一种热处理-形变制备高强度高塑性铜材的方法技术

本发明专利技术公开了一种热处理

【技术实现步骤摘要】
一种热处理
‑
形变制备高强度高塑性铜材的方法


[0001]本专利技术涉及金属复合材料制备
，具体涉及一种热处理
‑
形变制备高强度高塑性铜材的方法。

技术介绍

[0002]目前主流的大塑性变形工艺主要包括高压扭转、等通道角挤压和累积叠轧等。叠轧变形工艺是制备高强材料的主要成形技术，该工艺可以使变形材料产生高密度位错，通过继续加工使其转变成小角度和大角度晶界。叠轧变形工艺是一种有效的细化晶粒方法。通过在变形过程中引入大应变量，将块体金属组织细化至超细晶和纳米晶级别。
[0003]累积叠轧工艺由日本大阪大学的Y.Saito教授首次提出，并在纯铝上首试成功，将晶粒细化到1μm范围内。首先，采用两块形状、尺寸相同的薄板材料，并对其进行表面处理，主要是去除表面污渍和打磨，目的是增加叠轧金属的结合强度；然后将两块薄板迅速叠合在一起，在一定温度下进行轧制，使其结合成一个整体；最后，将轧制成整体的板料从中截断，再经表面处理、叠合、轧制等重复操作，进行多次的轧制，从而使材料发生较大变形，组织得到细化，材料的力学性能大幅提升。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于热处理
‑
形变制备高强度高塑性铜材的方法，通过在不同的退火环境中，控制铜板材晶粒尺寸大小，使之成梯度排布，再经过叠轧，制成高强度高塑性的梯度纯铜材。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了如下的技术方案：
[0006]本专利技术第一方面提供了一种热处理
‑
形变制备高强度高塑性铜材的方法，包括以下步骤：
[0007]S1.提供N(N＞2)个厚度相同的轧制铜板；
[0008]S2.将所述N个厚度相同的轧制铜板分别按照不同的退火制度进行退火处理，获得晶粒尺寸呈梯度排列的退火铜板；
[0009]S3.对所述退火铜板进行表面处理；
[0010]S4.取任意两块相邻梯度的退火铜板进行叠轧，得到双层梯度复合板；
[0011]S5.对所述双层梯度复合板进行表面处理；
[0012]S6.取另一退火铜板，与所述双层梯度复合板再次进行叠轧，得到三层梯度复合板；其中，所述另一退火铜板与所述双层梯度复合板的晶粒尺寸呈相邻梯度；
[0013]S7.重复步骤S5～S6，得到N层梯度复合板；
[0014]S8.对所述N层梯度复合板进行表面处理；
[0015]S9.将所述N层梯度复合板裁剪成两块复合板，并使两块复合板中大晶粒尺寸的表面贴合在一起进行叠轧，得到2N层对称梯度的复合板。
[0016]在金属材料的轧制过程中，经过轧制材料结构细化之后，其强度和硬度提高了，约
为同等成分粗晶态材料强度的数倍，但是却牺牲了材料本身的塑性和韧性。有研究表明，制备纳米结构材料过程，进行多级构筑可以有效克服材料纳米结构化带来的弊端，梯度结构便是其中的一种重要构筑类型。梯度结构是指材料的结构单元尺寸(如晶粒尺寸或层片厚度)在空间上呈梯度变化，即从纳米尺度连续增加到宏观尺度。
[0017]本专利技术根据累积叠轧的方法，叠轧前对板材进行不同制度的梯度退火，从而使板材的晶粒尺寸呈梯度分布；接着将表面进行处理后尺寸相等的两块薄板材料在一定温度下叠轧并使其自动焊合，然后重复进行相同的工艺反复叠轧，一方面使材料的组织得到细化，另一方面使复合板材中的晶粒尺寸呈梯度均匀分布，从而大幅度提高材料的力学性能，同时降低了材料本身的塑性和韧性的牺牲。
[0018]本专利技术中，在轧制过程中，将晶粒大的板材放在内侧，保证外侧晶粒组织小，使其复合板材表面具有高强度；而中间组织的晶粒大，保证了组织的塑性不会很差，在强度和塑性之间进行了权衡。
[0019]进一步地，步骤S1中，所述轧制铜板的原始铜材为纯铜板或铜合金，所述铜合金包括但不限于铜锡合金、铜银合金、铜镍合金。原始铜材的抗拉强度一般为190～320MPa，维氏硬度为>＝59HV。
[0020]进一步地，步骤S1中，所述原始铜材厚度大于1mm，经过多道次轧制后，总变形量在45～70％，厚度一般为0.3～3mm。优选地，所述N个厚度相同的轧制铜板是由原始铜材轧制成铜板后，切割后得到的；其中轧制铜板的个数N＞2，例如可以为3、4、5、6、7、8、9、10等。
[0021]进一步地，步骤S1中，所述原始铜材的晶粒粒径为50～600μm，经过多道次轧制后，晶粒尺寸统一变小，最终晶粒粒径为5～50μm。
[0022]本专利技术步骤S2中，通过在不同的退火环境中，控制铜板材晶粒尺寸大小，使之成梯度排布。优选地，所述退火处理的温度为270～700℃，例如可以为300℃、400℃、500℃、600℃；时间优选为10min～2h，例如可以为10min、20min、30min、40min、60min、90min、120min。
[0023]在一典型的实施例中，通过不同的退火处理，晶粒粒径控制在三个梯度范围内：5～25μm，15～35μm，25～50μm。
[0024]进一步地，步骤S3、S5和S8中，所述表面处理包括机械处理和化学试剂处理，以除去铜板表面的杂质及有机化合物。
[0025]进一步地，步骤S4和S6中，所述叠轧在室温下进行，其形变量为35～75％。
[0026]本专利技术步骤S7中，经过多次叠轧得到的N层梯度复合板，每一层的铜板中的晶粒尺寸呈梯度分布，即晶粒平均尺寸由一侧向另一侧逐渐减小或增大。
[0027]进一步地，步骤S9中，所述叠轧在室温下进行，其形变量为45～70％。
[0028]进一步地，步骤S1、S4、S6、S9中，轧机的轧辊转速为400～600r/min，各道次的轧制方向相同。
[0029]本专利技术第二方面提供了由所述的方法制备得到的高强度高塑性铜材，该铜材同时具有高强度和高塑性。以本专利技术制备的六层复合铜板为例，其屈服强度为400～480MPa，抗拉强度>＝480MPa，维氏硬度为120～135HV，断后延伸率在6％左右。
[0030]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0031]1.本专利技术基于退火工艺对铜板进行热处理，通过控制不同铜板的晶粒尺寸变化，使其进行梯度排列，再使用同步叠轧工艺，将不同晶粒大小的等厚度纯铜铜板进行非完全
对称轧制，在轧制的过程中，受轧辊及剪切力的影响，组织晶粒被拉长、细化变小，最终使铜板形成了芯部晶粒尺寸大、表层的晶粒尺寸小的微观结构，且晶粒尺寸沿厚度方向有明显的梯度排布，获得了具有梯度结构的高强度高塑性纯铜板材。
[0032]2.本专利技术的方法可以灵活调控叠轧前板材组织结构，根据实际性能需求制备所需梯度组织结构，实现高强度与高塑性的良好匹配。
附图说明
[0033]图1为本专利技术实施例1中的复合板的截面结构图；
[0034]图2为本专利技术实施例2中的高强度高塑性纯铜板材显微组织图；
[0035]图3为本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热处理
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形变制备高强度高塑性铜材的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.提供N(N＞2)个厚度相同的轧制铜板；S2.将所述N个厚度相同的轧制铜板分别按照不同的退火制度进行退火处理，获得晶粒尺寸呈梯度排列的退火铜板；S3.对所述退火铜板进行表面处理；S4.取任意两块相邻梯度的退火铜板进行叠轧，得到双层梯度复合板；S5.对所述双层梯度复合板进行表面处理；S6.取另一退火铜板，与所述双层梯度复合板再次进行叠轧，得到三层梯度复合板；其中，所述另一退火铜板与所述双层梯度复合板的晶粒尺寸呈相邻梯度；S7.重复步骤S5～S6，得到N层梯度复合板；S8.对所述N层梯度复合板进行表面处理；S9.将所述N层梯度复合板裁剪成两块复合板，并使两块复合板中大晶粒尺寸的表面贴合在一起进行叠轧，得到2N层对称梯度的复合板。2.根据权利要求1所述的一种热处理
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形变制备高强度高塑性铜材的方法，其特征在于，步骤S1中，所述轧制铜板的原始铜材为纯铜板或铜合金，所述铜合金包括铜锡合金、铜银合金、铜镍合金。3.根据权利要求2所述的一种热处理
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形变制备高强度高塑性铜材的方法，其特征在于，步骤S1中，所述原始铜材经过多道次轧制后，总变形量在45～70％，厚度为0.3～3mm。4.根据权利要求2所述的一种热处理

【专利技术属性】
技术研发人员：祖国庆，查俊，赵宇，乔谊辉，苏思铜，冉旭，
申请(专利权)人：长春工业大学，
类型：发明
国别省市：