[发明专利]一种锥形壳体铜件的细晶化制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属塑性变形技术领域，具体地说是一种应用较广泛的纯铜或铜合金零件细晶化形变热处理技术领域。

背景技术

铜属于面心立方晶格结构，有较多的滑移面，具有良好导电性、导热性及优良的冷热加工成形性能，并且化学性质比较稳定，在航空航天、船舶、兵器、电子等领域应用非常广泛。通过查阅相关的文献资料表明，国内外针对铜或铜合金构件的形变热处理方法比较单一，常见的是热锻成形、冷挤压成形与均匀化退火处理工艺相结合，如南京理工大学的王铁福教授对锥形罩晶粒组织与射流的相关性研究表明，锥形罩的晶粒细小均匀、低应力状态显著提高射流长度与稳定性，同时探讨了热处理对晶粒度、射流稳定性影响的机理(王铁福.锥形罩材料的晶粒度对射流性能的影响[J]，高压物理学报，1996年)；中北大学的方敏教授采用热挤压成形技术，研制出外径为250mm大顶角紫铜锥壳构件，壁厚差小于0.3mm，内表面光洁度达到Ra1.6，平均晶粒尺寸约为25μm(方敏.温挤压紫铜锥形罩形成射流及其运动特性研究[D]，太原理工大学，博士学位论文，2009年)；美国沃特弗利特-阿莫里实验室、国营锻造公司对Cu、W、Mo、贫铀合金等材料锻造与热处理行为研究表明，采用高能锻造方法，能缩短构件的制备流程，晶粒细化有利于增强射流稳定性和延长射流破断时间(Simon J，Martin T H.Spin compensation of shaped charge liners manufacture by the rotary extrusion process.AD-305555，1958)。

这些技术存在的具体不足和缺点：一是采用热锻成形与退火处理工艺，成形件晶粒尺寸随温度的升高而迅速长大，且表面氧化严重，使加工后零件的表面质量及组织均匀性难以满足设计要求；二是采用多道次冷挤压与均匀化退火处理工艺，成形工序复杂，变形道次多，对设备精度与人员素质要求高；三是采用高能锻造技术，由于铜、铁、钼合金等材料应变率强化效应非常明显，构件开裂倾向严重，成形件废品率高。

发明内容

本发明首次提出一种锥形壳体铜件的细晶化制备方法，采用细晶化形变热处理，使晶粒组织均匀性、性能一致性、应力状态等方面获得明显改善。

本发明是通过以下措施实现的：

一种锥形壳体铜件的细晶化制备方法，包括温挤压塑性变形、第一次热处理、冷挤压塑性变形、第二次热处理步骤；所述温挤压塑性变形包括：将坯料在保护气氛中进行热处理，保温温度400～600℃，保温时间1～2h，再将保温后的坯料放入模具内进行塑性变形，第一道次变形量80％以上。

上述冷挤压塑性变形是在室温下进行塑性变形，变形量不大于40％。

上述第一次热处理是在保护气氛下加热到270～480℃，保温1～2h，再随炉冷却至室温；第二次热处理是放入真空热处理炉中，在250～450℃条件下保温时间0.5～1.5h。

上述温挤压塑性变形，坯料表面和模具型腔内表面涂布润滑剂，所述润滑剂为水基玻璃、石油磺酸钡、油基纳米石墨中的一种或几种。在成形之前将润滑油涂布在坯料、模具型腔表面，减少坯料与模具接触面间的摩擦力，提高成形过程中金属的流动性，并减少锥形壳体件表面氧化程度。上述冷挤压塑性变形，坯料表面和模具型腔内表面涂布润滑剂，所述润滑剂为精冲油、蓖麻油、菜籽油、动物油中一种或几种。在成形之前涂布在坯料、模具型腔表面，减少坯料与模具接触面间的摩擦力，提高成形过程中金属的流动性，并改善锥形壳体件的表面质量。优选采用蓖麻油和菜籽油，弹性变形，膜层薄、提高光洁度，且更易贴膜。

上述锥形壳体铜件的细晶化制备方法，包括以下步骤：

(1)原材料的制备：依据设计的锥形壳体铜件形状结构，计算得出原材料的体积，并依据塑性加工成形理论与近均匀塑性变形原理，选取合适的坯料尺寸，切取相应的铜棒材长度，铜棒材的直径为φ80～170mm；铜材料为纯铜、青铜、黄铜、白铜等；

(2)温挤压塑性变形：将步骤(1)所得的坯料放入气氛保护炉中进行热处理，保温温度400～600℃，保温时间1～2h，模具工装系统的保温温度为400～600℃，保温时间2～4h；再将保温加热的坯料放入模具工装系统的挤压模具模腔内，在三向压应力和一定的变形速率作用下，大塑性变形成形出锥形壳体铜件，在成形过程中坯料表面和模具型腔内表面涂布一层润滑剂，锥形壳体件圆周壁厚差小于0.5mm、表面光洁度达到Ra3.2；提高了成形件表面质量，获得所需形状、尺寸、表面质量以及具有好的力学性能的构件。