[发明专利]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

说明书

本发明属于有色金属材料技术领域，具体公开了一种多级变形‑多级时效制备高强高导纳米异构铜铬锆合金的方法。铜铬锆合金按质量百分比的组成为Cr：0.5wt％～1.0wt％，Zr：0.05wt％～0.1wt％，余量为铜。该方法得到了一种新型微观组织结构‑‑纳米异构组织，即由纳米晶、纳米孪晶、纳米析出相以及长大的微米析出相组成的复合组织，纳米晶基体上存在一定成分纳米孪晶，并均匀弥散分布着纳米析出相以及部分长大的析出相。这种新型组织铜合金抗拉强度达750MPa～850MPa，导电率为75％～80％IACS，可以满足电气、电力等行业对高性能铜铬锆合金的需求。

技术领域

本发明属于有色金属材料领域，具体公开了一种多级变形-多级时效制备高强高导纳米异构铜铬锆合金的方法。

背景技术

工业革命以后，发明了蒸汽机。铁路已经成为了人类社会最常见、最快的交通工具之一，而铜合金由于具有较高的强度和较好的导电性能，被广泛应用于引线框架、接触线和集成电路等方面。随着科技的不断进步，未来需要强度更高、导电性更强的铜合金。

铜铬锆合金作为铁路接触线的原材料，因其具有良好的导电性和较高的强度，能大大提高接触线的使用寿命，并且减少能量的损耗。由于高铁速度的不断提高，对接触线强度的要求也越来越高，因此，需要研究制备高强度高导电(≥650MPa、≥75％IACS)铜铬锆合金。

铜铬锆合金属于析出强化型合金，可形成弥散分布相，由此阻碍位错运动，提高合金强度，同时由于合金元素的析出，降低了合金中的固溶元素含量，对导电率影响较小，可以获得较好的综合性能。一般其生产加工过程需要经过固溶+变形+时效处理，但这些方法对铜铬锆合金性能提升有限，并且合金的微观成分不可控，不能满足实际应用的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铜铬锆合金及其制备方法。传统服役铜合金内部组织中存在大量的粗大晶粒、少量超细晶、极少量孪晶、析出物等。本发明将大量纳米孪晶及一定纳米析出物和微米析出物引入铜铬锆合金组织。以保证高强度(750～850MPa)与高导电率(75％～80％IACS)的有效结合。

为了实现本发明的目的，本发明提供的铜铬锆合金的制备方法如下：

(1)铜铬锆合金的固溶处理；

炉温升至1000℃时，将铜铬锆合金材料放于管式炉内保温1h后迅速取出置于5％NaCl溶液中冷却；

采用的铜铬锆合金，其组成和配比(质量％)为Cr：0.5wt％～1.0wt％，Zr：0.05wt％～0.1wt％，余量为铜。

室温下的铜与铬、锆等元素并不互溶，升温至1000℃，将发生共晶转变，使微量元素均匀、充分的溶于铜基体中；将管式炉内保温处理后的合金置于5％NaCl溶液冷却，冷却速度较快，更有利于得到过饱和固溶体。经对铜铬锆合金进行固溶处理，使铜铬锆合金有较好的塑性、韧性，便于后续加工。

(2)对经步骤(1)处理过的铜铬锆合金在低温下进行等通道变形(ECAP)，挤压道次1～8道次，挤压速率10～20mm/min，(模具内角Ф为110°，外角Ψ为0°)，挤压温度为-130℃～-100℃；

(3)对经步骤(2)处理过的铜铬锆合金进行低温下轧制，轧制变形量为50％，轧辊速率10～20r/min，低温环境为液氮环境，轧制温度约为-130℃～-100℃；

(4)将经步骤(4)工艺处理后的铜合金进行中间时效处理，时效温度100～550℃，保温时间0.5-2小时。

低温轧制将材料进一步变形，有利于产生高密度位错及纳米孪晶，随着轧制的进行，晶粒细化，产生更多体积分数的片层结构，有纳米析出物颗粒析出，并且弥散均匀分布，一定体积分数的纳米孪晶、微米晶随之出现。