[发明专利]一种利用高变形速率制备高强度纯铜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高强度纯铜材料的制备方法，尤其是一种利用高变形速率制备高强度纯铜材料的方法，属于金属材料加工技术领域。

背景技术

位错是多晶材料进行塑性变形的载体，研究提高材料强度和硬度的方法相当于研究有效的阻碍位错运动的方法。晶界是阻碍位错运动的有效障碍。根据Hall—Petch关系，多晶材料的强度或硬度与其晶粒尺寸的平方根成反比。因此，细化晶粒成为了提高材料强度或硬度的一种有效手段。目前，大塑性变形(Severe Plastic Deformation，SPD)是一种制备超细晶材料的普遍方法，通过SPD制备的材料虽具有较高的强度，但制备过程繁复，如等径角挤压，一般均需通过十遍以上的反复挤压才能制备出强度较高的超细晶材料。此外，对于单相的超细晶材料而言，位错滑移是基本的变形机制，但由于变形时产生晶界滑动和无法产生充分的应变硬化效应，通过大塑性变形制备的超细晶材料在室温时其塑性一般都较低。

在室温或低速率变形条件下，具有面心立方结构和较高层错能的金属不会以孪生的方式发生变形，即组织中不会产生变形孪晶，然而，分子动力学模拟试验及相关研究表明，在低温和高速率变形条件下，在具有面心立方结构的金属中可以产生大量变形孪晶。孪晶可有效地阻碍位错运动，使位错在孪晶界处产生塞积，从而提高材料的强度。此外，研究表明高密度的孪晶可导致高的应变硬化速率，从而可在一定程度上提高超细晶材料的应变硬化能力，使材料获得一定的塑性，为其实际工程运用奠定基础。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术之不足，提供一种利用高变形速率，在纯铜内部引入变形孪晶，从而制备出高强度纯铜材料的方法，且该方法加工工艺简单。

本发明通过下列技术方案完成：一种利用高变形速率制备高强度纯铜的方法，其特征在于经过下列工艺步骤：

A、将铜材于300～700℃温度下进行0.5～5小时的退火处理，使其再结晶；

B、将上述再结晶的铜材浸入液氮中冷却至铜材自身温度达到液氮温度后取出；

C、在变形温度低于-100℃，变形速率为10²～10⁵m/s的条件下，进行3～20次冲击变形处理，每冲击1～2次，改变一次变形方向，从而制得含变形孪晶的高强度纯铜材料。

所述退火处理为现有技术中的常规退火工艺。

所述冲击变形处理是在现有技术中的高速率变形装置——霍普金森(Hopkinson)压杆试验机中完成的。

本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：采用上述方案，即通过对变形速率、变形温度和道次变形量的控制，使纯铜在低温下，发生高速率塑性变形，可在具有面心立方结构的纯铜内部引入大量变形孪晶，使纯铜获得较高的强度。本发明通过简单的制备过程，即可获得强度高于450MPa的纯铜材料，同时孪晶是超细晶材料获得较好塑性的有效途径，因此为获得较高强度，同时又具备较好塑性配合的纯铜材料奠定了基础。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明做进一步描述。

实施例1

A、将符合霍普金森装置要求的纯铜块，于300℃温度下进行5小时的常规退火处理，使其再结晶；

B、将上述再结晶的纯铜浸入液氮中冷却至纯铜自身温度达到液氮温度后，将其取出，同时放入霍普金森(Hopkinson)压杆试验机中；

C、在变形温度低于-100℃，变形速率为10²～10⁵m/s的条件下，进行3次冲击变形处理，每冲击1次，改变一次变形方向，从而制得含变形孪晶的高强度纯铜材料。

实施例2

A、将符合霍普金森装置要求的纯铜块，于700℃温度下进行0.5小时的常规退火处理，使其再结晶；

B、将上述再结晶的纯铜浸入液氮中冷却至纯铜自身温度达到液氮温度后，将其取出，同时放入霍普金森(Hopkinson)压杆试验机中；

C、在变形温度低于-100℃，变形速率为10²～10⁵m/s的条件下，进行20次冲击变形处理，每冲击1～2次，改变一次变形方向，从而制得含变形孪晶的高强度纯铜材料。

实施例3

A、将符合霍普金森装置要求的纯铜块，于350℃温度下进行2小时的常规退火处理，使其再结晶；

B、将上述再结晶的纯铜浸入液氮中冷却至纯铜自身温度达到液氮温度后，将其取出，同时放入霍普金森(Hopkinson)压杆试验机中；