專利名稱：一種提高高純金的硬度和強度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬的快速壓縮形變加工方法，特別涉及一種提高高純金的硬度 和強度的方法。
背景技術(shù)：
提高金屬材料的硬度和強度的方法之一是細(xì)化晶粒。金屬材料細(xì)化晶?？梢圆?用多種技術(shù)加以實現(xiàn)，例如合金化，熱處理，亞微米粉體或者納米粉體的壓結(jié)和燒結(jié)，以及 強烈形變等技術(shù)。這些方法在鋼鐵材料中應(yīng)用很廣泛，近年隨著納米技術(shù)的發(fā)展，采用多 種納米技術(shù)將多種金屬材料進(jìn)行晶粒細(xì)化，提高其硬度和強度。關(guān)于金屬銅晶粒細(xì)化的 研究和專利比較多，下面給出部分文獻(xiàn)和專利。Valiev〔文獻(xiàn)1 :Valiev. R. Z，Journal of Materials Research(材料研究雜志)，2002，17 5)提出采用簡單的室溫等通道擠壓強烈 形變方法將銅的晶粒細(xì)化至100納米，將銅的屈服強度提高至380MPa ；K. Han等人〔文獻(xiàn)2 Han K, Walsh RP, Ishmaku A, Philosophical Magazine A (哲學(xué)雜志 A)，2004 ;84 :3705〕在 液氮低溫下拉拔銅塊材，將銅的室溫抗拉強度提高至563MPa ；中國專利CN200510047555. 2 提出在30°C至-200°C溫度范圍內(nèi)，采用動態(tài)高速變形技術(shù)，對銅塊材進(jìn)行多次壓縮變形， 每次變形量ε = Ln(H0M)在0. 1 0.6范圍，當(dāng)總變形量ε大于1. 8時，銅的室溫屈服 強度大幅提高至768MPa。提高高純金的硬度和強度的傳統(tǒng)方法是添加銀、銅、鈦等元素，得到不同純度 的金合金，結(jié)果是降低了金材料中金的含量，即降低了金的純度，例如，純金金含量為 99. 99%，或以上；千足金金含量為99.9% ；足金金含量為99.0% ；22K金金含量為 91.7% ；18K金金含量為75.0% ；等等。中國專利CN98113521. 8提出通過添加重量不超 過千分之九十九的合金元素提高純金的硬度和強度，用于制造純度達(dá)到百分之九十九的高 強高硬足金首飾。純度在99. 99%以上的高純金在全世界被廣泛應(yīng)用于制造戒指和手鐲等首飾，金 幣，鐘表外殼，以及金菩薩等工藝品，不僅外觀保持高純金的金光燦燦本色，而且具有保值 和升值功能。另外，高純金被廣泛應(yīng)用于齒科構(gòu)件，出于健康和安全性的考慮，要求金齒科 構(gòu)件的金純度越高越好，但是由于高純金的自身硬度非常低，用牙齒都能咬出痕跡，不耐磨 損，很容易損壞，很難制造出精美耐用的產(chǎn)品，因此提高高純金的硬度和強度具有廣泛的應(yīng) 用價值，至今未見保持純度不變的條件下提高高純金硬度和強度方面的報導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種不改變純度為99. 999%的高純金的純度而提高其硬度 和強度的方法，克服高純金的硬度偏低，很難制造出精美耐用的高純金首飾，鐘表，金幣，工 藝品，以及高純金齒科構(gòu)件等產(chǎn)品的缺陷。一種提高高純金的硬度和強度的方法，其特征在于采用以下步驟將市售的高純 金塊樣品放在高純高強高密度石墨坩堝內(nèi)，置于真空熔煉爐中，在真空度為ICT3Pa級高真空條件下加熱至高純金塊熔化后，在真空熔煉爐中緩慢冷卻至室溫，得到圓柱體狀高純金 原始工件；然后，將高純金原始工件放在模具內(nèi)，在-196°C液氮溫度條件下采用重力落錘 落下的動能令原始工件產(chǎn)生壓縮形變，獲得高硬高強高純金塊體?！N提高高純金的硬度和強度的方法，其特征在于采用以下步驟將市售的高純 金塊樣品，按預(yù)先設(shè)計的形狀加工成原始工件，將原始工件放在模具內(nèi)，在-196°C液氮溫度 條件下，采用重力落錘落下的動能令工件產(chǎn)生壓縮形變，獲得高硬高強高純金塊體。一種提高高純金的硬度和強度的方法，其特征在于采用以下步驟按照產(chǎn)品設(shè)計 要求的形狀和重量從黃金市場購買高純金塊原始工件，在-196°C液氮溫度條件下采用重力 落錘落下的動能令高純金原始工件產(chǎn)生快速壓縮形變，獲得高硬高強高純金塊體。壓縮應(yīng)變率的計算公式為ε = Ln餌/H)，式中ε為總壓縮應(yīng)變量，Htl為原始工 件壓縮形變前的厚度，H為原始工件壓縮形變后的厚度，調(diào)整落錘重量，落錘下落高度，落錘 下落數(shù)次，獲得不同的總壓縮應(yīng)變量ε的高純金塊體，即得到不同硬度和強度的高純金塊 體。同現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明的優(yōu)點是1)不改變高純金的純度；2)方法簡單，設(shè)備便 宜，采用液氮溫度下重力落錘實現(xiàn)高純金的低溫快速變形，調(diào)整落錘重量，落錘下落高度， 以及落錘下落次數(shù)，即能得到不同的硬度和強度的高純金塊體；3)本方法也適用于提高純 金，千足金，足金，以及不同純度K金和金合金的強度和硬度。


圖1為采用本發(fā)明方法制成的高硬高強高純金的室溫拉伸曲線，橫坐標(biāo)為延伸 率％，縱坐標(biāo)為拉伸應(yīng)力MPa。圖2為采用本發(fā)明方法制成的高硬高強高純金的室溫壓縮曲線，橫坐標(biāo)為壓縮應(yīng) 變率ε，縱坐標(biāo)為壓縮應(yīng)力MPa。
具體實施例方式實施例1 一種提高高純金的硬度和強度的方法，將184. 82克從中國黃金店購買的純度為 99. 999%的高純金紀(jì)念幣上取下的樣品，放在內(nèi)徑為20毫米的高純高強高密度石墨坩堝 內(nèi)，置于真空熔煉爐中，在真空度為2. 6X ICT3Pa的高真空條件下，加熱至高純金塊體熔化 后，在真空熔煉爐中緩慢冷卻至室溫，得到直徑為20毫米，長度為31. 16毫米的圓柱體狀高 純金原始工件。由于金與碳不共溶，高純金塊體在高純高強高密度石墨坩堝內(nèi)熔化不會降 低原始工件的純度。原始工件經(jīng)過清洗后在-196°C液氮溫度條件下采用重力落錘落下的 動能令原始工件快速壓縮形變，經(jīng)過一次落錘快速壓縮形變，得到高度為6. 9毫米，直徑為 42. 5毫米的高純金圓塊狀產(chǎn)品。壓縮應(yīng)變率ε =Ln(HcZH) =1.51。經(jīng)檢測，圓塊狀產(chǎn)品 的顯微硬度為84. 3，原始工件的顯微硬度為42. 3。上述結(jié)果表明，經(jīng)過低溫快速壓縮形變 處理后，高純金的硬度提高了一倍。從高硬高強高純金圓塊產(chǎn)品上制備厚度為6. 9毫米，標(biāo) 距為6毫米，標(biāo)距截面積為17. 2平方毫米的拉伸試樣，拉伸試驗結(jié)果表明高硬高強高純金 的抗拉強度為242MPa，與抗拉強度對應(yīng)的延伸率達(dá)到58%，斷裂時的延伸率達(dá)到80%，見 圖1，顯示很好的拉伸延展性；又從高硬高強高純金圓塊產(chǎn)品上制備直徑為4毫米，高度為6. 9毫米的壓縮試樣，壓縮試驗結(jié)果表明高硬高強高純金的壓縮屈服強度為226MPa，壓縮 應(yīng)變率ε達(dá)到1.4時，壓縮樣品邊緣沒有出現(xiàn)裂紋，顯示很好的壓縮延展性，見圖2。實施例2:一種提高高純金的硬度和強度的方法，從中國黃金店市場購買的純度為99. 999% 的高純金產(chǎn)品上加工直徑為4毫米，長度為12毫米的圓柱體狀高純金原始工件，然后 在-196°C液氮溫度條件下用重力落錘落下的動能令原始工件快速壓縮形變，經(jīng)過一次落錘 快速壓縮形變，得到高度為1.96毫米，直徑為9. 90毫米的圓塊狀產(chǎn)品，壓縮應(yīng)變率ε = Ln(HcZH) =1.81。經(jīng)檢測，高純金圓塊狀產(chǎn)品的顯微硬度為91. 5，原始工件的顯微硬度為 42.3。上述結(jié)果表明經(jīng)過低溫快速強形變處理后，高純金的硬度提高了 1. 16倍。實施例3:一種提高高純金的硬度和強度的方法，從中國黃金市場購買純度為99. 999%的高 純金圓柱體狀原始工件，其直徑為3毫米，長度為9毫米，然后在-196°C液氮溫度條件下采 用重力落錘落下的動能令原始工件快速壓縮形變，經(jīng)過一次落錘快速壓縮形變，得到高度 為1.28毫米，直徑為7. 95毫米的圓塊狀產(chǎn)品。壓縮應(yīng)變率ε =Ln(H0M) =1.95。經(jīng)檢 測，高純金圓塊狀產(chǎn)品的顯微硬度為99. 3，原始工件的顯微硬度為41. 2。上述結(jié)果表明經(jīng) 過低溫快速強形變處理后，高純金的硬度提高了 1. 41倍。
權(quán)利要求
一種提高高純金的硬度和強度的方法，其特征在于采用以下步驟A)將市售的高純金塊樣品放在按照預(yù)先設(shè)計形狀和重量的高純高強高密度石墨坩堝內(nèi)，置于真空熔煉爐中，在真空度為10 3Pa級高真空條件下加熱至高純金塊熔化后，在真空熔煉爐中緩慢冷卻至室溫，得到高純金原始工件；B)將原始工件放在按照預(yù)先設(shè)計形狀的模具內(nèi)，在 196℃液氮溫度條件下采用重力落錘落下的動能令原始工件產(chǎn)生快速壓縮形變，獲得高硬高強高純金塊體。
2.一種提高高純金的硬度和強度的方法，其特征在于采用以下步驟A)將市售的高純金塊樣品按照設(shè)計形狀加工成原始工件；B)將原始工件放在模具內(nèi)，在-196°C液氮溫度條件下，采用重力落錘落下的動能令原 始工件產(chǎn)生快速壓縮形變，獲得高硬高強高純金塊體。
3.一種提高高純金的硬度和強度的方法，其特征在于采用以下步驟按照產(chǎn)品設(shè)計要求的形狀和重量從黃金市場購買高純金原始工件，將原始工件放在模 具內(nèi)，在-196°C液氮溫度條件下采用重力落錘落下的動能令原始工件產(chǎn)生快速壓縮形變， 獲得高硬高強高純金塊體。
全文摘要
一種提高高純金的硬度和強度的方法，其特征在于采用以下步驟A)將市售的高純金塊放在高純高強高密度石墨坩堝內(nèi)，置于真空熔煉爐中，在真空度為10-3Pa級高真空條件下加熱至高純金塊熔化后，在真空熔煉爐中緩慢冷卻至室溫，得到高純金母材原始工件；B)將高純金原始工件放在模具內(nèi)，在-196℃液氮溫度條件下采用重力落錘落下的動能使原始工件產(chǎn)生快速壓縮形變，獲得高硬高強高純金塊體。同現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明的優(yōu)點是1)不改變高純金的純度；2)方法簡單，設(shè)備便宜，采用液氮和重力落錘實現(xiàn)高純金的低溫快速變形，提高了高純金的硬度和強度；3)本方法也適用于提高純金，千足金，足金，以及不同純度K金和金合金的強度和硬度。
文檔編號C22F1/14GK101928898SQ201010276288
公開日2010年12月29日 申請日期2010年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月8日
發(fā)明者吳?？? 林順光, 王鉅剛 申請人:上海交大電氣(集團(tuán))有限公司