专利名称：调整Cu－Ag纤维复合组织晶体织构的热处理方法
技术领域：
本发明涉及一种铜基合金加工技术，尤其涉及一种调整纤维复合强化Cu-Ag合金晶体织构的热处理方法。
背景技术：
纤维相复合强化Cu-Ag合金的强度和导电性匹配关系比其它导体合金更为突出，具有重要的研究价值和广阔的应用前景。能够造成Cu-Ag合金兼有优良强度及导电性的主要条件是应设法形成有合理尺寸的纤维强化相，从而使合金成为具有纤维相增强的复合材料。这种组织形态通过对材料进行强应变冷拉拔而形成，强烈应变会在组织中产生明显的晶体学织构，各织构分量的分布和强度变化与材料的使用性能密切相关。因此，采用科学方法调整Cu-Ag合金的织构强度和分布非常重要。
一般经强烈冷变形加工的金属材料，其织构强度和分布可通过热处理的回复、再结晶的原子重新排列而发生变化，如果能够通过合理地改变热处理工艺参数控制织构的变化，便可能实现对织构强度和分布的科学调整，进而达到控制材料性能的目的。对于纤维复合强化Cu-Ag合金，因为组织由双相纤维复合组成，各纤维相形成的应变条件不同，对应的织构状态便不同，因而利用热处理工艺调整各纤维相中的织构状态比较复杂。
美国发明专利US5391242公开了具有高强高导特性的Cu-(6～24)％Ag合金板材加工技术，通过特定的冷轧及热处理获得了板状双相纤维组织，其性能高于具有织构增强效应的Cu-Nb合金，但未公布所发明合金板材中各纤维相板织构的控制技术。
Brokmeier等(Physica B，2000，vol.276-278，pp.888-889)报导了Cu-Fe合金在不同变形程度下的织构分布以及织构强度随变形程度的变化规律，得出体心立方Fe相的织构为<110>，面心立方Cu相的织构为<100>和<111>。然而，此结果仅适用于面心立方-体心立方纤维匹配系统的织构变化，不能说明面心立方-面心立方纤维匹配系统的Cu-Ag合金织构变化，并且此规律仅涉及到织构形成过程而未涉及织构形成后的再调整过程。
Hong等(Acta Metallurgica et Materialia，1995，vol.43，pp.3313-3323)报导了Cu-Ag合金冷拉拔双相纤维材料的<111>织构状态，并给出了纤维组织和织构的稳定性条件。Han等(Acta Metallurgica，2003，vol.51，pp.767-80)测定了铸、锻及拉拔态的Cu-Ag合金织构，表明锻压变形可导致出现{110}<112>、{112}<111>及{110}<001>板织构，并且Cu相纤维的织构强度要高于在Ag相中的织构强度。但这些结果仅能反映织构存在状态，而不能反映织构强度的变化机制，因此无法从中得到调整织构的技术支持。
Kwon等(Journal of Alloys and Compounds，2001，vol.327，pp.161-166)公布了纤维强化Cu-24％Ag合金不同温度下的超塑性性能，提出了不同温度下抗拉强度的变化。张晓辉等(中国有色金属学报，2002，vol.12，No.1，pp.115-119)提出了控制变形量以及调整中间热处理和稳定化处理规范来获得大变形量Cu-10％Ag合金不同强度及电导率组合的研究结果，并得到了在不同加工条件下材料强度与电导率的关系。Hong等(Acta Metallurgica，1998，vol.46，pp.4111-4122；Materials Science and Engineering，1999，vol.A264，pp.151-158)公布了高Ag含量的Cu-24％Ag合金抗拉强度及电导率随热处理温度的关系，研究了最终热处理过程中Cu-24％Ag合金纤维相位错密度的变化、纤维组织的稳定性以及合金的超塑性行为，得出了再结晶过程对合金力学及电学性能的影响规律。Zhang等(Materials Letters，2004，vol.58，pp.3888-3892)提出了退火温度与Cu-12％Ag合金力学和电学性能的关系，表明了纤维组织在热处理过程中的形态变化。Liu等(Materials Science and Engineering，2006，vol.A418，pp.320-325)提出了不同退火温度下等温时间对Cu-％Ag合金组织性能的影响，表明了纤维组织的回复及再结晶在等温过程中的特征。然而，这些论文成果仅涉及控制变形量、中间热处理及最终退火等方法调整合金性能，而未进一步提出利用这些环节调整双相纤维中的织构强度和分布技术。
发明专利02110785.8、02110630.4及0410016688.9公开了两种复相纤维强化Cu-Ag合金及其制备方法，提出了控制复相纤维强化Cu-Ag合金性能匹配的热处理工艺，并采用专门的热处理技术控制了双相纤维强度与电导率之间的匹配关系。然而，此技术也未提出调整双相纤维中织构强度的方法。
另有一些中国发明专利公布了有关应变与织构的关系，虽发明内容并非针对双相纤维复合Cu-Ag合金，但也可作为与织构控制相关的背景技术供参考专利200510069512.4及200510115767.X公布了一种强化双轴织构Ag基复合基带及一种强化双轴织构Ag/AgMg复合基带的制备方法。第一种方法通过将Ag箔、Cu箔及Ni合金多层铸锭冷压、冷轧及热处理制备Ag基复合基带，具有稳定锐利的{110}<110>双轴织构及较高强度。第二种方法主要过程与第一种方法类似，所得织构强度特点也相同，只是原材料成分、冷变形工艺及热处理参数有所不同。
专利02826653.6公布了一种由复合层组成的金属带及其制造方法，金属带由金属Ni，Cu及Ag合金的双轴织构基层和其他金属层组成，主要通过复合层内存在的元素相互扩散形成金属间相。
专利00129757.0公布了种补偿超导体镀膜中铜损失的织构复合基带的制法，主要采用立方织构Ni作基底，用真空热蒸发法先后沉积Cu和Ag，使Cu膜和Ag膜按Ni基底的织构外延生长，得到立方织构的Ni/Cu/Ag复合基带。
鉴于以上背景技术及存在问题可见，虽然已有的公开技术已经涉及了双相纤维强化Cu-Ag合金的组织结构、性能控制及织构强度，有些技术也涉及了利用热处理工艺控制复合组织形态和性能匹配关系，但这些技术均未涉及利用热处理工艺调整Cu-Ag双相纤维织构强度和分布。
发明内容
本发明目的在于提供一种调整纤维复合强化Cu-Ag合金晶体织构的热处理方法，通过对铸态Cu-Ag合金拉拔变形及中间热处理得到具有高织构强度的复相纤维强化组织，采用确定的热处理退火参数，改变双相纤维组织中的织构强度和分布状态，方便并合理地调整合金组织结构状态，以满足材料在不同使用条件的需要。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下质量百分比为88％Cu与质量百分比为12％Ag合金原始等轴组织经变形程度η＝7.1的冷拉拔变形后，形成双相纤维复合组织，其中存在可通过热处理发生强度变化的织构分量，在Cu纤维中为<100>及<111>，在Ag纤维中为<111>。
对上述双相纤维复合组织采用100～500℃退火1h热处理，导致双相纤维中织构强度变化，对织构强度实施调控。
在上述退火温度范围内，Cu纤维的<100>织构平均相对强度调整范围为1.0～1.8，<111>织构平均相对强度调整范围为1.7～1.4。
在上述退火温度范围内，Ag纤维的<111>织构平均相对强度整范围为1.1～1.4。
上述Cu、Ag纤维的各织构及其平均相对强度均由双相组织中的(111)、(200)及(220)衍射面测定。
本发明与背景技术相比具有的有益效果是(1)对于双相纤维强化Cu-Ag合金，可以用此技术对各相中织构强度及分布通过改变热处理温度进行调整和控制，进而能够实现对双相纤维复合组织在回复和再结晶过程的晶体择优取向行为实施人为控制或调整，优化材料加工工艺。
(2)织构强度及分布调整结合材料成形后的热处理过程进行，无需增加额外加工环节，调整织构强度变化的范围较宽，容易实施并易于实际生产应用。
(3)这种热处理调整晶体织构技术可为通过控制强应变加工后晶体择优取向特点来实现对双相纤维复合材料力学和电学性能匹配关系的科学调控提供一种基础方法和先决条件。
图1是本发明中Cu-Ag合金典型原始等轴组织示例(η＝0)。
图2是本发明中Cu-Ag合金应变状态典型纤维复合组织示例(η＝7.1)。
图3是本发明实施例1中Cu-Ag合金Cu纤维的<100>及<111>织构平均相对强度与退火温度的调控关系。
图4是本发明实施例2中Cu-Ag合金Ag纤维的<111>织构平均相对强度与退火温度的调控关系。
具体实施例方式
实施例1将纯度为99.95％的Ag及纯度为99.90％的电解Cu按Cu-12(质量)％Ag的比例配料并在真空感应炉中熔化，在40～50kPa压力的Ar保护下浇注成Φ23×180mm棒状铸坯，锭模采用铜模或水冷模。坯料经700℃/2h+720℃/2h两级均匀化处理，车削加工至Φ20mm去除表面铸造缺陷，得到原始锭坯，典型组织如图1所示。
将原始锭坯在室温下进行多道次拉拔，拉拔变形程度表示为η＝ln(A0/A)，其中A0、A分别为冷拉前后试样的横截面积。在拉拔过程中，当变形程度η＝1.3、2.0及2.8时分别进行400、380及360℃的中间热处理。最大拉拔变形程度为η＝7.1，显微组织演变为双相纤维复合结构，典型形态如图2所示。
对η＝7.1的线材分别在100、200、300、400及500℃下退火，时间均为1h。
测定不同退火温度线材中Cu纤维的(111)、(200)及(220)衍射面极图，由其中得出<100>及<111>织构平均相对强度，进而得到各织构平均相对强度与退火温度之间的调控关系如图3所示。
根据材料实际使用条件和复合组织形态需要，可以依据图3确定退火温度而实现对Cu纤维织构强度和分布的调控。即在100～500℃范围内退火，复合组织中Cu纤维的<100>织构平均相对强度可在1.0～1.8范围内调整，<111>织构平均相对强度可在1.7～1.4范围内调整。
实施例2材料加工过程、拉拔变形及热处理工艺同实施例1。
测定不同退火温度线材中Ag纤维的(111)、(200)及(220)衍射面极图，由其中得出<111>织构平均相对强度，进而得到织构平均相对强度与退火温度之间的控制关系如图4所示。
根据材料实际使用条件和复合组织形态需要，可以依据图4确定退火温度而实现对Ag纤维织构强度和分布的调控。即在100～500℃范围内退火，复合组织中Ag纤维的<111>织构平均相对强度可在1.1～1.4范围内调整。
上述具体实施方式
用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
权利要求
1.调整Cu-Ag纤维复合组织晶体织构的热处理方法，其特征在于(1)质量百分比为88％Cu与质量百分比为12％Ag合金原始等轴组织经变形程度η＝7.1的冷拉拔变形后，形成双相纤维复合组织，其中存在可通过热处理发生强度变化的织构分量，在Cu纤维中为<100>及<111>，在Ag纤维中为<111>；(2)对上述双相纤维复合组织采用100～500℃退火1h热处理，导致双相纤维中织构强度变化，对织构强度实施调控。
2.根据权利要求1所述的调整Cu-Ag纤维复合组织晶体织构的热处理方法，其特征在于在上述退火温度范围内，Cu纤维的<100>织构平均相对强度调整范围为1.0～1.8，<111>织构平均相对强度调整范围为1.7～1.4。
3.根据权利要求1所述的调整Cu-Ag纤维复合组织晶体织构的热处理方法，其特征在于在上述退火温度范围内，Ag纤维的<111>织构平均相对强度整范围为1.1～1.4。
4.根据权利要求1所述的调整Cu-Ag纤维复合组织晶体织构的热处理方法，其特征在于上述Cu、Ag纤维的各织构及其平均相对强度均由双相组织中的(111)、(200)及(220)衍射面测定。
全文摘要
本发明公开了一种调整Cu－Ag纤维复合组织晶体织构的热处理方法。将Cu－12(质量)％Ag合金原始等轴组织经拉拔变形等过程加工成为双相纤维复合组织，在Cu纤维中产生<100>及<111>织构，在Ag纤维中产生<111>织构。在100～500℃退火1h热处理过程中，Cu纤维的<100>及<111>织构平均相对强度可分别在1.0～1.8及1.7～1.4范围内调整，Ag纤维的<111>织构平均相对强度可在1.1～1.4范围内调整。本发明可以对双相纤维强化Cu－Ag合金中织构强度结合材料加工过程进行调控，调整织构强度范围较宽，实际生产中操作方便，可为通过控制晶体择优取向行为实现材料力学和电学性能匹配关系的调控提供基础方法，优化材料复合组织及加工工艺。
文档编号C22F1/08GK101070586SQ200710069339
公开日2007年11月14日 申请日期2007年6月15日 优先权日2007年6月15日
发明者孟亮, 姚大伟 申请人:浙江大学