[发明专利]一种超细晶铜材料均匀化制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超细晶铜材料均匀化制备方法。

背景技术

超细晶铜晶粒细小，具有超高的屈服强度、延展性等综合性能，能够显著提高关键结构的制造寿命、服役和爆破能力，在国民经济高端装备和弹箭武器装备制造领域应用需求广泛。目前，超细晶铜棒材的制备方法常见的是三镦三拔开坯和大挤压比制坯，但该工艺对锭坯心部组织无法彻底锻透，材料对铸造组织具有较大遗传性，同时内部组织晶粒偏差较大，在后续产品挤压、加工等制造中不可避免的带入组织缺陷，对产品制造性能的稳定性影响很大，尤其是严重影响弹箭武器的毁伤性能。查阅文献，铜合金、镁合金、高速钢等材料单向静液挤压工艺有见报道，但关于正向并联静液挤压技术，特别是正向并联静液挤压和多向压缩复合细晶化制坯的方法鲜有报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超细晶铜材料均匀化制备方法，解决镦拔开坯和大挤压比制坯心部组织粗大的问题。

为了实现上述目的，采用以下技术方案：

一种超细晶铜材料均匀化制备方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

（1）将铜锭坯进行软化热处理得到坯料；

（2）将坯料进行多向压缩，细化晶粒；

（3）将坯料进行旋转自由锻或滚圆，促使坯料圆整；接着进行闭式镦粗，得到所设计的坯料尺寸；

（4）将坯料进行去应力退火处理；

（5）将坯料进行正向并联静液挤压，得到所设计的棒坯尺寸；

（6）将坯料进行低温退火处理，得到超细晶铜材料。

步骤（1）中所述的铜为紫铜、黄铜或白铜。

步骤（1）中所述的软化热处理加热温度400℃～420℃，保温时间2.0h。

步骤（2）中所述的多向压缩的步骤为，首先将坯料沿高度方向自由镦粗，镦粗比1.6～2.0；然后将坯料翻转90°，沿长度方向自由镦粗，镦粗比1.6～2.0；再将坯料翻转90°，沿宽度方向自由镦粗，镦粗比1.6～2.0；如此循环10～15次。

步骤（3）中所述的闭式镦粗，其高度方向的镦粗比2.0～2.5。

步骤（4）中所述的去应力退火温度为200℃～230℃，保温时间为1.0h。

步骤（5）中所述的正向并联静液挤压的步骤为，将坯料置于带有密封系统的静液挤压装置中，通过凸模压缩液体介质产生压力，迫使坯料发生塑性变形，变形量为60%～90%，沿轴线中心对称压制出三个棒坯。

步骤（6）中所述的低温退火温度为100℃～120℃，保温时间为0.5h。

液体介质为为蓖麻油，并在蓖麻油中加入质量分数8%～10%的甲基化酒精，承受的压力为800MPa～1500MPa。

本发明的超细晶铜材料均匀化制备方法，能够有效解决镦拔开坯和大挤压比制坯心部组织粗大的缺陷，以及由于坯料混晶组织、晶粒粗大、组织不均匀等影响铜及铜合金产品制造性能的问题，为高端装备产品制造提供超细晶、均匀化的铜材料应用支撑，从材料源头提高产品综合性能，同时该方法也可应用于镁合金等其他超细晶材料的制备。

说明书附图

图1为正向并联静液挤压示意图；

图2为挤压制坯端面俯视图；

图3为超细晶棒坯组织的示意图。

图中，1—凸模；2—挤压筒；3—芯模；4—第一层斜切密封圈；5—第二层O型密封圈；6—第三层O型密封圈。

具体实施方式

以下结合实例对本发明作进一步说明。

实施例1

（1）T2紫铜锭坯的初始晶粒尺寸130μm，将锭坯置于真空热处理炉中，加热温度400℃，保温时间为2.0h，随炉冷却。

（2）利用液压锻造设备，对锭坯进行多向压缩，首先将坯料沿高度方向自由镦粗，镦粗比1.6；然后将坯料翻转90°，沿长度方向自由镦粗，镦粗比1.8；再将坯料翻转90°，沿宽度方向自由镦粗，镦粗比1.8；如此循环12次。

（3）然后对坯料进行旋转自由锻，使坯料外形接近圆形；接着进行进行闭式镦粗，镦粗比2.0，得坯料尺寸Φ252mm，高度200mm。

（4）将坯料在真空热处理炉汇总进行去应力退火，退火温度为230℃，保温时间为1.0h。

（5）将坯料置于带有密封系统的静液挤压装置中，通过凸模压缩液体介质产生压力，迫使坯料发生塑性变形量0.85，沿轴线中心对称压制出三个棒坯，坯料直径Φ56mm。采用的挤压设备为图1所示。图2显示了挤压制坯端面俯视图。

（6）将坯料在真空热处理炉中进行低温退火，退火温度110℃，保温时间为0.5h，获得的晶粒尺寸0.5～2μm。最终获得的超细晶棒坯组织为图3所示。