一种可改善中高吨位熔炼CuNiSiCr合金性能稳定性的热处理方法与流程

【技术领域】

本发明属于热处理工艺领域，涉及一种可改善中高吨位熔炼cunisicr合金性能稳定性的热处理方法。

背景技术：

中高吨位cunisicr合金在制备时，尤其是单体质量超过1t后，传统的熔炼浇铸成为较为可行的手段，但是面临严重的成分和组织均匀性问题，这也是当前大型高强高导铜合金组件制造中存在的共性问题，这种不均匀性使大型件的局部区域成为薄弱点，在外界条件作用下较易首先失效并进而扩展至整体，造成巨大损失。

一般来讲，对浇铸件进行高温长时间的均匀化退火，有利于缓解和解决浇铸件的成分和组织中存在的不均匀，但是常常造成组织过于粗大，也会导致强度等力学性能劣化，而在高温长时间进行均匀化退火后进行锻造等处理以破碎粗大的晶组织，从操作的可行性上一方面大型铜合金组件锻造对锻造设备本身的输出能力要求很高，不容易满足，另一方面大型件锻造温度较高，停留时间超过一定限度后，又容易引起cunisicr合金析出相析出和粗化，导致锻造后合金难以回复到较高性能水平，后处理空间小。这些问题成为高强高导cunisicr合金从小型化到大型化拓展的瓶颈所在，因此需要针对性的设计综合措施，全面平衡材料的组织成分均匀性和性能之间的关系，在合金具备较高性能的基础上最大化的保证生产的可重复性，以降低大型高性能铜合金结构件的制备难度。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决上述现有工艺的问题，提供一种可改善中高吨位熔炼cunisicr合金性能稳定性的热处理方法，该方法利用充分的固溶温度和时间以及适量冷变形和再结晶温度之间的合理配合，一方面尽可能的促进大型件的成分均匀性，另一方面也降低由于晶粒和析出相粗化导致材料性能下降的幅度，该工艺有利于保证大型cunisicr合金结构件具备较好的生产重复性和性能稳定性，且合金性能仍可处于较高水平。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种可改善中高吨位熔炼cunisicr合金性能稳定性的热处理方法，包括以下步骤：

1)在真空退火炉内，对中高吨位熔炼-浇铸制备的cunisicr合金在930-1000℃保温2-4h，获得晶粒尺寸在100-300μm范围内的铜合金；

2)对步骤1)退火后的铜合金进行冷变形，变形量在50-70％；

3)对经过50-70％冷变形后的铜合金在750-900℃保温、再结晶，时间0.5-2h，获得平均晶粒尺寸为初始退火态铜合金一半及以下的再结晶组织；

4)对再结晶后的组织进行观察，若晶粒尺寸不满足服役要求，重复步骤2)，若满足服役要求，则执行步骤5)；

5)在真空退火炉内，根据服役要求对再结晶后的cunisicr合金在450-600℃保温、时效，时间1-5h，获得合金性能稳定的铜合金。

本发明进一步的改进在于：

步骤1)中，cunisicr合金在退火之前经过镦粗、锻造及压缩冷变形处理，加强其致密度并加工成厚度为5-60mm的棒状或者板状。

步骤2)中，冷变形根据步骤1)中使用合金的型式状态采用拉拔、镦粗、锻造或者轧制。

步骤4)中，若需要重复步骤2)和3)，则选择在870-900℃的条件下进行再结晶。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明可以保证较高的固溶温度和较长的固溶时间，充分促进大型结构件内的成分和组织均匀性，降低大型结构件内受非均匀性问题引起的薄弱区的影响比例和程度，利用变形-高温再结晶模式一方面尽可能降低强化相的析出和粗化，另一方面也尽可能的降低材料的平均晶粒尺寸，保持材料的高强高导特性，而且在高温区进行再结晶也可以进一步促进成分和组织的均匀化，此外，本发明设计的工艺方法简单易行，可操作性强。

【附图说明】

图1为本发明实施例1-3熔炼cunisicr合金固溶态组织图；

图2为本发明实施例1-3熔炼cunisicr合金固溶态在950℃保温2h后的组织图；

图3为本发明实施例1的变形后的cunisicr合金在840℃保温1h后的组织图；

图4为本发明实施例2的变形后的cunisicr合金在870℃保温1h后的组织图；

图5为本发明实施例3的变形后的cunisicr合金在900℃保温1h后的组织图；

图6为本发明实施例1-3的变形后的cunisicr合金在840-900保温1h再结晶并在不同温度保温3h时效后的硬度图；

图7为本发明实施例1-3的变形后的cunisicr合金在840-900保温1h再结晶并在不同温度保温3h后的电导率图。

【具体实施方式】

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述：

本发明可改善中高吨位熔炼cunisicr合金性能稳定性的热处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)对大吨位熔炼cunisicr合金进行镦粗、锻造及压缩冷变形处理，加强其致密度并加工成厚度为5-60mm的棒状或者板状；然后在真空退火炉内，对中高吨位熔炼-浇铸制备的cunisicr合金在930-1000℃保温2-4h，获得晶粒尺寸在100-300μm范围内的铜合金；

2)对步骤1)退火后的铜合金进行冷变形，变形量在50-70％；冷变形根据步骤1)中使用合金的型式状态采用拉拔、镦粗、锻造或者轧制。

3)对经过50-70％冷变形后的铜合金在750-900℃保温、再结晶，时间0.5-2h，获得平均晶粒尺寸为初始退火态铜合金一半及以下的再结晶组织；

4)对再结晶后的组织进行观察，若晶粒尺寸不满足服役要求，重复步骤2)，选择在870-900℃的条件下进行再结晶；若满足服役要求，则执行步骤5)；

5)在真空退火炉内，根据服役需求对再结晶后的cunisicr合金在450-600℃保温、时效，时间1-5h，获得合金性能稳定的铜合金。

实施例1(cunisicr合金)

1)对25mm厚的熔炼cunisicr固溶态合金板材在950℃固溶2h，水淬，平均晶粒尺寸为100μm；

2)使用冷轧，对cunisicr合金板材进行冷变形，变形量约50％；

3)对冷变形后的合金在840℃再结晶，时间1h；

4)对再结晶后的晶粒进行观察，平均晶粒尺寸约在50μm左右，符合服役要求，不需重复再结晶；

5)对再结晶后的cunisicr合金在450-540℃时效，时间3h。

如图1所示，出厂态平均晶粒尺寸约75μm左右，可见明显析出相颗粒，固溶状态不好；

如图2所示，950℃高温固溶2h后，析出相颗粒已大大减少，表明固溶情况变好，成分和组织进一步均匀；

如图3所示，840℃保温1h再结晶后，平均晶粒尺寸已经降至50μm以下，有轻微混晶，但混晶组织性能也优于完全粗晶组织。

实施例2(cunisicr合金)

1)对25mm厚的熔炼cunisicr固溶态合金板材在950℃固溶2h，水淬，平均晶粒尺寸为100μm；

2)使用冷轧，对cunisicr合金板材进行冷变形，变形量约50％；

3)对冷变形后的合金在870℃再结晶，时间1h；

4)对再结晶后的晶粒进行观察，平均晶粒尺寸约在50μm左右，符合服役要求，不需重复再结晶；

5)对再结晶后的cunisicr合金在450-540℃时效，时间3h。

如图1所示，出厂态平均晶粒尺寸约75μm左右，可见明显析出相颗粒，固溶状态不好；

如图2所示，950℃高温固溶2h后，析出相颗粒已大大减少，表明固溶情况变好，成分和组织进一步均匀；

如图4所示，870℃保温1h再结晶后，平均晶粒尺寸已经降至50μm以下，组织均匀。

实施例3(cunisicr合金)

1)对25mm厚的熔炼cunisicr固溶态合金板材在950℃固溶2h，水淬，平均晶粒尺寸为100μm；

2)使用冷轧，对cunisicr合金板材进行冷变形，变形量约50％；

3)对冷变形后的合金在900℃再结晶，时间1h；

4)对再结晶后的晶粒进行观察，平均晶粒尺寸约在50μm左右，符合服役要求，不需重复再结晶；

5)对再结晶后的cunisicr合金在450-540℃时效，时间3h。

如图1所示，出厂态平均晶粒尺寸约75μm左右，可见明显析出相颗粒，固溶状态不好；

如图2所示，950℃高温固溶2h后，析出相颗粒已大大减少，表明固溶情况变好，成分和组织进一步均匀；

如图5所示，870℃保温1h再结晶后，组织均匀，但是由于再结晶温度较高，平均晶粒尺寸稍高于50μm。

在不同温度再结晶后，于不同温度(450-540℃)时效3h材料的硬度和导电性能结果参见图6和图7，熔炼cunisicr合金经过52％冷轧变形后，在840℃再结晶1h，于不同温度时效后的峰值硬度与原始出厂固溶态相当，而导电性均优于原始出厂固溶态，表明材料的成分和组织均匀性提高，此外，在更高温度如870℃和900℃再结晶1h，于不同温度时效后的峰值硬度均优于原始出厂固溶态，且导电性也均优于原始出厂固溶态；以上均说明该处理过程不会降低材料的性能，而且合理的参数下可以多次重复该过程，直至获得满意的效果。

实施例4(cunisicr合金)

1)对5mm厚的cunisicr合金板材在930℃固溶2h，水淬，平均晶粒尺寸为100μm；

2)使用冷轧，对cunisicr合金板材进行冷变形，变形量约60％；

3)对冷变形后的合金在800℃再结晶，时间1h；

4)对再结晶后的晶粒进行观察，平均晶粒尺寸约在25μm左右，符合服役要求，不需重复再结晶；

5)对再结晶后的cunisicr合金在480℃时效，时间3h。

实施例5(cunisicr合金)

1)对30mm厚的cunisicr合金板材在960℃固溶3h，水淬，平均晶粒尺寸为200μm；

2)使用冷轧，对cunisicr合金板材进行冷变形，变形量约65％；

3)对冷变形后的合金在870℃再结晶，时间0.5h；

4)对再结晶后的晶粒进行观察，平均晶粒尺寸约在80μm左右，符合服役要求，不需重复再结晶；

5)对再结晶后的cunisicr合金在550℃时效，时间2h。

实施例6(cunisicr合金)

1)对40mm厚的cunisicr合金板材在980℃固溶3h，水淬，平均晶粒尺寸为200μm；

2)使用冷轧，对cunisicr合金板材进行冷变形，变形量约70％；

3)对冷变形后的合金在750℃再结晶，时间2h；

4)对再结晶后的晶粒进行观察，平均晶粒尺寸约在75μm左右，符合服役要求，不需重复再结晶；

5)对再结晶后的cunisicr合金在520℃时效，时间2h。

实施例7(cunisicr合金)

1)对55mm厚的cunisicr合金板材在980℃固溶4h，水淬，平均晶粒尺寸为300μm；

2)使用冷轧，对cunisicr合金板材进行冷变形，变形量约66％；

3)对冷变形后的合金在870℃再结晶，时间1h；

4)对再结晶后的晶粒进行观察，平均晶粒尺寸约在120μm左右，组织较为粗大，需再进行一次再结晶；

5)使用冷轧，对cunisicr合金板材进行冷变形，变形量约55％；

6)对冷变形后的合金在870℃再结晶，时间1h；

7)对再结晶后的晶粒进行观察，平均晶粒尺寸约在60μm左右，符合服役要求，不需重复再结晶；

8)对再结晶后的cunisicr合金在600℃时效，时间1h。

实施例8(cunisicr合金)

1)对60mm厚的cunisicr合金板材在1000℃固溶4h，水淬，平均晶粒尺寸为300μm；

2)使用冷轧，对cunisicr合金板材进行冷变形，变形量约70％；

3)对冷变形后的合金在840℃再结晶，时间1h；

4)对再结晶后的晶粒进行观察，平均晶粒尺寸约在120μm左右，组织较为粗大，需再进行一次再结晶；

5)使用冷轧，对cunisicr合金板材进行冷变形，变形量约55％；

6)对冷变形后的合金在870℃再结晶，时间1.5h；

7)对再结晶后的晶粒进行观察，平均晶粒尺寸约在70μm左右，符合服役要求，不需重复再结晶；

8)对再结晶后的cunisicr合金在450℃时效，时间5h。

本发明一方面提高固溶温度和时间，促进熔炼后析出相的溶解和元素的充分扩散，改善材料的成分和组织均匀性；另一方面利用高温再结晶，减少析出相析出，避免先析出相和基体组织粗大，降低材料力学性能的劣化程度，且在固溶温度以上再结晶时，材料逐次再结晶前后的力学性能变化的幅度小，可以重复进行，以便获得满足要求的材料组织和性能搭配。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。