑Zr合金的制备方法可以制备出强度大幅提高，同时导电性也得到大大提高的Cu‑Cr‑Zr合金。
Description
技术领域
本发明涉及铜合金材料加工技术领域，尤其涉及一种强化Cu-Cr-Zr合金的制备方法。
背景技术
Cu-Cr-Zr合金由于具有高的强度、高电导率、良好的导热性及抗氧化性能等特点，被认为是高强高导铜合金中最有应用前景的一类合金，该类合金属于沉淀强化合金中的一种，兼备了优异的导电导热性能和抗拉强度，其主要应用于制作自动焊机的电机、电子工业框架材料、电气化铁路机车滑线、大型铸钢结晶器材料等。
目前，Cu-Cr-Zr系合金材料的传统制备方法是：熔炼→浇铸→后处理，目前对高强高导Cu-Cr-Zr合金的研究主要集中在对其后处理(固溶时效强化等工艺)的研究上。目前国内外普遍采用的强化技术工艺为固溶淬火+冷变形+时效，其中，固溶淬火形成过饱和固溶体，冷变形可造成位错、空位等缺陷，以增加时效时的形核率，时效时形成高度弥散的Cr粒子和Cu3Zr粒子以强化合金。
如何改进上述工艺方法对Cu-Cr-Zr合金进行进一步处理，使其制备出高强高导的Cu-Cr-Zr合金是本发明人潜心研究的课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种强化Cu-Cr-Zr合金的制备方法，其可以制备出强度大幅提高，同时导电性也得到大大提高的Cu-Cr-Zr合金。
为了实现上述目的，本发明提供一种强化Cu-Cr-Zr合金的制备方法，其包括如下步骤：
(1)将预先制备好的Cu-Cr-Zr铸杆先进行固溶处理；
(2)将经过固溶处理的Cu-Cr-Zr合金进行多道次的ECAP挤压冷变形；
(3)将上述Cu-Cr-Zr合金进行时效处理；
(4)将经过时效处理的Cu-Cr-Zr合金进行多道次的ECAP挤压冷变形；
(5)将上述Cu-Cr-Zr合金进行深冷处理。
本发明强化Cu-Cr-Zr合金的制备方法，其中所述步骤(1)中的固溶处理温度为920～960℃，时间为0.5～2h。
本发明强化Cu-Cr-Zr合金的制备方法，其中所述步骤(2)、步骤(4)中均进行2-4道次的ECAP挤压冷变形。
本发明强化Cu-Cr-Zr合金的制备方法，其中所述ECAP挤压变形过程在室温下进行。
本发明强化Cu-Cr-Zr合金的制备方法，其中所述步骤(3)中的时效处理温度为430～460℃，保温时间为2～6h。
本发明强化Cu-Cr-Zr合金的制备方法，其中所述步骤(5)中的深冷处理温度为-170℃～-190℃，时间为1～3h。
一种根据所述的制备方法制备的强化Cu-Cr-Zr合金。
采用上述方案后，本发明强化Cu-Cr-Zr合金的制备方法通过对固溶处理后的Cu-Cr-Zr合金进行ECAP挤压变形，挤压变形刚开始时晶内比较粗大的晶粒发生单滑移或多滑移，随着这种滑移的不断进行，这些粗大晶粒由原来的等轴晶演变为与切应变方向相平行的长条组织。与此同时大晶粒内部产生大量位错，这些位错也在进一步形变的过程中演变为小角度的亚晶界，这样晶内比较粗大的晶粒就发展为细小的亚晶粒。随着变形量的逐步增大，组织中会出现更多位错，这些位错在亚晶粒间集中同时在亚晶外形成等轴。最后随着挤压道次增加，等轴晶间的位置取向变得非常随机，最终实现把原始大晶粒细化为亚微米或几十纳米的超细纳米晶；对Cu-Cr-Zr合金进行时效前的冷变形，可以产生大量的空位、位错等缺陷，这样第二相的形核核心变多，析出的速度加快，可有效促进第二相充分析出，使导电率相应提高，从而通过时效前的冷变形可以改善材料的力学和电学性能；对Cu-Cr-Zr合金采用深冷处理可同时提高Cu-Cr-Zr合金的电导率和抗拉强度，深冷以后合金导电性能改善的主要原因是由于第二相颗粒的析出以及微观缺陷的减少；通过SEM和EDS的分析可以知道深冷处理以后强化的主要原因是由于第二相颗粒的弥散析出。本发明将ECAP挤压、热处理技术和深冷处理技术有效结合使Cu-Cr-Zr的机械性能和导电性均得到显著的提高。一方面，ECAP等通道挤压可以使合金的晶粒得到细化，同时还可以产生加工硬化的效果，改善组织分布，最终提高材料的强度；另一方面，合金经过ECAP等通道挤压以后内部产生了大量的位错等显微缺陷，增多了Cr和Zr的扩散通道同时使得其形核位置显著增加，在后续的热处理或者深冷的过程中使第二相可以得到充分的析出，合金组织的这种微观变化最终使Cu-Cr-Zr合金的各种宏观性能均得到显著的提高。
附图说明
图1是本发明强化Cu-Cr-Zr合金的制备方法实施例一采用的ECAP挤压通道模具示意图；
图2是本发明强化Cu-Cr-Zr合金的制备方法实施例一制备的Cu-Cr-Zr金相组织图；
图3是本发明强化Cu-Cr-Zr合金的制备方法实施例二制备的Cu-Cr-Zr金相组织图；
图4是本发明强化Cu-Cr-Zr合金的制备方法实施例三制备的Cu-Cr-Zr金相组织图。
具体实施方式
实施例一：
本发明强化Cu-Cr-Zr合金的制备方法，其包括如下步骤：
(1)将预先制备好的Cu-Cr-Zr铸杆先进行固溶处理，该铸杆的直径为20mm，固溶处理温度为960℃，时间为1h；
(2)将经过固溶处理的Cu-Cr-Zr合金进行3道次的ECAP挤压冷变形，每次挤压过程均在室温下进行；
(3)将上述Cu-Cr-Zr合金进行时效处理，时效处理温度为450℃，保温时间为4h；
(4)将经过时效处理的Cu-Cr-Zr合金进行3道次的ECAP挤压冷变形，每次挤压过程均在室温下进行；
(5)将上述Cu-Cr-Zr合金进行深冷处理，深冷处理温度为-170℃，时间为2h。
参考图1所示，上述步骤(2)、步骤(4)中的ECAP挤压也叫等通道转角挤压，其均是在方块形挤压模具1上进行，挤压模具1上具有L形通道2，本实施例通道2的横截面直径为20mm，该通道2的一端开在上表面，另一端开在侧面，在挤压力的作用下使铸杆3从挤压模具1的通道2的上端进入，试样在经过通道2的交叉处经受了几乎是纯剪切的较大变形，进而在试样内部产生了强烈的塑性变形，经过重复多次挤压之后可以产生均匀的亚微晶或纳米结：挤压时，将铸杆3从通道2的一端进入，然后从通道2的另一端退出来，这样的一个过程完成一道次的ECAP挤压。本实施例加工成为直径为20mm，长为100mm的圆棒，进行ECAP挤压变形。整个挤压过程都是在室温下进行的。参考图2所示，制备出的强化Cu-Cr-Zr合金的金相组织图。
实施例二：
本实施例采用现有技术制备强化Cu-Cr-Zr合金，其步骤为：
(1)将预先制备好的Cu-Cr-Zr铸杆先进行固溶处理，该铸杆的直径为20mm，固溶处理温度为960℃，时间为1h；
(2)将上述Cu-Cr-Zr合金进行时效处理，时效处理温度为450℃，保温时间为4h。
实施例三：
本实施例采用以下步骤制备强化Cu-Cr-Zr合金，具体为：
(1)将预先制备好的Cu-Cr-Zr铸杆先进行固溶处理，该铸杆的直径为20mm，固溶处理温度为960℃，时间为1h；
(2)将经过固溶处理的Cu-Cr-Zr合金进行3道次的ECAP挤压冷变形，每次挤压过程均在室温下进行。参考图3所示，制备出的强化Cu-Cr-Zr合金的金相组织图。
实施例四：
本实施例采用以下步骤制备强化Cu-Cr-Zr合金，具体为：
(1)将预先制备好的Cu-Cr-Zr铸杆先进行固溶处理，该铸杆的直径为20mm，固溶处理温度为960℃，时间为1h；
(2)将经过固溶处理的Cu-Cr-Zr合金进行3道次的ECAP挤压冷变形，每次挤压过程均在室温下进行；
(3)将上述Cu-Cr-Zr合金进行时效处理，时效处理温度为450℃，保温时间为4h，参考图4所示，制备出的强化Cu-Cr-Zr合金的金相组织图。
实施例五：
本实施例采用以下步骤制备强化Cu-Cr-Zr合金，具体为：
(1)将预先制备好的Cu-Cr-Zr铸杆先进行固溶处理，该铸杆的直径为20mm，处理温度为960℃，时间为1h；
(2)将经过固溶处理的Cu-Cr-Zr合金进行3道次的ECAP挤压冷变形，每次挤压过程均在室温下进行；
(3)将上述Cu-Cr-Zr合金进行深冷处理，深冷处理温度为-170℃，时间为2h。
下表是对上述五个实施例制备出的Cu-Cr-Zr合金进行试验性能测试的结果：
通过上述五个实施例对比，可以看出采用本发明实施例一制备出的强化Cu-Cr-Zr合金是典型的时效强化型高强高导铜合金，其从抗拉强度、HB及电导率来说整体优于其它实施例制备的Cu-Cr-Zr合金。其通过时效前的冷变形可以有效促进第二相的充分析出，这是因为在时效前进行冷变形可以产生大量的空位、位错等缺陷，这样第二相的形核核心就会变多，析出的速度就会加快，导电率相应就越高，从而通过时效前的冷变形可以改善材料的力学和电学性能。在ECAP变形的过程中晶粒细化的过程如下：首先是挤压变形刚开始时晶内比较粗大的晶粒发生单滑移或多滑移，随着这种滑移的不断进行这些粗大的晶粒便由原来的等轴晶演变为与切应变方向相平行的长条组织。与此同时大晶粒内部产生大量的位错，这些位错也在进一步形变的过程中演变为小角度的亚晶界，这样晶内比较粗大的晶粒就发展为细小的亚晶粒。随着变形量的逐步增大，组织中将会出现更多的位错，随后这些位错在亚晶粒间集中，同时在亚晶外形成等轴。最后，随着挤压道次的增加，等轴晶间的位置取向变得非常随机，最终实现了把原始的大晶粒细化为亚微米或几十纳米的超细纳米晶。
深冷处理可以同时提高Cu-Cr-Zr合金的电导率和抗拉强度，深冷以后合金导电性能改善的主要原因是由于第二相颗粒的析出以及微观缺陷的减少；通过SEM和EDS的分析可以知道深冷处理以后强化的主要原因是由于第二相颗粒的弥散析出。将ECAP挤压、热处理技术和深冷处理技术相结合可以使Cu-Cr-Zr的机械性能和导电性均得到显著的提高，这是因为：一方面，ECAP等通道挤压可以使合金的晶粒得到细化，同时还可以产生加工硬化的效果，改善组织分布，最终提高材料的强度；另一方面，合金经过ECAP等通道挤压以后内部产生了大量的位错等显微缺陷，增多了Cr和Zr的扩散通道同时使得其形核位置显著增加，在后续的热处理或者深冷的过程中使第二相可以得到充分的析出。合金组织的这种微观变化最终使Cu-Cr-Zr合金的各种宏观性能均得到显著的提高。
以上对本发明的实施例进行的详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实例，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (7)
1.一种强化Cu-Cr-Zr合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将预先制备好的Cu-Cr-Zr铸杆先进行固溶处理；
(2)将经过固溶处理的Cu-Cr-Zr合金进行多道次的ECAP挤压冷变形；
(3)将上述Cu-Cr-Zr合金进行时效处理；
(4)将经过时效处理的Cu-Cr-Zr合金进行多道次的ECAP挤压冷变形；
(5)将上述Cu-Cr-Zr合金进行深冷处理。
2.根据权利要求1所述的强化Cu-Cr-Zr合金的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的固溶处理温度为920～960℃，时间为0.5～2h。
3.根据权利要求1所述的强化Cu-Cr-Zr合金的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)、步骤(4)中均进行2-4道次的ECAP挤压冷变形。
4.根据权利要求3所述的强化Cu-Cr-Zr合金的制备方法，其特征在于，所述ECAP挤压变形过程在室温下进行。
5.根据权利要求1所述的强化Cu-Cr-Zr合金的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中的时效处理温度为430～460℃，保温时间为2～6h。
6.根据权利要求1所述的强化Cu-Cr-Zr合金的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中的深冷处理温度为-170℃～-190℃，时间为1～3h。
7.一种根据权利要求1-6任一项所述的制备方法制备的强化Cu-Cr-Zr合金。
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