一种同时提高铜锌合金强度和塑性的方法技术

本发明专利技术公开了一种同时提高铜锌合金强度和塑性的方法，属于材料制备技术领域。本发明专利技术所述方法为将板材进行表面打磨处理，形成较为光滑表面；在表面打磨处理后的铜锌合金板材上进行表面机械研磨技术对金属表面晶粒尺寸细化；分别对铜锌合金板材的双面进行表面机械研磨处理；对铜锌合金板材进行处理。本发明专利技术是采用预先对表面进行晶粒尺寸细化处理，使形成的金属表面层沿板层芯部之间形成晶粒尺寸梯度，在大大提高强度的同时，牺牲塑性的能力也降低很多，解决了目前直接进行对铜锌合金工艺造成强度低、极大限制铜锌合金应用范围的问题。极大限制铜锌合金应用范围的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种同时提高铜锌合金强度和塑性的方法


[0001]本专利技术涉及一种同时提高铜锌合金强度和塑性的方法，属于金属材料加工


技术介绍

[0002]由铜和锌所组成的合金即为黄铜，由铜、锌组成的黄铜叫作普通黄铜。黄铜有较强的耐磨性能，黄铜常被用于制造阀门、水管、空调内外机连接管和散热器等。铜锌合金因为具有良好的导电、导热、耐磨以人及易切削加工等性能的优点而广泛地应用在现代工业与工程技术领城，各种家用电器、输电设施、集成电路中都离不开铜合金，是目常生活和生产中不可或缺的重要组成。随着科学技术进步，传统的加工制备方法难以满足工业与工程对其性能的高要求，阻止了它们在相关领域的发展与应用，那么如何提高铜锌合金的综合机械性能也成为了近年来困扰国际材料领域科学工作者们的一项重大难题。
[0003]工艺制备的铜锌的强度与塑性似乎是互相矛盾性能特征，呈现出“倒置”关系，即高强度金属往往低塑性，强度与塑性很难兼得。目前来说，工业制备方法多是以产品的设计需求达到满足预设工作环境的要求即可，强度与塑性的短板限制了相关产品更进一步的可能。均质的块状纳米晶和超细晶结构的材料能够取得极高的强度，研究者们发现经过大塑性变形工艺来制备的均质块状纳米/超细晶材料能有效的提高材料的强度，逐渐衍生出了诸如等径角挤压、异步轧制、累积叠轧，动态塑性变形、高压扭转等工艺技术；然而，通过上述大塑性变形工艺制备的纳米/超细晶材料普遍存在均匀延伸性极低的短板。
[0004]为解决上述材料在应用时的短板，即在材料在塑性变形过程中的均匀变形能力国内外科学研究者们对这些材料进行了大量的研究与调查，依据各自的研究结果提出了诸多有效可行的实验方案：科学工作者们对大塑性变形工艺主要集中在了二元或多元合金材料的相关研究。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种同时提高铜锌合金强度和塑性的方法，通过利用表面机械研磨技术对铜锌合金板材进行单面表面晶粒细化处理，制备表面具有超细晶
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粗晶的异质结构材料，芯部为粗晶，在保持超高的强度和硬度的同时，并且牺牲较低的塑性，这是在变形过程中芯部结构与表面结构相互协同，较高的加工硬化能力，多种机制相互配合，避免因结构差异引起的性能突变，得到了很好的强化和应用，该工艺方法简单，具体包括以下步骤：（1）对已熔炼成型的铜锌合金板材进行550~700℃真空退火2~4h，实现均质化处理。
[0006]（2）对步骤（1）后的铜锌合金板材上进行打磨处理，在铜锌合金板材表面用不同的粗糙度的砂纸由粗到细将金属基板打磨为光滑的表面，去掉表面残留氧化层，抛光，备用；优选化学研磨抛光，所述抛光液为中性或碱性。
[0007]（3）在液氮环境下，对步骤（2）得到铜锌合金板材的双面进行表面机械研磨得到铜锌合金板材。
[0008]优选的，本专利技术所述铜锌合金为Cu
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20wt%Zn合金。
[0009]优选的，本专利技术所述铜锌合金板材的厚度为2.5mm ~ 5mm。
[0010]优选的，本专利技术所述表面机械研磨的过程为：注入钢珠对铜锌合金板材进行撞击变形，处理时间为10~15min。
[0011]优选的，本专利技术所述表面机械研磨的过程中试验频率为20~50Hz，钢球直径8mm，钢球数量为150~208颗。
[0012]本专利技术的有益效果（1）本专利技术是对金属表面改性后采用晶粒尺寸细化方式在金属基板上制备梯度结构材料，使得表面晶粒逐步细化，大大简化了工艺流程，在变形过程中表面较细晶粒层与芯部粗晶层协同强化，多种机制相互作用，从而极大的提高屈服与抗拉强度的同时双面拥有叫较高的塑性。
[0013]（2）通过在低温环境中（如：液氮环境）下进行大塑性变形加工有利于抑制位错的动态回复而增加孪生变形的几率。使得较室温环境中加工后的力学性能中拥有较高的塑性。
[0014]（3）制作双面的材料强度和塑性更好，可以在多种情况需要做出选择，且易于实现连续化生产，产品质量稳定，资金投入较少，进一步拓展了铜锌和其他合金的应用范围。
[0015]附图说明
[0016]图1为本专利技术的实施制得的异质结构铜锌合金单、双面拉伸曲线比较。
具体实施方式
[0017]下面结合具体实施例本专利技术作进一步的详细说明，但本专利技术的保护范围并不限于所述内容。
[0018]实施例1一种同时提高铜锌合金强度和塑性的方法，具体包括以下步骤：（1）对已熔炼成型的4mm的Cu
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20wt%Zn合金板材进行550℃真空退火4h，实现均质化处理。
[0019]（2）对步骤（1）后的铜锌合金板材上进行打磨处理，在铜锌合金板材表面用不同的粗糙度的砂纸由粗到细将金属基板打磨为光滑的表面，去掉表面残留氧化层，抛光，备用。
[0020]（3）在液氮环境下，对步骤（2）得到铜锌合金板材的双面进行表面机械研磨，处理时间为15min，试验频率为50Hz，钢球直径8mm，钢球数量为150颗。
[0021]为验证处理后的铜锌合金板材的力学性能，经过步骤（3）的得到铜锌合金板材，进行电火花线切割机或激光熔覆等技术，在不影响金属结构的情况下，切割成狗骨形状的拉伸试样以获得拉伸曲线。
[0022]本实施例制备的机械研磨处理的异质结构的铜锌材料的屈服强度可达236MPa（附图1中实例2曲线所示），是退火铜锌合金的4mm曲线所示的 3.2倍，均匀延伸率达到22%，抗
拉强度可达316Mpa。
[0023]作为对比，还进行了单面机械研磨处理，屈服强度（17%），抗拉强度达296MPa，和双面的铜锌材料相比性能较差。
[0024]实施例2一种同时提高铜锌合金强度和塑性的方法，具体包括以下步骤：（1）对已熔炼成型的5mm的Cu
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20wt%Zn合金板材进行700℃真空退火2h，实现均质化处理。
[0025]（2）对步骤（1）后的铜锌合金板材上进行打磨处理，在铜锌合金板材表面用不同的粗糙度的砂纸由粗到细将金属基板打磨为光滑的表面，去掉表面残留氧化层，抛光，备用。
[0026]（3）在液氮环境下，对步骤（2）得到铜锌合金板材的双面进行表面机械研磨得到铜锌合金板材，处理时间为10min，试验频率为20Hz，钢球直径8mm，钢球数量为208颗。
[0027]为验证处理后的铜锌合金板材的力学性能，经过步骤3）的得到铜锌合金板材，进行电火花线切割机或激光熔覆等技术，在不影响金属结构的情况下，切割成狗骨形状的拉伸试样以获得拉伸曲线。
[0028]制备的表面晶粒细化的双面异质结构铜锌材料的屈服强度可达193MPa，是退火态的铜锌材料的2.6倍，均匀延伸率达到31%，抗拉强度可达287Mpa。
[0029]作为对比，还进行了单面机械研磨处理，屈服强度（29%），抗拉强度达270MPa，和双面的铜锌材料相比性能较差。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种同时提高铜锌合金强度和塑性的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：（1）对已熔炼成型的铜锌合金板材进行，实现均质化处理；（2）对步骤（1）后的铜锌合金板材上进行打磨处理，在铜锌合金板材表面用不同的粗糙度的砂纸由粗到细将金属基板打磨为光滑的表面，去掉表面残留氧化层，抛光，备用；（3）在液氮环境下，对步骤（2）得到铜锌合金板材的双面进行表面机械研磨得到铜锌合金板材。2.根据权利要求1所述同时提高铜锌合金强度和塑性的方法，其特征在于：所述铜锌合金为Cu
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20wt%Zn合金。3.根据权利要求2所述同时提高...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱心昆，刘洋，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：