[发明专利]一种热挤压和冷锻制备高强度、高耐磨铜硼合金的方法

说明书

本发明公开了一种热挤压和冷锻制备高强度、高耐磨铜硼合金的方法，按照如下步骤进行：步骤1：以铜块和硼颗粒为原材料，采用定向凝固方法制备出铜硼合金铸锭；步骤2：对铜硼合金铸锭进行机械加工和铜套包覆，进行热挤压变形，得到热挤压后的铜硼合金材料样品；步骤3：对铜硼合金材料样品进行机械加工得到热挤压态铜硼合金材料，采用空气锤进行室温冷锻，得到冷锻态高强度、高耐磨铜硼合金材料。本发明方法制备的铜硼合金材料表面质量优良、组织均匀，硼颗粒细小弥散分布，通过形变处理制备出导电率，强度，伸长率高于，摩擦系数，磨损量均较为优良的，可以为电子电气、通信及轨道交通等领域提供基础原材料的铜硼合金材料。

技术领域

本发明属于铜合金材料制备技术领域，具体涉及一种热挤压和冷锻制备高强度、高耐磨铜硼合金的方法。

背景技术

铜合金具有良好的导电、导热性及优良的综合力学性能，成为现代工业广泛应用的结构材料之一。目前铜合金主要应用在电工电子、新能源汽车、5G通信、武器装备等各个领域，是重大装备关键部件的核心导体材料。但随着装备制造更新换代和核心科技的不断发展，部件服役环境愈加严苛，要求铜合金不仅要具备高导电导热性，还应兼具高强度、高耐磨、耐高温稳定等优良的综合性能。由于单质硼(B)具有良好的导电率(10^-5S/m)、高硬度、高杨氏模量、高耐磨等优点，并且作为孕育剂能够有效细化合金晶粒，因此硼元素常被用作铜合金材料的强化元素从而提升材料的综合服役性能(强度、耐磨性)，被认为是极有发展潜力和应用前景的新型铜合金材料。

传统铜合金材料一般采用熔铸法制备，合金成分容易偏析引起微观组织分布不均匀，并且存在缩孔、缩松等铸造缺陷，导致材料综合力学性能不佳。上述问题虽然可通过固溶时效等热处理工艺使其导电率和强度得到部分提升，但合金元素在铜基体中的固溶度有限，尤其是铜硼二元合金中硼元素在铜基体中的固溶度较低，导致硼元素在合金中常以单质硼颗粒的形式稳定存在，热处理对于合金的力学性能提升十分有限，最终限制了铜硼合金在严苛工况下的服役和工程应用。然而，需要提出一种合理的形变处理方式(例如挤压、轧制、锻造等)能够使合金产生加工硬化，在改善合金铸态组织的同时提升合金力学性能，因此成为制备高强度、高耐磨铜硼合金的有效技术手段。

发明内容

本发明的目的是提供一种热挤压和冷锻制备高强度、高耐磨铜硼合金的方法，解决了解决常规铸造法制备的铜硼合金的组织分布不均匀、耐磨性和强度不匹配的问题。

本发明所采用的技术方案是，

一种热挤压和冷锻制备高强度、高耐磨铜硼合金的方法，具体按照如下步骤进行：

步骤1：根据铜硼二元合金相图，按照硼含量为2.5wt.％-3.5wt.％的比例称取硼颗粒和铜块，通过机加工对铜块进行预处理，在氩气保护下经真空感应熔炼、浇铸定向凝固制备出铜硼合金铸锭；

步骤2：对铜硼合金铸锭进行机械加工，得到短棒状合金铸锭，然后对铜硼合金铸锭进行包覆封装后在马弗炉内保温，随后对铜硼合金进行热挤压变形，通过改变挤压比、挤压速度、挤压筒温度以及热挤压工艺参数，将铜硼合金铸锭挤压至目标变形量，制备出热挤压态铜硼合金棒材；

步骤3：对热挤压后的铜硼合金棒材进行机械加工去除表面铜包套，得到冷锻所需的铜硼合金坯料，然后采用空气锤对铜硼合金坯料进行多道次镦拉，通过改变锻打方向及单道次变形量工艺参数，将热挤压态铜硼合金锻打至目标变形量，制备出冷锻态的铜硼合金。

本发明的特点还在于；

步骤1中，铜块预处理的具体过程为：通过机加工在铜块中心打孔，再对铜块表面的氧化皮进行打磨，随后将表面处理过的铜块放入超声波清洗器中清洗15-20min，取出漂洗干净后烘干。