一种超细高强度Cu-Nb复合线材的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种超细高强度Cu

【技术实现步骤摘要】
一种超细高强度Cu
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Nb复合线材的制备方法


[0001]本专利技术属于高强合金线材加工
，具体涉及一种超细高强度Cu
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Nb复合线材的制备方法。

技术介绍

[0002]电磁炮是利用电磁发射技术制成的一种先进动能杀伤武器。与传统大炮将火药燃气压力作用于弹丸不同，电磁炮是利用电磁系统中电磁场产生的安培力来对金属炮弹进行加速，使其达到打击目标所需的动能，与传统的火药推动的大炮相比，电磁炮可大大提高弹丸的速度和射程。电磁炮主要由三部分组成，即能源、加速器以及开关。其中加速器就是将电磁能量转换成炮弹动能，使炮弹达到高速的装置，主要包括使用低压直流单极发电机供电的轨道炮加速器和离散或连续线圈结构的同轴同步加速器两大类。其中，连续线圈结构的线圈炮由于具备较高的能量装换效率而得到广泛研究。
[0003]在电磁武器装置研究时，面临最大的问题就是磁场力的问题，即当电流通过电磁线圈中导体材料时会产生极强的洛仑兹力，同时也会释放出大量的焦耳热，这就要求磁体导体材料有足够的室温抗拉强度抵抗洛伦磁力，同时要匹配良好的导电性，且导体材料具有可弯曲性。因此，选择力学和导电性能匹配良好的磁体导体材料是实现脉冲强磁场装置的硬件核心之一。由于纯铜线具有较好的导电导热性，因此传统电磁线圈大都采用纯铜线作为导体材料，但由于纯铜线室温抗拉强度较低，不能承受电流通过时产生的巨大洛仑兹力，从而限制电磁能量的进一步提升，降低电磁炮发射的初始加速度，从而极大削弱电磁炮弹的发射速度与射程。而要想提高加速能力就只能让炮弹通过更大电流，但也会随之产生大电流发热以及炮身烧蚀等麻烦。目前，海军对电磁线圈炮导体材料的室温抗拉强度提出突破1GPa的目标，因此，研发新型高强度导体材料成为电磁武器研制中亟待解决的关键问题。
[0004]大量理论和实验研究表明，Cu
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Nb合金材料是室温抗拉强度和电导率匹配度较好的复合材料，是强磁场体材料的首选，已经成功应用于脉冲强磁场导体材料，在电磁武器领域也具有很大的应用潜力。对Cu
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Nb复合材料而言，Cu作为基体，Nb作为增强体，材料结构(FCC
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BCC)简单，不仅能提高复合材料的强度，又弥补了复合材料的部分电导损失，工艺稳定，线材性能优异。相较纯铜线能更好地承受电流通过时产生的巨大洛仑兹力，进一步提升电磁场所产生的安培力从而对金属炮弹进行加速，大大提高炮弹的速度与射程。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种超细高强度Cu
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Nb复合线材的制备方法。该方法通过对卷绕结合集束拉拔法制备的Cu
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Nb复合线材在塑性拉拔加工前进行退火预处理，结合调控加工变形量，减少了制备过程中的退火次数，从而释放加工态线材内部残余应力，促使晶粒再结晶长大，有效改善线材的加工硬化现象，获得超细丝径且具有高强度、高韧性和良好导电性的超细高强度Cu
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Nb复合线材。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种超细高强度Cu
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Nb复合线材的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
[0007]步骤一、将采用卷绕结合集束拉拔法制备的Cu
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Nb复合线材进行退火预处理；
[0008]步骤二、将步骤一中经退火预处理后的Cu
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Nb复合线材进行塑性拉拔加工，然后进行中间退火处理；
[0009]步骤三、将步骤二中经中间退火后的Cu
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Nb复合线材继续进行塑性拉拔加工，然后进行短时低温退火处理，得到超细高强度Cu
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Nb复合线材；所述超细高强度Cu
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Nb复合线材的线径低至0.8mm，室温抗拉强度高达1GPa以上。
[0010]本专利技术以采用卷绕结合集束拉拔法制备的Cu
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Nb复合线材为对象，首先在塑性拉拔加工前对该多芯的Cu
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Nb复合线材进行退火预处理，结合调节塑性拉拔加工的变形量，减少了制备过程中的退火次数，仅通过一次中间退火处理即有效消除了Cu
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Nb复合线材的加工硬化现象，在使得Cu
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Nb复合线材逐步减径获得超细丝径Cu
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Nb复合线材的同时，避免了多次退火导致的线材强度大幅衰减，使得超细丝径Cu
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Nb复合线材具有高强度和高韧性，并保持良好的导电性。
[0011]上述的一种超细高强度Cu
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Nb复合线材的制备方法，其特征在于，步骤一中所述退火预处理的温度为680℃～730℃，时间为2h～3h。由于本专利技术对采用卷绕结合集束拉拔法制备的Cu
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Nb复合线材为起始原料进行塑性拉拔以获得超细线材，其后期拉拔加工变形量增大，本专利技术通过控制退火预处理的温度和时间，以减小起始原料Cu
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Nb复合线材内部的残余应力，消除加工硬化现象，改善起始原料Cu
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Nb复合线材的塑性，保证后期超细线材的顺利加工。
[0012]上述的一种超细高强度Cu
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Nb复合线材的制备方法，其特征在于，步骤二中所述塑性拉拔加工的总变形量和步骤三中所述塑性拉拔加工的总变形量为84％～97％。
[0013]上述的一种超细高强度Cu
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Nb复合线材的制备方法，其特征在于，步骤二中所述中间退火处理的温度为680℃～730℃，时间为2h～3h。
[0014]随着塑性拉拔加工的进行，Cu
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Nb复合线材中的Cu、Nb尺寸逐渐减小，晶格畸变严重，残余应变增大，同时由于Cu
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Nb复合线材制备过程中每一次拉拔加工前都要进行一次组装复合，需要将Cu、Nb单芯卷绕线材组装在二次Cu包套内再次进行拉拔，导致内部Cu、Nb芯丝与外部Cu基体的变形量不同，从而导致Cu
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Nb复合线材内部晶粒尺寸不一，晶格畸变程度不同，而且Nb比Cu的再结晶温度要高得多；因此，本专利技术通过控制塑性拉拔加工的总变形量和中间退火处理的温度时间，即在较高温度下保温较长时间，以保证Cu
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Nb复合线材中的残余应力充分释放，改善加工塑性。
[0015]同时，相较常规加工Cu
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Nb复合线材工艺，本专利技术制备的超细线材在中间退火处理后至成品的加工变形量更大，更难制备，因此通过控制该阶段塑性拉拔加工的总变形量，并与退火预处理、中间退火处理、短时低温退火处理配合，以保证超细高强度Cu
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Nb复合线材的顺利制备。
[0016]上述的一种超细高强度Cu
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Nb复合线材的制备方法，其特征在于，步骤三中所述短时低温退火处理的温度为250℃～400℃，时间为1h。本专利技术通过控制短时低温退火处理的温度为250℃～400℃，使得Cu基体的晶粒发生再本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超细高强度Cu
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Nb复合线材的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、将采用卷绕结合集束拉拔法制备的Cu
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Nb复合线材进行退火预处理；步骤二、将步骤一中经退火预处理后的Cu
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Nb复合线材进行塑性拉拔加工，然后进行中间退火处理；步骤三、将步骤二中经中间退火后的Cu
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Nb复合线材继续进行塑性拉拔加工，然后进行短时低温退火处理，得到超细高强度Cu
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Nb复合线材；所述超细高强度Cu
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Nb复合线材的线径低至0.8mm，室温抗拉强度高达1GPa以上。2.根据权利要求1所述的一种超细高强度Cu
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【专利技术属性】
技术研发人员：吴艺凡，王鹏飞，梁明，李建峰，
申请(专利权)人：西北有色金属研究院，
类型：发明
国别省市：