专利名称：一种连续柱状晶组织高铝青铜板材高效轧制工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于金属材料加工技术领域，涉及一种连续柱状晶组织高铝青铜板材的轧制加工工艺。
背景技术：
铝青铜由于具有高强度、高弹性、高导电性能以及良好的耐腐蚀和耐磨损性能，广泛应用于仪器仪表、海洋工程、石油化工、交通运输、航空航天等领域。铝含量大于9. 4wt. %的高铝青铜，其强度、弹性和形状记忆性能均优于铝含量较低的铝青铜，但塑性差，是典型的脆性难加工材料。例如含铝12wt. %的普通铸造铝青铜室温塑性仅为2 4%[Harry Meigh.Cast and wrought aluminum bronzes: properties, processes and structure. London:IOM Communications Ltd; 2000],室温塑性极差,极大制约了该合金的应用。北京科技大学的谢建新等人开发了一种采用连续定向凝固技术制备高塑性铝青铜的方法[刘雪峰，谢建新，季灯平，余均武.一种二元铝青铜线材连续定向凝固制备方法.中国发明专利，专利号21^200610011120.7，2011年11月30日授权]。采用该方法制备的高铝青铜合金具有连续柱状晶组织，可显著提升合金的塑性性能。例如，连续柱状晶组织Cu-12wt. %A1高铝青铜的室温拉伸断后伸长率可达28%，是普通铸造多晶组织合金的 9倍[Yu Wang, Haiyou Huang, Jianxin Xie. Enhanced room temperature tensileductility of columnar-grained polycrystalline Cul2wt. %A1 alloy through texturecontrol by Ohno continuous casting process. Materials Letters, 2011, 65(7):1123-1126]。研究还发现，除塑性性能外，连续柱状晶组织高铝青铜的弹性模量，疲劳强度，电导率和耐腐蚀性能也大幅提升，具有优异的力学、物理和化学性能。例如，连续柱状晶组织Cu-12wt. %A1合金的弹性模量可达167GPa，疲劳强度在300MPa以上，比典型的弹性合金铍青铜QBe2分别高40%和50% ;导电率(22%IACS)和耐腐蚀性能与QBe2相当。这些优异的性能使得连续柱状晶组织高铝青铜有望发展成为可替代有毒铍青铜的高性能“绿色”弹性
I=I -Wl O虽然连续柱状晶组织高铝青铜具有许多优异的性能，但该合金的室温冷加工性能仍然较差，存在道次变形量小、加工硬化严重、易发生开裂等问题。若将合金在热加工温度下加工，虽然加工性能良好，但由于发生再结晶，合金转变为等轴多晶组织，从而失去连续柱状晶组织特有的优异性能。因此，亟需开发适用于连续柱状晶组织高铝青铜合金的高效加工工艺。
发明内容
本发明的目的在于提供一种连续柱状晶组织高铝青铜板材的高效轧制加工工艺，解决脆性难加工高性能连续柱状晶组织高铝青铜合金冷加工性能差、易开裂，热加工时发生再结晶，失去连续柱状晶组织特有的优异性能的问题。一种连续柱状晶组织高铝青铜板材高效轧制工艺，采用连续定向凝固方法制备沿长度方向连续柱状晶组织、表面光亮的高铝青铜(含铝量9.4wt.9Tl4wt.%)坯料，经热轧-温轧高效加工各种规格的高性能高铝青铜板带材。具体工艺路线如下
首先在600°C 850°C温度范围内进行首道次热轧，轧制变形量为60°/Γ90%。轧后采用水冷方式快速冷却以防止脆性相析出。然后在200°C 40(TC温度范围内进行3-11道次后续温轧加工，道次变形量59Γ20%。最终得到具有连续片状晶组织的高铝青铜板带材产品，板材的最大可轧制加工量达到95%以上。本发明的特点在于综合利用铸态连续柱状晶高铝青铜的以下两个特点(1)在6000C 850°C温度下轧制时，可轧制性好，变形抗力小，且第一道次轧制过程中和轧后均不发生再结晶，柱状晶组织得以保留；(2)当轧制温度高于565°C时，合金处于β相区，具有易变形的bcc结构。首道次轧制温度选择在600°C 850°C之间，轧制变形量可达60°/Γ90%，加 工效率高。高温轧制后采用水冷方式快速冷却，可以有效防止轧后脆性相析出。后续温轧加工温度控制在200°C 40(TC之间，低于合金再结晶温度和脆性相析出温度，轧制过程不发生再结晶和脆性相析出。本发明的优点在于
I)材料加工过程中不发生再结晶，保持了高取向性组织。2)首道次采用高温轧制，道次变形量大，加工效率高；
3)温轧后的高铝青铜板带材不含脆性相，具有连续片状晶组织和优异的力学、物理、化学性能。
图I是连续定向凝固制备的连续柱状晶组织Cu-12wt. %A1高招青铜还料的金相组织照片
图2是连续柱状晶组织Cu-12wt. %A1高铝青铜坯料经首道次850°C高温轧制(轧制变形量80%)和9道次400°C低温轧制(各道次的变形量为5% 20%)后的金相组织照片。总加工变形量为95. 3%，带材具有连续片柱状晶组织，无脆性相析出。
具体实施例方式实施例I
采用连续定向凝固方法制备宽度为25mm、厚度为15mm、表面光亮、具有连续柱状晶组织的Cu-12wt. %A1合金板材；将板材加热到850°C，保温30min后迅速放入轧机中进行轧制(轧制方向为板材长度方向，即连续柱状晶生长方向，轧面为板材的宽面，下同)，轧后迅速水冷。热轧后板材厚度为3mm,变形量为80%。然后在400°C温度下进行9道次温轧,各道次压下量为5% 20%。轧后带材厚度为O. 7mm,总加工变形量95. 3% ;带材表面光亮，不含脆性析出相，具有连续片状晶组织。实施例2
采用连续定向凝固方法制备宽度为50mm、厚度为8mm、表面光亮、具有连续柱状晶组织的Cu-14wt. %A1合金板材；将板材加热到750°C保温30min后迅速放入轧机中进行轧制，轧后迅速水冷。热轧后带材厚度为Imm,变形量为87. 5%。然后在375°C温度下进行7道次温车L，各道次压下量为5% 20% ;轧后带材厚度O. 3mm,总加工变形量为96. 3% ;带材表面光亮，不含脆性析出相，具有连续片状晶组织。实施例3
采用连续定向凝固方法制备宽度为100mm、厚度为5mm、表面光亮、具有连续柱状晶组织的Cu-lOwt. %A1合金板材；将板材加热到800°C保温30min后迅速放入两辊轧机中进行轧制，轧后迅速水冷。热轧后带材厚度为O. 5mm，变形量为90%。然后在325°C温度下进行5道次温轧，各道次压下量 为5% 20% ;轧后带材厚度O. 15mm,总加工变形量为97% ;带材表面光亮，不含脆性析出相，具有连续片状晶组织。
权利要求
1. 一种连续柱状晶组织高铝青铜板材高效轧制工艺，其特征在于采用连续定向凝固方法制备沿长度方向连续柱状晶组织、表面光亮的高铝青铜坯料，高铝青铜含铝量为,9.4wt. °/Tl4wt. %,经热轧-温轧高效加工各种规格的高性能高招青铜板带材； 具体工艺路线如下 首先在600°C 850°C温度范围内进行首道次热轧，轧制变形量为60°/Γ90%，轧后采用水冷方式快速冷却以防止脆性相析出；然后在200°C 400°C温度范围内进行3-11道次后续温轧加工，道次变形量59Γ20% ;最终得到具有连续片状晶组织的高铝青铜板带材产品，板材的最大可轧制加工量达到95%以上。
全文摘要
一种连续柱状晶组织高铝青铜板材高效轧制工艺，属于金属材料塑性加工技术领域。具体工艺为首先将坯料在600℃~850℃温度范围进行单道次高温轧制，轧制变形量60%~90%；轧后水冷；然后在200℃~400℃温度范围内进行3-11道次后续温轧加工，各道次变形量控制在5%~20%。板材总加工量达95%以上，成形后不含脆性析出相，不发生再结晶，具有连续片状晶组织。本发明其优点是采用单道次热轧与多道次温轧相结合的加工工艺，合金不发生再结晶，可保持高取向性组织；首道次轧制温度高(600℃~850℃)，道次变形量大，加工效率高；后续温轧后的高铝青铜板带材不含脆性析出相，具有连续片状晶组织，具有优异的力学、物理和化学性能。
文档编号B21B1/22GK102962252SQ20121052173
公开日2013年3月13日 申请日期2012年12月6日 优先权日2012年12月6日
发明者黄海友, 刘记立, 谢建新, 刘雪峰 申请人:北京科技大学