專利名稱：調(diào)整Cu－Ag纖維復(fù)合組織晶體織構(gòu)的熱處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種銅基合金加工技術(shù)，尤其涉及一種調(diào)整纖維復(fù)合強(qiáng)化Cu-Ag合金晶體織構(gòu)的熱處理方法。
背景技術(shù)：
纖維相復(fù)合強(qiáng)化Cu-Ag合金的強(qiáng)度和導(dǎo)電性匹配關(guān)系比其它導(dǎo)體合金更為突出，具有重要的研究價值和廣闊的應(yīng)用前景。能夠造成Cu-Ag合金兼有優(yōu)良強(qiáng)度及導(dǎo)電性的主要條件是應(yīng)設(shè)法形成有合理尺寸的纖維強(qiáng)化相，從而使合金成為具有纖維相增強(qiáng)的復(fù)合材料。這種組織形態(tài)通過對材料進(jìn)行強(qiáng)應(yīng)變冷拉拔而形成，強(qiáng)烈應(yīng)變會在組織中產(chǎn)生明顯的晶體學(xué)織構(gòu)，各織構(gòu)分量的分布和強(qiáng)度變化與材料的使用性能密切相關(guān)。因此，采用科學(xué)方法調(diào)整Cu-Ag合金的織構(gòu)強(qiáng)度和分布非常重要。
一般經(jīng)強(qiáng)烈冷變形加工的金屬材料，其織構(gòu)強(qiáng)度和分布可通過熱處理的回復(fù)、再結(jié)晶的原子重新排列而發(fā)生變化，如果能夠通過合理地改變熱處理工藝參數(shù)控制織構(gòu)的變化，便可能實(shí)現(xiàn)對織構(gòu)強(qiáng)度和分布的科學(xué)調(diào)整，進(jìn)而達(dá)到控制材料性能的目的。對于纖維復(fù)合強(qiáng)化Cu-Ag合金，因?yàn)榻M織由雙相纖維復(fù)合組成，各纖維相形成的應(yīng)變條件不同，對應(yīng)的織構(gòu)狀態(tài)便不同，因而利用熱處理工藝調(diào)整各纖維相中的織構(gòu)狀態(tài)比較復(fù)雜。
美國發(fā)明專利US5391242公開了具有高強(qiáng)高導(dǎo)特性的Cu-(6～24)％Ag合金板材加工技術(shù)，通過特定的冷軋及熱處理獲得了板狀雙相纖維組織，其性能高于具有織構(gòu)增強(qiáng)效應(yīng)的Cu-Nb合金，但未公布所發(fā)明合金板材中各纖維相板織構(gòu)的控制技術(shù)。
Brokmeier等(Physica B，2000，vol.276-278，pp.888-889)報導(dǎo)了Cu-Fe合金在不同變形程度下的織構(gòu)分布以及織構(gòu)強(qiáng)度隨變形程度的變化規(guī)律，得出體心立方Fe相的織構(gòu)為<110>，面心立方Cu相的織構(gòu)為<100>和<111>。然而，此結(jié)果僅適用于面心立方-體心立方纖維匹配系統(tǒng)的織構(gòu)變化，不能說明面心立方-面心立方纖維匹配系統(tǒng)的Cu-Ag合金織構(gòu)變化，并且此規(guī)律僅涉及到織構(gòu)形成過程而未涉及織構(gòu)形成后的再調(diào)整過程。
Hong等(Acta Metallurgica et Materialia，1995，vol.43，pp.3313-3323)報導(dǎo)了Cu-Ag合金冷拉拔雙相纖維材料的<111>織構(gòu)狀態(tài)，并給出了纖維組織和織構(gòu)的穩(wěn)定性條件。Han等(Acta Metallurgica，2003，vol.51，pp.767-80)測定了鑄、鍛及拉拔態(tài)的Cu-Ag合金織構(gòu)，表明鍛壓變形可導(dǎo)致出現(xiàn){110}<112>、{112}<111>及{110}<001>板織構(gòu)，并且Cu相纖維的織構(gòu)強(qiáng)度要高于在Ag相中的織構(gòu)強(qiáng)度。但這些結(jié)果僅能反映織構(gòu)存在狀態(tài)，而不能反映織構(gòu)強(qiáng)度的變化機(jī)制，因此無法從中得到調(diào)整織構(gòu)的技術(shù)支持。
Kwon等(Journal of Alloys and Compounds，2001，vol.327，pp.161-166)公布了纖維強(qiáng)化Cu-24％Ag合金不同溫度下的超塑性性能，提出了不同溫度下抗拉強(qiáng)度的變化。張曉輝等(中國有色金屬學(xué)報，2002，vol.12，No.1，pp.115-119)提出了控制變形量以及調(diào)整中間熱處理和穩(wěn)定化處理規(guī)范來獲得大變形量Cu-10％Ag合金不同強(qiáng)度及電導(dǎo)率組合的研究結(jié)果，并得到了在不同加工條件下材料強(qiáng)度與電導(dǎo)率的關(guān)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合金抗拉強(qiáng)度及電導(dǎo)率隨熱處理溫度的關(guān)系，研究了最終熱處理過程中Cu-24％Ag合金纖維相位錯密度的變化、纖維組織的穩(wěn)定性以及合金的超塑性行為，得出了再結(jié)晶過程對合金力學(xué)及電學(xué)性能的影響規(guī)律。Zhang等(Materials Letters，2004，vol.58，pp.3888-3892)提出了退火溫度與Cu-12％Ag合金力學(xué)和電學(xué)性能的關(guān)系，表明了纖維組織在熱處理過程中的形態(tài)變化。Liu等(Materials Science and Engineering，2006，vol.A418，pp.320-325)提出了不同退火溫度下等溫時間對Cu-％Ag合金組織性能的影響，表明了纖維組織的回復(fù)及再結(jié)晶在等溫過程中的特征。然而，這些論文成果僅涉及控制變形量、中間熱處理及最終退火等方法調(diào)整合金性能，而未進(jìn)一步提出利用這些環(huán)節(jié)調(diào)整雙相纖維中的織構(gòu)強(qiáng)度和分布技術(shù)。
發(fā)明專利02110785.8、02110630.4及0410016688.9公開了兩種復(fù)相纖維強(qiáng)化Cu-Ag合金及其制備方法，提出了控制復(fù)相纖維強(qiáng)化Cu-Ag合金性能匹配的熱處理工藝，并采用專門的熱處理技術(shù)控制了雙相纖維強(qiáng)度與電導(dǎo)率之間的匹配關(guān)系。然而，此技術(shù)也未提出調(diào)整雙相纖維中織構(gòu)強(qiáng)度的方法。
另有一些中國發(fā)明專利公布了有關(guān)應(yīng)變與織構(gòu)的關(guān)系，雖發(fā)明內(nèi)容并非針對雙相纖維復(fù)合Cu-Ag合金，但也可作為與織構(gòu)控制相關(guān)的背景技術(shù)供參考專利200510069512.4及200510115767.X公布了一種強(qiáng)化雙軸織構(gòu)Ag基復(fù)合基帶及一種強(qiáng)化雙軸織構(gòu)Ag/AgMg復(fù)合基帶的制備方法。第一種方法通過將Ag箔、Cu箔及Ni合金多層鑄錠冷壓、冷軋及熱處理制備Ag基復(fù)合基帶，具有穩(wěn)定銳利的{110}<110>雙軸織構(gòu)及較高強(qiáng)度。第二種方法主要過程與第一種方法類似，所得織構(gòu)強(qiáng)度特點(diǎn)也相同，只是原材料成分、冷變形工藝及熱處理參數(shù)有所不同。
專利02826653.6公布了一種由復(fù)合層組成的金屬帶及其制造方法，金屬帶由金屬Ni，Cu及Ag合金的雙軸織構(gòu)基層和其他金屬層組成，主要通過復(fù)合層內(nèi)存在的元素相互擴(kuò)散形成金屬間相。
專利00129757.0公布了種補(bǔ)償超導(dǎo)體鍍膜中銅損失的織構(gòu)復(fù)合基帶的制法，主要采用立方織構(gòu)Ni作基底，用真空熱蒸發(fā)法先后沉積Cu和Ag，使Cu膜和Ag膜按Ni基底的織構(gòu)外延生長，得到立方織構(gòu)的Ni/Cu/Ag復(fù)合基帶。
鑒于以上背景技術(shù)及存在問題可見，雖然已有的公開技術(shù)已經(jīng)涉及了雙相纖維強(qiáng)化Cu-Ag合金的組織結(jié)構(gòu)、性能控制及織構(gòu)強(qiáng)度，有些技術(shù)也涉及了利用熱處理工藝控制復(fù)合組織形態(tài)和性能匹配關(guān)系，但這些技術(shù)均未涉及利用熱處理工藝調(diào)整Cu-Ag雙相纖維織構(gòu)強(qiáng)度和分布。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種調(diào)整纖維復(fù)合強(qiáng)化Cu-Ag合金晶體織構(gòu)的熱處理方法，通過對鑄態(tài)Cu-Ag合金拉拔變形及中間熱處理得到具有高織構(gòu)強(qiáng)度的復(fù)相纖維強(qiáng)化組織，采用確定的熱處理退火參數(shù)，改變雙相纖維組織中的織構(gòu)強(qiáng)度和分布狀態(tài)，方便并合理地調(diào)整合金組織結(jié)構(gòu)狀態(tài)，以滿足材料在不同使用條件的需要。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下質(zhì)量百分比為88％Cu與質(zhì)量百分比為12％Ag合金原始等軸組織經(jīng)變形程度η＝7.1的冷拉拔變形后，形成雙相纖維復(fù)合組織，其中存在可通過熱處理發(fā)生強(qiáng)度變化的織構(gòu)分量，在Cu纖維中為<100>及<111>，在Ag纖維中為<111>。
對上述雙相纖維復(fù)合組織采用100～500℃退火1h熱處理，導(dǎo)致雙相纖維中織構(gòu)強(qiáng)度變化，對織構(gòu)強(qiáng)度實(shí)施調(diào)控。
在上述退火溫度范圍內(nèi)，Cu纖維的<100>織構(gòu)平均相對強(qiáng)度調(diào)整范圍為1.0～1.8，<111>織構(gòu)平均相對強(qiáng)度調(diào)整范圍為1.7～1.4。
在上述退火溫度范圍內(nèi)，Ag纖維的<111>織構(gòu)平均相對強(qiáng)度整范圍為1.1～1.4。
上述Cu、Ag纖維的各織構(gòu)及其平均相對強(qiáng)度均由雙相組織中的(111)、(200)及(220)衍射面測定。
本發(fā)明與背景技術(shù)相比具有的有益效果是(1)對于雙相纖維強(qiáng)化Cu-Ag合金，可以用此技術(shù)對各相中織構(gòu)強(qiáng)度及分布通過改變熱處理溫度進(jìn)行調(diào)整和控制，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)對雙相纖維復(fù)合組織在回復(fù)和再結(jié)晶過程的晶體擇優(yōu)取向行為實(shí)施人為控制或調(diào)整，優(yōu)化材料加工工藝。
(2)織構(gòu)強(qiáng)度及分布調(diào)整結(jié)合材料成形后的熱處理過程進(jìn)行，無需增加額外加工環(huán)節(jié)，調(diào)整織構(gòu)強(qiáng)度變化的范圍較寬，容易實(shí)施并易于實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用。
(3)這種熱處理調(diào)整晶體織構(gòu)技術(shù)可為通過控制強(qiáng)應(yīng)變加工后晶體擇優(yōu)取向特點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)對雙相纖維復(fù)合材料力學(xué)和電學(xué)性能匹配關(guān)系的科學(xué)調(diào)控提供一種基礎(chǔ)方法和先決條件。


圖1是本發(fā)明中Cu-Ag合金典型原始等軸組織示例(η＝0)。
圖2是本發(fā)明中Cu-Ag合金應(yīng)變狀態(tài)典型纖維復(fù)合組織示例(η＝7.1)。
圖3是本發(fā)明實(shí)施例1中Cu-Ag合金Cu纖維的<100>及<111>織構(gòu)平均相對強(qiáng)度與退火溫度的調(diào)控關(guān)系。
圖4是本發(fā)明實(shí)施例2中Cu-Ag合金Ag纖維的<111>織構(gòu)平均相對強(qiáng)度與退火溫度的調(diào)控關(guān)系。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1將純度為99.95％的Ag及純度為99.90％的電解Cu按Cu-12(質(zhì)量)％Ag的比例配料并在真空感應(yīng)爐中熔化，在40～50kPa壓力的Ar保護(hù)下澆注成Φ23×180mm棒狀鑄坯，錠模采用銅?；蛩淠?。坯料經(jīng)700℃/2h+720℃/2h兩級均勻化處理，車削加工至Φ20mm去除表面鑄造缺陷，得到原始錠坯，典型組織如圖1所示。
將原始錠坯在室溫下進(jìn)行多道次拉拔，拉拔變形程度表示為η＝ln(A0/A)，其中A0、A分別為冷拉前后試樣的橫截面積。在拉拔過程中，當(dāng)變形程度η＝1.3、2.0及2.8時分別進(jìn)行400、380及360℃的中間熱處理。最大拉拔變形程度為η＝7.1，顯微組織演變?yōu)殡p相纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)，典型形態(tài)如圖2所示。
對η＝7.1的線材分別在100、200、300、400及500℃下退火，時間均為1h。
測定不同退火溫度線材中Cu纖維的(111)、(200)及(220)衍射面極圖，由其中得出<100>及<111>織構(gòu)平均相對強(qiáng)度，進(jìn)而得到各織構(gòu)平均相對強(qiáng)度與退火溫度之間的調(diào)控關(guān)系如圖3所示。
根據(jù)材料實(shí)際使用條件和復(fù)合組織形態(tài)需要，可以依據(jù)圖3確定退火溫度而實(shí)現(xiàn)對Cu纖維織構(gòu)強(qiáng)度和分布的調(diào)控。即在100～500℃范圍內(nèi)退火，復(fù)合組織中Cu纖維的<100>織構(gòu)平均相對強(qiáng)度可在1.0～1.8范圍內(nèi)調(diào)整，<111>織構(gòu)平均相對強(qiáng)度可在1.7～1.4范圍內(nèi)調(diào)整。
實(shí)施例2材料加工過程、拉拔變形及熱處理工藝同實(shí)施例1。
測定不同退火溫度線材中Ag纖維的(111)、(200)及(220)衍射面極圖，由其中得出<111>織構(gòu)平均相對強(qiáng)度，進(jìn)而得到織構(gòu)平均相對強(qiáng)度與退火溫度之間的控制關(guān)系如圖4所示。
根據(jù)材料實(shí)際使用條件和復(fù)合組織形態(tài)需要，可以依據(jù)圖4確定退火溫度而實(shí)現(xiàn)對Ag纖維織構(gòu)強(qiáng)度和分布的調(diào)控。即在100～500℃范圍內(nèi)退火，復(fù)合組織中Ag纖維的<111>織構(gòu)平均相對強(qiáng)度可在1.1～1.4范圍內(nèi)調(diào)整。
上述具體實(shí)施方式
用來解釋說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明進(jìn)行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.調(diào)整Cu-Ag纖維復(fù)合組織晶體織構(gòu)的熱處理方法，其特征在于(1)質(zhì)量百分比為88％Cu與質(zhì)量百分比為12％Ag合金原始等軸組織經(jīng)變形程度η＝7.1的冷拉拔變形后，形成雙相纖維復(fù)合組織，其中存在可通過熱處理發(fā)生強(qiáng)度變化的織構(gòu)分量，在Cu纖維中為<100>及<111>，在Ag纖維中為<111>；(2)對上述雙相纖維復(fù)合組織采用100～500℃退火1h熱處理，導(dǎo)致雙相纖維中織構(gòu)強(qiáng)度變化，對織構(gòu)強(qiáng)度實(shí)施調(diào)控。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)整Cu-Ag纖維復(fù)合組織晶體織構(gòu)的熱處理方法，其特征在于在上述退火溫度范圍內(nèi)，Cu纖維的<100>織構(gòu)平均相對強(qiáng)度調(diào)整范圍為1.0～1.8，<111>織構(gòu)平均相對強(qiáng)度調(diào)整范圍為1.7～1.4。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)整Cu-Ag纖維復(fù)合組織晶體織構(gòu)的熱處理方法，其特征在于在上述退火溫度范圍內(nèi)，Ag纖維的<111>織構(gòu)平均相對強(qiáng)度整范圍為1.1～1.4。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)整Cu-Ag纖維復(fù)合組織晶體織構(gòu)的熱處理方法，其特征在于上述Cu、Ag纖維的各織構(gòu)及其平均相對強(qiáng)度均由雙相組織中的(111)、(200)及(220)衍射面測定。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種調(diào)整Cu－Ag纖維復(fù)合組織晶體織構(gòu)的熱處理方法。將Cu－12(質(zhì)量)％Ag合金原始等軸組織經(jīng)拉拔變形等過程加工成為雙相纖維復(fù)合組織，在Cu纖維中產(chǎn)生<100>及<111>織構(gòu)，在Ag纖維中產(chǎn)生<111>織構(gòu)。在100～500℃退火1h熱處理過程中，Cu纖維的<100>及<111>織構(gòu)平均相對強(qiáng)度可分別在1.0～1.8及1.7～1.4范圍內(nèi)調(diào)整，Ag纖維的<111>織構(gòu)平均相對強(qiáng)度可在1.1～1.4范圍內(nèi)調(diào)整。本發(fā)明可以對雙相纖維強(qiáng)化Cu－Ag合金中織構(gòu)強(qiáng)度結(jié)合材料加工過程進(jìn)行調(diào)控，調(diào)整織構(gòu)強(qiáng)度范圍較寬，實(shí)際生產(chǎn)中操作方便，可為通過控制晶體擇優(yōu)取向行為實(shí)現(xiàn)材料力學(xué)和電學(xué)性能匹配關(guān)系的調(diào)控提供基礎(chǔ)方法，優(yōu)化材料復(fù)合組織及加工工藝。
文檔編號C22F1/08GK101070586SQ200710069339
公開日2007年11月14日 申請日期2007年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月15日
發(fā)明者孟亮, 姚大偉 申請人:浙江大學(xué)