专利名称：一种超细晶粒高强度高韧性铜合金板带的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种黄铜板带材的制备方法，尤其是一种超细晶粒高强度高韧性铜板 带及其制备方法。属于有色金属热加工技术领域。
背景技术：
近年来，随着通讯、电子、电力工业等领域的快速发展，铜及其合金板带产品的应 用范围不断扩大，对其性能提出了更高的要求，制备出强度高，塑性、韧性好的铜合金板带 具有十分重要的意义。细化晶粒是提高材料强度最有效的方法之一。目前主要通过高压扭转、等通道角 挤压等剧裂塑性变形来制备超细晶粒材料，以上方法需要特制的模具，制备过程繁琐、成本 高、效率低，尤其当材料细化至Iym以下时，其延性急剧下降成为十分突出的问题。这不仅 影响到材料的使用性能，还导致二次成形难，最终限制了材料的更广泛的应用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种工艺方法简单、生产成本低、 可实现工业化规模生产的制备超细晶粒高强度高韧性铜合金板带的制备方法。本发明一种超细晶粒高强度高韧性铜合金板带的制备方法，包括下述步骤第一步退火将铜合金铸锭在700 850°C ；保温时间0. 5 2小时后；水冷，退火；第二步热轧及中间退火将第一步所得铜合金试件在700 900°C热轧后水冷，变形量为40 70% ；然后 将热轧后水冷试件在600 750°C，保温时间0. 5 2小时后空冷，进行中间退火；第三步常温冷轧再结晶退火将第二步所得试件进行变形量为30 60%的常温冷轧后，于300 450°C ；保温 时间0. 5 2小时，空冷，进行再结晶退火；第四步深冷处理和低温冷轧将第三步所得试件置液氮中浸泡后，进行多道次低温冷轧；每道次低温冷轧前将 试件置液氮中浸泡5 30分钟；累积变形量40 90% ；第五步退火将第四步所得试件加热至250 380°C，保温时间0. 2 2小时，空冷，退火；即 得本发明之平均尺寸为0. 8 μ m左右、抗拉强度为650 880MPa、延伸率为10 30%的超 细晶粒高强度高韧性铜合金板带。本发明一种超细晶粒高强度高韧性铜合金板带的制备方法中，所述试件在液氮中 的浸泡时间为5 10分钟，所述低温冷轧，每道次变形量为10 20%。本发明一种超细晶粒高强度高韧性铜合金板带的制备方法第五步中，所述退火温 度为观0 350°C，保温时间为0. 2 1小时。
本发明一种超细晶粒高强度高韧性铜合金板带的制备方法中，所述铜合金为含锌 量大于等于10wt%的黄铜合金。本发明由于采用上述工艺方法，采用液氮深冷处理后的冷变形和低温退火工艺， 通过冷变形时所产生的大量形变孪晶与低温退火后所产生的退火孪晶将组织细化，使得材 料具有较高的强度性能；同时，退火孪晶可有效改善材料的延性，最终制备出了超细晶粒高 强度高韧性的铜合金板带。与现有技术相比，本发明具有如下优点和积极效果1，采用反复液氮深冷处理后的冷轧和退火处理，不仅可有效提高材料强度，还可 改善延性。2，本发明所制备的高强度高韧性铜合金板带可直接投入使用，从而提高现有产品 的使用寿命；也可进行深加工成形，可扩展铜合金板带的应用范围。3，本发明生产工艺简单、可利用现有设备直接投入生产，生产成本低、易实现规模 化生产，有良好的工业前景。本发明通过深冷处理后的冷变形和低温退火后明显细化了铜合金晶粒，与未深冷 处理下的试件相比，其强度和延性均有不同程度的提高，一定程度上解决了强度与韧性此 消彼长的矛盾；生产工艺简单，可以在现有生产设备上制备，对铜合金板带直接使用或二次 加工具有十分重要的意义；具有良好的工业应用前景。
附图1为本发明实施例1的试件经300°C退火0. 2小时后的EBSD取向成相图。附图2为本发明实施例1的试件经300°C退火0. 2小时后的晶界取向差分布图。附图3为本发明实施例2的试件经250°C退火0. 5小时后的金相组织图。附图4为本发明实施例3的试件经280°C退火1小时后的EBSD取向成相图。附图5为本发明实施例4的试件经300°C退火0. 5小时后的EBSD取向成相图。附图6为本发明实施例3所制备的黄铜合金板带在300°C退火不同时间后抗拉强 度与延伸率曲线。图中从图1、2可见，实施例1的试件低温退火后整个组织已被均勻细化至1 μ m 左右，组织中存在大量的退火孪晶和形变孪晶。从图3可见，实施例2的试件低温退火后组织已被均勻细化至0. 6 μ m左右，组织 中存在较多的板条状的退火孪晶。从图4可见，实施例3的试件低温退火后组织已被均勻细化至0. 5 μ m左右，组织 中存在较多的板条状的退火孪晶和少量形变孪晶。从图5可见，实施例4的试件低温退火后组织已被均勻细化至0. 7 μ m左右，组织 中存在较多的板条状的形变孪晶和退火孪晶。从图6可见，与未经深冷处理的试件相比，本发明工艺所制备的铜合金板带的强 度与延性总大于未经深冷处理下的试件。说明本发明不仅可提高材料强度，同时也可以提 高其延性。
具体实施例方式下面结合实施例，对本发明作详细介绍4
实施例1将含铜70%的黄铜合金铸锭经800°C退火1小时水冷后进行热轧，控制变形量为 60%，热轧温度为780°C，得板坯；对板坯进行600°C、1小时的中间退火后进行冷轧，控制变 形量为50%;冷轧后进行1小时的中间退火，退火温度为350°C;然后进行多道次冷轧，冷轧 时在每道次变形前将试件置液氮中浸泡10分钟，单道次冷轧完成后迅速将试件浸泡于液 氮中，反复深冷处理和低温冷轧，变形量达到50%后进行温度为300°C、0. 2小时的低温退 火。即得本发明之超细晶粒高强度高韧性铜合金板带。参见附图1可知低温退火后整个 组织已被均勻细化至Iym左右，组织中存在大量的退火孪晶和形变孪晶，此时黄铜合金板 带的强度为675MPa，延伸率为对％。实施例2将含铜68%的黄铜合金铸锭经700°C退火2小时水冷后进行热轧，控制变形量为 40 %，热轧温度为700°C，得板坯；对板坯进行680°C、2小时的中间退火后进行冷轧，控制变 形量为60%;冷轧后进行2小时的中间退火，退火温度为450°C;然后进行多道次冷轧，冷轧 时在每道次变形前将试件置液氮中浸泡5分钟，单道次冷轧完成后迅速将试件浸泡于液氮 中，反复深冷处理和低温冷轧，变形量达到60%后进行温度为250°C、0. 5小时的低温退火。 即得本发明之超细晶粒高强度高韧性铜合金板带，参加附图3可知低温退火后组织已被 均勻细化至0. 6 μ m左右，组织中存在较多的板条状的退火孪晶，其抗拉强度为720MPa，延 伸率为18%。实施例3将含铜70%的黄铜合金铸锭经850°C退火0. 5小时后水冷进行热轧，控制变形量 为70%，热轧温度为780°C，得板坯；对板坯进行750°C、0. 5小时的中间退火后进行冷轧，控 制变形量为30% ；冷轧后进行0. 5小时的中间退火，退火温度为300°C ；将此时板坯剪切为 两部分，分别编号为第一组和第二组。然后对第一组试件进行多道次冷轧，冷轧时在每道次 变形前将试件置液氮中浸泡30分钟，反复深冷处理和低温冷轧，变形量达到40%后每隔一 道次将试件剪留一部分，备做强度测试，直至变形量达到90%为止；对第二组试件进行多 道次冷轧，变形量达到40%后每隔一道次将试件剪留一部分，备做强度测试，直至变形量达 到90%为止；对第一、二组试件进行低温退火，控制退火温度为280°C，保温1小时，即得本 发明之超细晶粒高强度高韧性铜合金板带。将第一、二组试件进行强度检测，分别得到附图 5的强拉强度与延伸率变化曲线1和2。参见附图6可知，其变形量为70%时，试件抗拉强 度与延伸率俱佳，其抗拉强度为750MPa，延伸率为16%。同时参见附图4可知低温退火后 组织已被均勻细化至0. 5 μ m左右，组织中存在较多的板条状的退火孪晶和少量形变孪晶。实施例4将含铜80%的黄铜合金铸锭经850°C退火1小时后水冷进行热轧，控制变形量为 60%，热轧温度为850°C，得板坯；对板坯进行700°C、1小时的中间退火后进行冷轧，控制变 形量为40% ；冷轧后进行1小时的中间退火，退火温度为350°C ；然后进行多道次冷轧，冷 轧时在每道次变形前将试件置液氮中浸泡30分钟，反复深冷处理和低温冷轧，变形量达到 90%后进行温度为300°C、0. 5小时的低温退火。即得本发明之超细晶粒高强度高韧性铜合 金板带。参见附图5可知低温退火后组织已被均勻细化至0. 7 μ m左右，组织中存在较多 的板条状的形变孪晶和退火孪晶，其抗拉强度为820MPa，延伸率为13%。
权利要求
1.一种超细晶粒高强度高韧性铜合金板带的制备方法，包括下述步骤第一步退火将铜合金铸锭在700 850°C ；保温时间0. 5 2小时后；水冷，退火；第二步热轧及中间退火将第一步所得铜合金试件在700 850°C热轧后水冷，变形量为40 70% ；然后将热 轧后水冷试件在600 750°C，保温时间0. 5 2小时后空冷，进行中间退火；第三步常温冷轧及再结晶退火将第二步所得试件进行变形量为30 60%的常温冷轧后，于300 450°C，保温时间 0. 5 2小时，空冷，进行再结晶退火；第四步深冷处理和低温冷轧将第三步所得试件置液氮中浸泡后，进行多道次低温冷轧；每道次低温冷轧前将试件 置液氮中浸泡5 30分钟；累积变形量40 90% ；第五步退火将第四步所得试件加热至250 380°C，保温时间0. 2 2小时，空冷，退火；即得超 细晶粒高强度高韧性铜合金板带。
2.根据权利要求1所述的一种超细晶粒高强度高韧性铜合金板带的制备方法，其特征 在于所述试件在液氮中的浸泡时间为5 10分钟，所述低温冷轧，每道次变形量为10 20%。
3.根据权利要求2所述的一种超细晶粒高强度高韧性铜合金板带的制备方法，其特征 在于所述退火温度为280 350°C，保温时间为0. 2 1小时。
4.根据权利要求3所述的一种超细晶粒高强度高韧性铜合金板带的制备方法，其特征 在于所述铜合金为含锌量大于等于10wt%的黄铜合金。
全文摘要
一种超细晶粒高强度高韧性铜合金板带的制备方法，是将铜合金铸锭经高温退火后进行变形量为40％～70％的热轧，得板坯；经中间退火后进行变形量为30～60％的冷轧；冷轧后进行中间退火，然后将板坯置于液氮中浸泡5～30分钟后取出立即进行冷轧，冷轧完后再反复进行深冷处理和冷轧，当累积应变量达到40～90％后进行低温退火，即得本发明之平均尺寸为0.8μm左右的超细晶粒高强度高韧性铜合金板带，其抗拉强度为650～880MPa，延伸率为10～30％。本发明生产工艺简单，加工成本低，可以在现有生产设备上对铜合金实施深冷处理后的冷变形和退火，产生的形变孪晶和退火孪晶细化晶粒的同时，其强度和延性均有提高，具有良好的工业应用前景。
文档编号C22F1/08GK102051564SQ201110023950
公开日2011年5月11日 申请日期2011年1月21日 优先权日2011年1月21日
发明者张之岭, 杨续跃 申请人:中南大学