专利名称：一种复杂铜-锌合金的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种铜-锌合金，特别涉及一种具有良好稳定性的复杂铜-锌合金的制造方法。
背景技术：
现有技术中，各种工程以及工作场合都离不开自动化设备，一些特殊场合对于设备在工作中的温度有着严格要求，除了一些额外的冷却工具和手段外，还通常需要采用散热性好的材料；铜的热传导性能非常高，然而铜的储藏量有限，近些年价格也不断攀升，增加了生产成本，因此实际生产中，经常采用铜-锌合金作为替代。普通铜-锌合金以铜为基础，锌作主要添加元素，其具有美观的黄色，铜-锌合金同样具有良好的散热性能，相比纯Cu其造价低廉，又具有一定的机械性能，因此已得到广泛使用。普通铜-锌二元合金包括多种组织，其中α相是锌在铜中的置换固溶体，常温可固溶约38%Ζη，具有面心立方晶格，塑性良好，适宜进行冷热加工，随着Cu中溶Zn量增加， 固溶强化作用增强；β相是电子化合物CuZn为基的固溶体，具有体心立方晶格。除了 α、 β相以外，铜-锌合金中一般也存在Y相，Y相是以复杂电子化合物为基的固溶体，具有复杂立方晶格，Y相性质硬脆，对铜合金性能不利。为了改善普通铜-锌合金的性能，现有技术中，通常在铜-锌合金中加入少量锡、 铝、锰、铁、硅、镍、铅等元素，构成三元、四元、甚至五元合金，即为复杂铜-锌合金，亦称特殊铜-锌合金。复杂铜-锌合金的组织，一般可根据铜-锌合金中加入元素的“锌当量系数”来推算。在铜锌合金中加入少量其他合金元素，会使Cu-Zn状态图中的α / (α+β)相区向左或向右移动。所以特殊铜-锌合金的组织，通常相当于普通铜-锌合金中增加或减少了锌含量的组织。例如，在Cu-Zn合金中加入1% Si后的组织，即相当于在Cu-Zn合金中增加10% Si的合金组织。所以Si的“锌当量”为10。又例如，如果Si的“锌当量系数”最大，使Cu-Zn系中的α / (α+β)相界显著移向铜侧，即强烈缩小α相区。Ni的“锌当量系数”为负值，即扩大α相区。少量多元强化是提高合金性能的一种途径，然而，由于特殊铜-锌合金中的α相及β相是多元复杂固溶体，再加上可能出现的Y相，所少量的元素同时存在两方面的影响，一方面可能提高合金的耐蚀性、强度性能，另一方面则增加材料的脆性，影响合金的弯曲和切削性等性能。所以，对于合金的材料选择及其组分配比需要经过大量实验和对比分析才能得到。等通道转角挤压全称为equal-channel angular pressing,。上世纪70年代初由前苏联人Segal提出，材料在模具中受到强烈剪切变形，而外形保持不变，故可反复进行挤压,从而积累大量应变,可用于细化材料晶粒。90年代，Valiev教授成功利用了这种方法对粗晶金属及合金实现了组织超细化，从而逐渐成为一种主要的塑性变形细化的途径。 ECAP作为一种能够获得超细晶的剧烈塑性变形方法而得到了进一步的发展与应用，并被视为块体金属超细晶材料的制备技术之一，是当今国际前沿令人瞩目的课题。ECAP其优点是在不改变材料横截面积的情况下产生大的塑性变形，从而使材料的重复变形成为可能， 可以获得大的累积应变，进而能够有效地将块体材料内部的晶粒细化。ECAP属于复杂的非线性大变形过程，对于具体的合金需要进行大量实验选择合适的过程和参数。
发明内容
本发明就是提供一种具有特殊散热需要的具有良好稳定性的复杂铜-锌合金，其经过实验得出具有良好的散热性能和机械性能。本发明的技术方案如下
一种复杂铜-锌合金的制造方法，包含以下步骤
1)取材，选择以下化学成分重量百分比的原料
Zn: 28 30%,C :O. 02 O. 03% ;
Mn 2. Γ2. 3% ；Si 0. 15^0. 20%,
Nb 0. 04、. 06%,Ti 0. 02、. 04%,
V0. 05、. 09%,Mo 0. Γ0. 4%,
Cr 0. 55、. 65%,Al 0. 06、. 10%
其余为Cu和杂质；
2)将上述材料置于5t罩式电阻炉内熔炼，在熔炼过程中除气除渣，从而进行高洁净度精炼；
3)铸成合金的铸型；
4)经过24小时的440°C 460° C的均匀退火处理；
5)采用线切割将铸态合金加工成IOmmXIOmmX40mm的柱状试件；6)将切割后的试件进行表面预处理，表面均匀涂覆固体润滑剂；
7)然后置入模具中预热至500°C保温30分钟，再施加压力进行连续7-10道次等通道转角挤压，相邻挤压道次之间试样旋转180°以提高挤压组织均匀性；
8)将等通道转角挤压后试件放入退火炉加热至600°C保温30分钟，然后取出油淬至室温。本发明的特点在于，通过实验优选处复杂铜-锌合金的配比，并且与热处理工艺以及等通道转角挤压工艺相结合，可进一步细化CU-Zn系合金的晶粒和第二相分布形态， 提高该合金的稳定性和强度以及韧性，并且工艺操作与设备要求简单。
具体实施例方式下面结合具体实例对本发明的技术方案进行进一步说明。通过以下步骤制造本发明的具有良好稳定性的复杂铜-锌合金。实施例I
I)取材，选择以下化学成分重量百分比的原料
Zn: 28%,C 0. 02% ；Mn 2. 1% ；Si 0. 15%,
Nb 0. 04%,Ti 0. 02%,
V0. 05%,Mo 0. 1%，
Cr 0. 55%,Al 0. 06%
其余为Cu和杂质；
2)将上述材料置于5t罩式电阻炉内熔炼，在熔炼过程中除气除渣，从而进行高洁净度精炼；
3)铸成合金的铸型；
4)经过24小时的440°C左右的均匀退火处理；
5)采用线切割将铸态合金加工成IOmmXIOmmX40mm的柱状试件；6)将切割后的试件进行表面预处理，表面均匀涂覆固体润滑剂；
7)然后置入模具中预热至500°C保温30分钟，再施加压力进行连续7-10道次等通道转角挤压，相邻挤压道次之间试样旋转180°以提高挤压组织均匀性；
8)将等通道转角挤压后试件放入退火炉加热至600°C保温30分钟，然后取出油淬至室温。
制得的合金件在CMT5105电子万能试验机上进行测试力学性能，并在MTS材料实验技术进行断裂韧性实验。经测试，采用本发明制得的具有良好稳定性的复杂铜-锌合金的屈服强度为634MPa，断裂韧性为936 ，其晶粒尺寸分布均匀，晶界得到净化，晶粒尺寸约40μπι，明显低于原始铸态合金。该合金经10次热循环试验后形状回复率达到稳定值，其值高达50%，在具备良好散热性能的同时也具有很好的机械性能。实施例2
I)取材，选择以下化学成分重量百分比的原料
Zn: 30%,C 0.03%;
Mn2. 3% ；SiO. 20%，Nb0. 06%，Ti O. 04%，V O. 09%，Mo0. 4%，CrO. 65%,Al O. 10%
其余为Cu和杂质；
2)将上述材料置于5t罩式电阻炉内熔炼，在熔炼过程中除气除渣，从而进行高洁净度精炼；
3)铸成合金的铸型；
4)经过24小时的460°C左右的均匀退火处理。5)采用线切割将铸态合金加工成IOmmX IOmmX40mm的柱状试件；6)将切割后的试件进行表面预处理，表面均匀涂覆固体润滑剂；
7)然后置入模具中预热至500°C保温30分钟，再施加压力进行连续7-10道次等通道转角挤压，相邻挤压道次之间试样旋转180°以提高挤压组织均匀性；
8)将等通道转角挤压后试件放入退火炉加热至600°C保温30分钟，然后取出油淬至室温。制得的合金试件在CMT5105电子万能试验机上进行测试力学性能，并在MTS材料实验技术进行断裂韧性实验。经测试，采用本发明制得的具有良好稳定性的复杂铜-锌合金的屈服强度为647MPa，断裂韧性为867 Nwnnfm，其晶粒尺寸分布均匀，晶界得到净化， 晶粒尺寸约40 μ m，明显低于原始铸态合金。该合金经10次热循环试验后形状回复率达到稳定值，其值高达50%，在具备良好散热性能的同时也具有很好的机械性能。
权利要求
1.一种复杂铜-锌合金的制造方法，其特征在于，包含以下步骤I)取材，选择以下化学成分重量百分比的原料Zn: 28 30%,C 0. 02 O. 03% ；Si 0. 15 O. 20%,Mn 2. Γ2. 3% ； Nb 0. 04、. 06%, V 0. 05、. 09%, Cr 0. 55、. 65%,Ti 0. 02、. 04%, Mo 0. Γ0. 4%,Al 0. 06、. 10%其余为Cu和杂质；2)将上述材料置于5t罩式电阻炉内熔炼，在熔炼过程中除气除渣，从而进行高洁净度精炼；3)铸成合金的铸型；4)经过24小时的440°C 460° C的均匀退火处理；5)采用线切割将铸态合金加工成IOmmXIOmmX40mm的柱状试件；6)将切割后的试件进行表面预处理，表面均匀涂覆固体润滑剂；7)然后置入模具中预热至500°C保温30分钟，再施加压力进行连续7-10道次等通道转角挤压，相邻挤压道次之间试样旋转180°以提高挤压组织均匀性；8)将等通道转角挤压后试件放入退火炉加热至600°C保温30分钟，然后取出油淬至室
全文摘要
本发明涉及一种复杂铜-锌合金的制造方法，包含以下步骤取材，选择一定比例的Zn、C、Mn、Si、Nb、Ti、V、Mo、Cr、Al以及Cu；将上述材料置于5t罩式电阻炉内熔炼，在熔炼过程中除气除渣，从而进行高洁净度精炼；铸成合金的铸型；经过24小时的440°C～460°C的均匀退火处理；采用线切割将铸态合金加工成柱状试件；将切割后的试件进行表面预处理，表面均匀涂覆固体润滑剂；进行连续7-10道次等通道转角挤压,将等通道转角挤压后试件放入退火炉加热至600℃保温30分钟，然后取出油淬至室温。本发明的特点在于，可进一步细化Cu-Zn系合金的晶粒和第二相分布形态，提高该合金的稳定性和强度以及韧性，并且工艺操作与设备要求简单。
文档编号C22C1/02GK102605210SQ20121008200
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月26日 优先权日2012年3月26日
发明者朱春来 申请人:朱春来