[发明专利]一种高强韧高导电铜镁合金的加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高强韧高导电铜镁合金的加工方法，属于有色合金加工技术领域。

背景技术

高强高导铜合金是一种具有优良综合物理性能和力学性能的结构功能材料，广泛应用于电气化铁路的接触线材料中。接触线作为电气化铁路弓网关系中的重要介质，其作用是确保列车在高速运行时能够持续不断地从牵引供电系统中得到电能，由于工作环境比较恶劣（需要承受冲击、振动、温差变化和极大的工作张力），接触线力学性能和导电性能的优劣将直接影响到高速列车的安全稳定运行。针对纯铜导线强度低之先天不足，人们通过添加Ag、Sn、Mg、Cr等成分来提高其机械强度和耐磨性，但因此也导致了合金导电率的不同程度降低。目前最具市场潜力为超细晶强化型铜镁合金，其经固溶强化、冷作硬化和细晶强化后强度达560MPa，导电率65%IACS以上。此外，国内正在研发析出强化型铜合金接触线（Cu-Cr-Zr合金），以期满足强度600MPa以上、导电率80%IACS以上的高端需求，但这种析出强化型接触线生产工艺复杂，必须进行热处理，很难实现规模化生产。因此，探索铜合金复合高强高导技术，简化生产工艺，降低生产成本，相关基础研究和应用开发工作受到了各国研究者和政府的广泛重视。

目前，晶粒细化是公认的改善金属材料综合使用性能的有效方法，从铜合金的组织超细化和加工工艺入手，有望改善其微观组织结构，从而提高其强韧性并保持良好的导电性。目前，制备新型超细晶或纳米晶铜合金的主要方法有机械合金化、真空熔炼-快速凝固、球磨-压制、非晶晶化、高能球磨法等，而新发展起来的、具有广泛实用前景的为大塑性变形（SPD）加工法（如：等通道转角挤压，即ECAP；高压扭转，即HPT；Conform连续挤压法）。

Conform连续挤压法是由英国原子能局(UKAEA)斯普林菲尔德研究所的格林(D. Green) 于1971 首先提出的，该工艺的开发使挤压生产真正实现了连续化加工，获得了广泛的实际应用。目前，利用Conform加冷拔制备的铜镁合金接触线抗拉强度可达到550MPa，但导电率小于70%IACS。这主要是由于Conform加工过程中，挤压腔产生很高的温度，导致晶粒细化效果有限。而后续冷拔加工虽然能明显提高铜镁合金的抗拉强度，但在冷拔过程中会产生大量位错和晶体缺陷，降低合金导电性能。

ECAP法是由俄罗斯科学家VM Segal于20世纪80年代发明的，具有加工方便、被加工材料尺寸改变小、可多道次持续加工等特点。它是利用试验材料在两个等径通道的相交区域发生的近似理想的剪切变形以及在加工过程中存在的加工硬化、动态回复和再结晶等来控制材料微观组织，从而达到细化晶粒和提高材料性能的目的。90年代后，ECAP逐渐发展为一种制备块状、致密、超细晶块体金属材料的有效方法。近年来，已有研究者将该工艺应用于铜合金的组织细化和微观结构改善，如Kun Xia Wei等人利用ECAP加工的方法对铸态的Cu-0.5%Cr合金进行8道加工后，其抗拉强度达到了484MPa，再经冷轧加工后，抗拉强度达到了579MPa，但导电率仅为35%IACS，为了提高导电率，试样需经过较高温度的退火处理。因此Cu-Cr合金的加工方法比较烦琐，对加工工艺的要求也较为严格。而Cu-Mg系合金加工方法则较为简单，目前Cu--Mg合金的加工法主要有上引连铸加拉拔和上引连铸连挤加拉拔，但这两种加工方法制备的Cu--Mg合金虽然具有较好的抗拉强度（500MPa～550MPa），但导电率却小于70%IACS。利用ECAP加工的方法制备高强韧高导电率Cu-Mg合金的研究却未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种高强韧高导电铜镁合金的加工方法，采用连续等通道转角挤压方法，工艺操作与设备要求简单，藉此在不改变试件形状和尺寸的情况下提高合金的抗拉强度和塑性，保持其良好的导电性能，并且可与现有接触线生产线良好结合。

本发明的特征在于结合了现有铜镁合金接触线的生产加工工艺，在此基础上采用多道次连续等通道转角挤压加工技术，通过组织的超细化实现其强韧性的提高，并保持良好的导电性能。具体技术方案如下：