[發明專利]一種Cu-Cr-Zr合金的制備方法

在審

• 申請號: 201810657006.4
• 申請日: 2018-06-25
• 公開（公告）號: CN110629139A
• 公開（公告）日: 2019-12-31
• 發明（設計）人: 劉吉梓;劉壯家;歐藝文;王經濤
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: C22F1/08
• 分類號: C22F1/08;C22C9/00
• 代理公司: 32203 南京理工大學專利中心
• 代理人: 鄒偉紅

本發明涉及一種Cu?Cr?Zr合金的制備方法，該方法通過ECAP后進行低溫變形以及隨后的時效處理制得Cu?Cr?Zr合金。本發明制備的Cu?Cr?Zr合金抗拉強度為710～730MPa，導電率為75.2～80％IACS,硬度為225～234HV,斷后延伸率為14～15％左右，且具有優良的加工成形能力。不僅可以代替電氣化鐵路電力牽引用的接觸線，而且在城市軌道交通，工礦電氣化運輸和起重系統等領域也可以得到廣泛應用。

技術領域

本發明涉及的是一種Cu-Cr-Zr合金的制備方法，屬于金屬材料制備加工領域。

背景技術

隨著電氣化鐵路向越來越快的速度發展，必然會加大接觸線所受的懸掛張力和與受電弓的表面摩擦力，所以對接觸線的技術質量要求也越來越高。接觸線理想的性能指標是：抗拉強度＞560MPa，導電率＞80％IACS以及具有較好的加工成形性。綜于各種制備銅合金的文獻可以發現如下幾種問題：1.采用傳統的冷軋、冷拔等加工工藝備出來的Cu合金屈服強度在500MPa左右，導電率在75％IACS以上，這在未來高速重載化的列車面前，其強度不足將面臨嚴峻的挑戰。2.隨著表征技術的提高，已經發現納米晶、納米孿晶對材料性能有顯著提高，采用劇烈塑性變形(SPD)已經可以引進這種納米結構，但這些納米結構在高溫下不穩定，是亟待解決的問題。3.脈沖電解沉積制備的銅合金只適用于薄膜材料，難呈大塊體、成本高、效率低；4.動態塑性變形(DPD)的銅合金受限于小的樣品尺寸和高的應變速率難以應用與實際生產。5.液氮軋制容易在合金中易形成剪切帶，合金的形變組織不均勻，材料的流變行為受到影響，表面容易出現細微裂紋，影響合金表觀質量及應用。

近幾年，用于接觸線的時效強化銅合金的研究十分火熱，如Cu-Cr-Zr合金，通常合金元素的含量通常在2～3％以下，其強度和導電性能都比較優越。而這期間的冷變形和時效工藝仍處在探索優化階段。A.Vinogradov等人通過等徑角擠壓技術(ECAP)這種純剪切的劇烈塑性變形制備出160nm的超細晶Cu-Cr-Zr合金，以及隨后的時效處理得到了700MPa抗拉強度和77％IACS導電性的良好匹配。目前尋找具有普適性的高強高韌，高強高導的結構設計方法并開發適于工程實際應用的制備工藝仍是科研、技術工程界的難題。

發明內容

本發明目的在于提供的是一種Cu-Cr-Zr合金的制備方法。

實現本發明目的提供技術方案如下：

一種Cu-Cr-Zr合金的制備方法，具體制備步驟如下：

步驟1固溶處理

將鍛造后方棒在1000℃-1050℃下，保溫時間0.5～2小時，隨后室溫水淬。

步驟2等徑角擠壓

將固溶處理后的銅合金棒材放入模具中進行4-12道次的擠壓。

步驟3低溫變形

軋制前將等徑角擠壓后的樣品浸泡在液氮中，時間20-40min，使樣品變形溫度在-150℃—-100℃之間；每道次結束后在放入液氮中保溫10-20分鐘再進行下一道次，軋制變形程度約為80-85％，軋制時的應變速度控制在1×10^-3～1×10^-2s^-1左右。

步驟4時效處理

將低溫變形后的樣品在420℃-520℃的溫度下保溫0.5-8小時，然后進行空氣淬火，以此來優化Cr顆粒的沉淀和測試UFG結構的熱穩定性。

進一步的，Cu-Cr-Zr合金，包括下述組分按質量百分比組成：

Cr：0.3～1.0％

Zr：0.05～0.3％

Si：0.03～0.08％，其余的是Cu和一些鑄造過程中不可避免的雜質元素。