[發明專利]一種錫青銅等軸晶組織的方法

有效

• 申請號: 201310338248.4
• 申請日: 2013-08-06
• 公開（公告）號: CN103451584A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 王佳;肖寒;吳龍彪;周榮;盧德宏;蔣業華;周榮鋒
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: C22F1/08
• 分類號: C22F1/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種錫青銅等軸晶組織的方法，小變形量軋制與固相線下短時保溫工藝制備，屬于金屬非枝晶組織制備的技術領域。

背景技術

錫青銅是最常用的銅合金之一，其主要合金元素為Cu和Sn，合金中還可添加P、Zn、Pb、Ni改善其力學性能、抗腐蝕性能、耐磨性能與工藝性能。鑄造通常是生產錫青銅制品的第一道工序，在澆鑄后，錫青銅會得到連接成網狀結構的枝晶組織，其強度、塑性都偏低，為了改善其力學性能，有利于后期加工，需要通過長時間退火工藝將原始鑄態組織消除，得到非枝晶組織。由于在錫青銅退火溫度650～700℃下，Sn元素在Cu中擴散速度極慢，導致錫青銅的退火需要的時間極長，至少需要8小時，因此采用退火工藝得到錫青銅非枝晶組織是一種能耗高，效率低的生產方法；并且由于退火保溫時間太長，得到的錫青銅非枝晶組織晶粒粗大、不均勻，其力學性能等也由于組織的粗大、不均勻而受到影響。

應變誘發熔化激活法（Strain?Induced?Melt?Activation，SIMA法），是制備合金半固態組織的一種方法，其工藝過程也是將合金預變形后進行重熔保溫，尤其對制備較高熔點合金的半固態組織具有獨特的優越性。SIMA法制備的半固態坯料通常要用于進一步的流變或觸變成型，要求坯料中初生固相均勻細小，并具備合適的液相率。為了提高液相率，SIMA法制備合金半固態坯料工藝中需要對坯料進行大程度預變形，在鋁合金、鎂合金上能夠達到40%，且重熔保溫溫度通常高于固相線，處于固液相線區間內，最終制備的合金組織中液相組織含量要求達到30～40%。由于液相率非常高，初生固相往往被大量液相冷卻組織所包裹，因此，這種大預變形量、固相線以上保溫的SIMA法所制備的合金組織已經明顯區別于常規的等軸晶組織，僅僅適合于后續半固態工藝成型，不適合用于常規機械加工。

發明內容

為了克服上述長時間退火工藝制備錫青銅非枝晶組織能耗高、生產效率低、組織和性能不均勻、晶粒粗大等缺點，本發明提供一種制備錫青銅等軸晶組織的方法，方法簡單、節能、高效、制備的錫青銅等軸晶組織和性能均勻。

本發明的技術方案是：首先測量所要制備的銅合金固相線點，然后對合金坯料進行小變形量軋制，最后在固相線下短時保溫后得到所需等軸晶組織，包括如下具體制備步驟：

（1）將錫青銅進行橫軋和縱軋的多向交替軋制，使得錫青銅的總變形量為10～20%；

（2）測量錫青銅的固相線溫度，然后將步驟（1）中變形后的錫青銅加熱至固相線溫度以下30～50℃溫度區間10～20min保溫后水淬，得到錫青銅等軸晶組織。

所述錫青銅是以錫為主要合金元素的青銅，含錫量一般在3～14wt%之間。

所述步驟（2）中錫青銅進行多道次軋制時，首先對其進行橫軋，然后沿著軋制方向旋轉90°，對其進行縱軋；再次沿著軋制方向旋轉90°，對其進行橫軋，如此重復橫軋和縱軋，直到金屬或合金坯料的變形量達到10～20%。

所述步驟（2）中，制備錫青銅等軸晶組織用的預變形是軋制工藝，也即對坯料進行橫軋與縱軋的多向交替軋制成形，最終將軋制后的合金坯料的變形量控制在10～20%，通過控制變形量，來控制合金坯料中儲備的形變能，以實現加熱過程中控制晶界處共析或共晶組織的含量和等軸晶尺寸，預變形量越小共析或共晶組織含量越少；

所述步驟（3）中，軋制之后的合金坯料要進行固相線下短時保溫，將軋制后的合金加熱至固相線以下30～50℃溫度區間保溫10～20min后水淬，通過控制加熱溫度和保溫時間來控制合金組織中晶界處共析或共晶組織的含量及等軸晶的尺寸。加熱溫度越低，共析或共晶組織越少，等軸晶直徑越小，但加熱溫度不能低于固相下50℃以上，溫度太低Sn元素擴散能力減弱，枝晶也無法快速熔斷，不能在短時保溫內得到等軸晶組織；在相同的加熱溫度下，保溫時間越長，共析或共晶組織越多，等軸晶直徑越大。保溫后需要及時水淬處理，隨爐冷卻會造成組織中晶粒進一步長大，而空冷處理可能造成合金坯料內外晶粒尺寸不均勻，外部冷卻較快組織較細小，而內部組織相對粗大。