【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于铜合金材料加工，具体涉及一种共格纳米析出高强韧高导铜材的制备方法。
技术介绍
1、高强度导电铜合金是高性能铜合金中最重要的组成部分之一。按照强度和导电性水平，主要可分为高强高导铜合金(强度高于600mpa，导电性高于60％iacs)和高弹性导电铜合金(强度高于1.0gpa，导电性高于10％iacs)两类。其中，高强高导铜合金在大量新兴产业和技术中广泛使用，是450km/h高铁轨道接触线、超大型集成电路引线框架和高级电气元件等领域的基础材料。由于相关产业体量发展迅速、技术进步飞快，对新型铜材的开发及其组织性能提升的需求也十分迫切。目前已经广泛使用的高强高导铜合金主要包括cu-fe-p、cu-ni-si和cu-cr-zr三个体系。早期的高强高导铜合金主要指cu-fe-p系合金，该类合金的导电性能较好，低合金体系可达80～90％icas，但强度较低，一般在300～400mpa，在高合金含量体系和优化加工的情况下也很难超过600mpa，故使用场景受到一定限制。目前广泛使用的高强高导大尺寸块体铜材主要为cu-ni-si及cu-cr-zr系合金。其中，cu-ni-si系合金可以实现较高的强度，经优化处理后可达800～1000mpa，但导电性能相对cu-ag、cu-fe-p、cu-cr-zr系较低，一般仅在40～60％icas，在接近1000mpa的极高强度下通常仅有20％icas左右。由于高强高导铜合金最主要的使用场景、新一代集成电路引线框架对铜材的性能需求为强度超过600mpa、导电率不低于80％icas，同时需要具备良好的
2、
3、目前，强度和导电综合性能最为优异的是cu-cr-zr系合金。通过特殊的塑性变形加工和热处理，材料的电导率可以接近80％icas，抗拉强度也可以达到接近600mpa甚至更高的水平。但总体来说，现有的技术均存在加工方式复杂、样品尺寸受限、不易于投入工业化生产等问题。同时，已有技术所制备的高强度cu-cr-zr合金经常存在韧塑性不足的问题。sun等通过低温动态强烈塑性变形方法，依托cu-1.2cr-0.3zr合金制备出超高强度的小尺寸样品，抗拉强度可超过700mpa，电导率提升至78.7％icas。(l.x.sun,n.r.tao,k.lu.scripta materialia,2015,99:73-6)vinogradov等通过等通道转角挤压后低温时效的方式，制备出抗拉强度700mpa、电导率80％icas的低合金含量的cu–0.44cr–0.2zr合金，但制备手段相对复杂，且塑性仅有1.1％。(a.vinogradov,v.patlan,y.suzuki,k.kitagawa,v.kopylov,acta materialia 50(7)(2002)1639-1651)专利cn110055479a公布了一种800mpa级高导电铜铬锆合金及其制备方法，采用了等通道转角挤压及超大变形量低温轧制等方式，所需变形量大，难以应用于工业化生产，且所制备的材料塑性较差，不易于加工成形。专利cn116083827a公布了一种多级变形-多级时效制备高强高导纳米异构铜铬锆合金的方法。该方法同样需要使用等通道转角挤压、室温以下变形等特殊变形手段，不利于加工，且并未考虑所制备材料的塑性。专利cn110835699a公布了一种微合金化的新型cu-cr-zr合金，能够通过较为常规的加工方式获得较好的性能，但所选用的合金加入了mg、si、fe、ti、la、b、ca等多种合金元素，且需要采用氢气、氮气混合气氛的冷却方式，生产大块体型材时较难实施。同时，该方法同样未关注所制备材料的韧塑性。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了克服上述现有方法所存在缺陷而提供的一种共格纳米析出高强韧高导铜材的制备方法，本专利技术采用低合金化的合金设计思路，相比其他商用合金，降低了cr、zr元素的含量，不加入其他合金元素，并通过适配的多步冷轧-时效工艺在合金中获得了多尺度的纳米共格析出相，实现了强度、导电性、塑性、加工硬化能力的同时提升，具有生产工艺简单、合金成本低廉、易于工业化生产、综合性能优异的特点。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种共格纳米析出高强韧高导铜材的制备方法，主要包括熔炼、均匀化处理及开坯、固溶保温、一级冷变形处理、一级时效预处理、二级强烈冷变形处理、二级时效处理等工艺步骤，具体如下：
3、(1)熔炼：按照铜合金成分配料，在非真空感应炉中加入定量的纯铜、铜铬中间合金和铜锆中间合金，均匀搅动熔炼，浇铸成铸锭；
4、(2)均匀化处理及开坯：将步骤(1)得到的铸锭在920～960℃保温不少于4.0h，消除成分偏析，获得显微组织均匀的铸坯，出炉后立即以热锻方式开坯，随后空冷至室温；
5、(3)固溶保温：将步骤(2)得到的锻料在930～950℃保温10.0～15.0h，以确保均匀化和开坯处理工艺中析出基体的cr和zr元素全部回溶至基体中，随即对锻料进行水冷降温至室温；
6、(4)一级冷变形处理：将步骤(3)得到的锻料在室温下进行多道次轧制，总变形量不大于40％；
7、(5)一级时效预处理：将步骤(4)得到的板材在450～480℃进行短时时效热处理，保温时间为5～10min，随后水冷至室温；
8、(6)二级强烈冷变形处理：将步骤(5)得到的板材在室温进行多道次同步轧制，总变形量为80～95％；
9、(7)二级时效处理：将步骤(6)得到的板材在350～380℃进行时效热处理，保温时间为2.0～5.0h，空冷至温室。
10、进一步地，所述铜材含有以下质量百分比的成分：cr:0.2～0.8％，zr:0.02～0.08％，其余为cu和不可避免的杂质。优选的成分质量百分比为：cr:0.2～0.4％，zr:0.02～0.04％，其余为cu和不可避免的杂质。
11、本专利技术共格纳米析出强化高强高导高塑低合金铜材的合金设计原理如下：
12、相比于位错、晶界、空位等，固溶原子是对合金导电性能影响最大的金属材料显微结构因子。众多研究表明，降低总合金含量是最有效的提升合金导电性能的成分设计策略。故在本专利技术公布的合金中，cr、zr两个主要合金元素的含量被尽可能地降低，且不加入其他合金元素。在这样的前提下，需要采取与合金成分适配的加工方式尽可能地提升纳米析出相的数密度，适当地缩小纳米析出相的尺寸，并优化其与基体的界面结构，以确保所制备材料在具备高导电性的同时兼具优异的综合力学性能。
13、进一步地，步骤(1)熔炼中加入原料的顺序为先加入纯铜和铜铬中间合金，待熔体完全熔化后，再添加铜锆中间合金，其含量与设计含量一致。
14、进一步地，步骤(4)一级冷变形处理所采用的轧制为多道次异步轧制，板材上下表面的轧辊的线速度比为1.2～2.5:1，每道次的变形量为3～5％；步骤(6)二级强烈冷变形处理所采用的轧制为同步轧制，轧辊本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种共格纳米析出高强韧高导铜材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种共格纳米析出高强韧高导铜材的制备方法，其特征在于，步骤(1)熔炼中加入原料的质量百分比成分为：Cr:0.2～0.8％，Zr:0.02～0.08％，其余为Cu和不可避免的杂质。优选的合金成分为：Cr:0.2～0.4％，Zr:0.02～0.04％。
3.根据权利要求1所述的一种共格纳米析出高强韧高导铜材的制备方法，其特征在于，步骤(1)熔炼中加入原料的顺序为先加入纯铜和铜铬中间合金，待熔体完全熔化后，再添加铜锆中间合金，其含量与设计含量一致。
4.根据权利要求1所述的一种共格纳米析出高强韧高导铜材的制备方法，其特征在于，步骤(4)一级冷变形处理所采用的轧制为多道次异步轧制，板材上下表面的轧辊的线速度比为1.2～2.5:1，每道次的变形量为3～5％；步骤(6)二级强烈冷变形处理所采用的轧制为同步轧制，轧辊的直径和转速均相同，每道次的变形量不低于4％，轧制不低于20道次。
5.根据权利要求1所述的一种共格纳米析出高强韧高导铜材的制备方法，其
6.根据权利要求1所述的一种共格纳米析出高强韧高导铜材的制备方法，其特征在于，步骤(5)所述的一级冷变形和时效预处理后材料的显微组织为超细晶基体组织以及弥散分布在基体上的富Cr纳米前驱体和高密度位错结构。基体组织的平均晶粒尺寸为200～500nm，纳米前驱体的颗粒尺寸为0.5～4.0nm。
7.根据权利要求1所述的一种共格纳米析出高强韧高导铜材的制备方法，其特征在于，所述的铜材的显微结构包括不完全再结晶的超细晶基体组织以及弥散分布在基体上的两种不同颗粒尺度的高密度纳米析出相。
8.根据权利要求1所述的一种共格纳米析出高强韧高导铜材的制备方法，其特征在于，所述的超细晶基体组织的晶粒尺寸为200～800nm。
9.根据权利要求1所述的一种共格纳米析出高强韧高导铜材的制备方法，其特征在于，所述的两种不同颗粒尺度的高密度纳米析出相分别为：
10.根据权利要求1所述的一种共格纳米析出高强韧高导铜材的制备方法，其特征在于：所制备的铜材的屈服强度不低于600MPa，抗拉强度不低于650MPa，断裂延伸率不低于9.0％，导电率不低于85％IACS。
...【技术特征摘要】
1.一种共格纳米析出高强韧高导铜材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种共格纳米析出高强韧高导铜材的制备方法，其特征在于，步骤(1)熔炼中加入原料的质量百分比成分为：cr:0.2～0.8％，zr:0.02～0.08％，其余为cu和不可避免的杂质。优选的合金成分为：cr:0.2～0.4％，zr:0.02～0.04％。
3.根据权利要求1所述的一种共格纳米析出高强韧高导铜材的制备方法，其特征在于，步骤(1)熔炼中加入原料的顺序为先加入纯铜和铜铬中间合金，待熔体完全熔化后，再添加铜锆中间合金，其含量与设计含量一致。
4.根据权利要求1所述的一种共格纳米析出高强韧高导铜材的制备方法，其特征在于，步骤(4)一级冷变形处理所采用的轧制为多道次异步轧制，板材上下表面的轧辊的线速度比为1.2～2.5:1，每道次的变形量为3～5％；步骤(6)二级强烈冷变形处理所采用的轧制为同步轧制，轧辊的直径和转速均相同，每道次的变形量不低于4％，轧制不低于20道次。
5.根据权利要求1所述的一种共格纳米析出高强韧高导铜材的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的热锻开坯所获锻...
【专利技术属性】
技术研发人员：叶聪，杨晓斌，马硕，付立铭，单爱党，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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