时效处理与加工量对连续挤压Cu-Cr-Zr合金性能的影响
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
Ø22mmCu-Cr-Zr 连续挤压杆经减径至 Ø18mm,然后 420℃保温 4 小时时效处理,最后再将时效后的线杆减径至 直径 13mm,取样进行显微组织结构分析,结果为 :图 6 为 横截面金相照片,图 7 为纵截面的金相相照片。整体上看, 组织致密,无缺陷。图 6 中呈颗粒状或链状分布的组织为时 效过程中析ห้องสมุดไป่ตู้的富 Cr 相,颗粒大小为 1~5μm,白色区域为 Cu 基体,在其内的分布着长条状 CuZr 相。从图 7 中可以看 出,经过拉拔后,析出的 Cr 相和 CuZr 相沿着减径拉拔方向 被拉长,被纤维化,形成细长的纤维组织。
2 试验结果 2.1 时效试验结果
直径 Ø22mm 的 Cu-Cr-Zr 连续挤压杆减径至 Ø18mm 后在不同温度时效得到的相应抗拉强度、HRB 硬度及导电 率指标情况如图 2、图 3 所示。总体上看,相对于连续挤压状 态 Cu-Cr-Zr 合金杆,经减径时效后,线杆的相应指标都大 幅度提高,尤其是导电率,其最小值(70%IACS)都远远高 于连续挤压杆的导电率(60%IACS)。
从图 2 可以看出,时效温度对线杆的抗拉强度的影响 较大,随着时效温度的提高,相应抗拉强度先是逐渐增加, 在 420℃时抗拉强度达到最大值(506MPa),而后抗拉强度 逐渐减小 ;从图 3 可以看出,时效温度对于线杆的导电率 和 HRB 硬度也有较大的影响,导电率随着时效温度的升高 而增加,但 HRB 硬度先逐渐提高后逐渐降低,在 420℃时 HRB 硬度达到最高值(77)。由此可见,420℃为最佳时效
M 冶金冶炼 etallurgical smelting
时效处理与加工量对连续挤压 Cu-Cr-Zr 合金性能的影响
何剑辉
( 中铜(昆明)铜业有限公司,云南 昆明 650102)
摘 要 :对采用“非真空上引连铸 + 连续挤压”工艺试制出的 Cu-Cr-Zr 合金线杆进行时效处理和冷加工试验,研究时 效温度和加工量对其 HRB 硬度、导电率及抗拉强度的影响。试验结果表明 :随着时效温度的提高,Cu-Cr-Zr 合金杆 的软化前 HRB 硬度和抗拉强度先逐渐提高,而后逐渐降低,而导电率则逐步提高 ;时效后的 Cu-Cr-Zr 合金线杆,随 着加工量增大,其软化前其 HRB 硬度和软化前强度逐步增大,其软化后的 HRB 硬度和软化后的导电率则基本保持稳 定,变化幅度较小。对试验结果进行了机理分析,为“非真空上引连铸 + 连续挤压 + 冷加工 + 时效 + 冷加工”工艺工业 化批量生产 Cu-Cr-Zr 合金杆提供可靠的理论及数据支撑。 关键词 :连续挤压 ;Cu-Cr-Zr 合金 ;时效温度 ;加工量 ;HRB 硬度 ;导电率 ;抗拉强度 中图分类号 :P618.42 文献标识码 :A 文章编号 :1002-5065(2022)02-0018-3
Cu-Cr-Zr 合金是一种具有优异综合力学性能和物理 性能的功能结构材料 [1],广泛应用于制备电阻焊电极、电缆 连接器、点焊机端子器件、集成电路引线框架、高速电气化 铁路用接触网导线以及真空开关触头等高强高导材料 , [2-3] 其主要由 Cr、Zr 在 Cu 基体中产生固溶、析出强化 [4] 效果使 材料具备高强、高导的综合性能,因此热处理 Cu-Cr-Zr 合 金最终的性能起着至关重要的作用。近年来,有关热处理工 艺对
温度,在此温度条件可以同时得到最高的抗拉强度和最高的 HRB 硬度 , 其相应的导电率为 86%IACS。 2.2 加工量对时效后的线杆性能影响试验结果
将直径 Ø22 连续挤压态 Cu-Cr-Zr 合金线杆时效后,依 次减径后得到的相应软化前 HRB 硬度、软化后 HRB 硬度、 软化前抗拉强度及软化前导电率情况如图 4、图 5 所示。从 图 4 中可以看出,时效后的 Cu-Cr-Zr 合金杆的加工量对软 化后的 HRB 硬度影响非常小,随着加工量的增加,软化后 的 HRB 硬度基本保持 73 左右。而软化前的 HRB 硬度则随 着线杆的直径逐步减小(加工量逐步增大)而逐渐增大 ;从 图 5 可以看出,时效后的 Cu-Cr-Zr 合金线杆的加工量变化 对软化前导电率影响也比较小,随着加工量的增大,导电率 基本保持在 80.2%IACS~82.3%IACS 范围内,变化量较小。 而软化前的抗拉强度则随着加工量的增大而增加。 2.3 时效后 Cu-Cr-Zr 合金线杆金相组织分析
试验材料为成卷的连续挤压后 Cu-Cr-Zr 合金线杆,如 图 1 所示,总重量 3 吨,直径为 22mm,主要性能指标为 :抗 拉强度为 342MPa、HRB 硬度为 69、导电率 60%IACS。铜 合金杆的主要合金元素含量为 :Cr4800ppm、Zr370ppm。 1.2.2 试验方案
收稿时间 :2021-12 作者简介 :何剑辉,男,生于 1979 年 1 月,云南维西人,工程硕士,高级 工程师,主要从事铜及铜合金加工技术研究及管理。
3 结果讨论 采用“非真空上引连铸 + 连续挤压 + 冷加工 + 时效处理”
工艺生产的 Cu-Cr-Zr 合金线杆,主要利用了固溶强化、时 效强化及加工硬化的效果。连续挤压 Cu-Cr-Zr 过程较为 特殊,有别于纯铜及其他合金的连续挤压过程,其同时产生 了铸态柱状晶粒破碎细化、加工硬化、固溶及时效作用,因 此挤压态的 Cu-Cr-Zr 线杆后续的加工硬化及热处理工艺
1 试验设备及试验方法 1.1 主要试验设备
试 验 所 采 用 的 Cu-Cr-Zr 合 金 线 杆 减 径 设 备 名 称 为 重 型 拉 拔 机,规 格 型 号 为 SBB4T-100,该 设 备 从 意 大 利 SICTRA 公司引进,可将直径为 22mm 的铜及铜合金圆线 杆减径至 9~19mm,还可以用于生产各种规格型号的电气 化铁路用铜及铜合金接触线,产能 8000 吨 / 年。用于测量线杆 的抗拉强度设备名称为电液式万能试验机,型号为 WA-300。 用于测量线杆的导电率设备名称为双臂电桥电阻测试仪,型 号为 QJ36。HRB 硬度测量设备名称为洛氏硬度计,型号为 MRD-600TS。时 效 设 备 为 利 用 车 间 熔 铜 用 中 频 炉 改 造 而 成。软化处理设备为电热恒温干燥箱,型号为 KSW-8-10。 1.2 试验方法 1.2.1 试验材料
图 1 连续挤压后的 Cu-Cr-Zr 合金圆线杆
18 世界有色金属 2022年 1月下
M 冶金冶炼 etallurgical smelting
试验研究分为两部分内容 :第一部分内容为,摸索不同 的时效温度对“连续挤压 + 冷加工”的 Cu-Cr-Zr 合金线杆 抗拉强度、导电率及 HRB 硬度的影响 ;第二部分内容为, 探索时效后的连续挤压 Cu-Cr-Zr 合金杆在经不同程度的 冷加工后,其导电率、抗拉强度及 HRB 硬度变化情况。
Cu-Cr-Zr 合金的性能的影响研究较多,大部分都是 真空条件下获得样品,然后再进行固溶、形变及时效等特性 进行研究 [5-8],也有部分科研单位开展了非真空 Cu-Cr-Zr 合金的熔铸工艺研究,部分工厂开展了 Cu-Cr-Zr 合金线 杆“非真空连铸 + 连续挤压”产业化生产工艺研究,如 :非 真空上引连铸生产 Cu-Cr-Zr 合金线杆工艺研究 [9]、连续挤 压对 Cu-Cr-Zr 合金线杆性能的影响研究 [10]。这些研究为 非真空上引连铸 + 连续挤压工艺产业化生产 Cu-Cr-Zr 合 金线材提高宝贵的数据和经验,但是对于经连续挤压后的 Cu-Cr-Zr 合金线杆热处理及冷加工工艺研究还比较少见。
本文结合相关文献资料及工厂近年来在 Cu-Cr-Zr 合 金非真空上引连铸及连续挤压工艺研究成果,专门以工厂现 有生产设备及工艺条件为基础,针对采用非真空上引连铸 + 连续挤压工艺试制出的 Cu-Cr-Zr 合金线杆后续热处理及 冷加工工艺进行系统研究,从而为真正实现 Cu-Cr-Zr 合 金线材非真空上引连铸生产技术的产业化推广应用提供一 些参考经验和支撑数据。
具 体 方 法 为 :先 将 Ø22mmCu-Cr-Zr 合 金 连 续 挤 压 杆采用重型拉拔机减径至 18mm,再将减径后的线杆分别 在 360 ℃、390 ℃、420 ℃、450 ℃、480 ℃ 时 效 4 小 时,最 后 对 得 到 的 试 样 进 行 抗 拉 强 度、HRB 硬 度 及 导 电 率 性 能 指 标 检 测 分 析 ;采 用 时 效 试 验 得 到 的 最 佳 时 效 工 艺,对 Ø22mmCu-Cr-Zr 合金连续挤压杆进行时效处理,然后依 次将其减径至 20mm、18mm、16mm、13mm、9mm,再分 别取样检测其相应的软化前 HRB 硬度、软化后 HRB 硬度、 软化前的抗拉强度及软化前导电率。最后对时效后再减径 至直径为 13mm 线杆的样品行金相分析。软化试验工艺为 : 电热恒温干燥箱炉内 550℃保温 2 小时,然后炉内缓冷。
The effect of aging treatment and processing amount on properties of Cu-Cr-Zr alloy after continuous extrusion
HE Jian-hui
(China copper (Kunming) copper industry Co., Ltd, Kunming,Yunnan,650102) Abstract: The aging treatment and cold working test were carried out on the Cu-Cr-Zr alloy wire rod trial produced by "non vacuum upward continuous casting+continuous extrusion" process. The effects of aging temperature and processing amount on its HRB hardness,conductivity and tensile strength were studied. The test results show that with the increase of aging temperature, the HRB hardness and tensile strength of Cu-Cr-Zr alloy rod first increase, then decrease, and the conductivity increases gradually; After aging, the HRB hardness and strength of Cu-Cr-Zr alloy wire rod before softening gradually increase with the increase of processing amount, while the HRB hardness and conductivity after softening remain basically stable with a small change range. The mechanism of the test results is analyzed, which provides reliable theoretical and data support for the industrialized mass production of Cu-Cr-Zr alloy rod by "non vacuum upward casting + continuous extrusion + cold working + aging + cold working". Key words: continuous extrusion; Cu-Cr-Zr alloy; aging treatment temperature; processing amount; HRB hardness; conductivity; tensile strength
2 试验结果 2.1 时效试验结果
直径 Ø22mm 的 Cu-Cr-Zr 连续挤压杆减径至 Ø18mm 后在不同温度时效得到的相应抗拉强度、HRB 硬度及导电 率指标情况如图 2、图 3 所示。总体上看,相对于连续挤压状 态 Cu-Cr-Zr 合金杆,经减径时效后,线杆的相应指标都大 幅度提高,尤其是导电率,其最小值(70%IACS)都远远高 于连续挤压杆的导电率(60%IACS)。
从图 2 可以看出,时效温度对线杆的抗拉强度的影响 较大,随着时效温度的提高,相应抗拉强度先是逐渐增加, 在 420℃时抗拉强度达到最大值(506MPa),而后抗拉强度 逐渐减小 ;从图 3 可以看出,时效温度对于线杆的导电率 和 HRB 硬度也有较大的影响,导电率随着时效温度的升高 而增加,但 HRB 硬度先逐渐提高后逐渐降低,在 420℃时 HRB 硬度达到最高值(77)。由此可见,420℃为最佳时效
M 冶金冶炼 etallurgical smelting
时效处理与加工量对连续挤压 Cu-Cr-Zr 合金性能的影响
何剑辉
( 中铜(昆明)铜业有限公司,云南 昆明 650102)
摘 要 :对采用“非真空上引连铸 + 连续挤压”工艺试制出的 Cu-Cr-Zr 合金线杆进行时效处理和冷加工试验,研究时 效温度和加工量对其 HRB 硬度、导电率及抗拉强度的影响。试验结果表明 :随着时效温度的提高,Cu-Cr-Zr 合金杆 的软化前 HRB 硬度和抗拉强度先逐渐提高,而后逐渐降低,而导电率则逐步提高 ;时效后的 Cu-Cr-Zr 合金线杆,随 着加工量增大,其软化前其 HRB 硬度和软化前强度逐步增大,其软化后的 HRB 硬度和软化后的导电率则基本保持稳 定,变化幅度较小。对试验结果进行了机理分析,为“非真空上引连铸 + 连续挤压 + 冷加工 + 时效 + 冷加工”工艺工业 化批量生产 Cu-Cr-Zr 合金杆提供可靠的理论及数据支撑。 关键词 :连续挤压 ;Cu-Cr-Zr 合金 ;时效温度 ;加工量 ;HRB 硬度 ;导电率 ;抗拉强度 中图分类号 :P618.42 文献标识码 :A 文章编号 :1002-5065(2022)02-0018-3
Cu-Cr-Zr 合金是一种具有优异综合力学性能和物理 性能的功能结构材料 [1],广泛应用于制备电阻焊电极、电缆 连接器、点焊机端子器件、集成电路引线框架、高速电气化 铁路用接触网导线以及真空开关触头等高强高导材料 , [2-3] 其主要由 Cr、Zr 在 Cu 基体中产生固溶、析出强化 [4] 效果使 材料具备高强、高导的综合性能,因此热处理 Cu-Cr-Zr 合 金最终的性能起着至关重要的作用。近年来,有关热处理工 艺对
温度,在此温度条件可以同时得到最高的抗拉强度和最高的 HRB 硬度 , 其相应的导电率为 86%IACS。 2.2 加工量对时效后的线杆性能影响试验结果
将直径 Ø22 连续挤压态 Cu-Cr-Zr 合金线杆时效后,依 次减径后得到的相应软化前 HRB 硬度、软化后 HRB 硬度、 软化前抗拉强度及软化前导电率情况如图 4、图 5 所示。从 图 4 中可以看出,时效后的 Cu-Cr-Zr 合金杆的加工量对软 化后的 HRB 硬度影响非常小,随着加工量的增加,软化后 的 HRB 硬度基本保持 73 左右。而软化前的 HRB 硬度则随 着线杆的直径逐步减小(加工量逐步增大)而逐渐增大 ;从 图 5 可以看出,时效后的 Cu-Cr-Zr 合金线杆的加工量变化 对软化前导电率影响也比较小,随着加工量的增大,导电率 基本保持在 80.2%IACS~82.3%IACS 范围内,变化量较小。 而软化前的抗拉强度则随着加工量的增大而增加。 2.3 时效后 Cu-Cr-Zr 合金线杆金相组织分析
试验材料为成卷的连续挤压后 Cu-Cr-Zr 合金线杆,如 图 1 所示,总重量 3 吨,直径为 22mm,主要性能指标为 :抗 拉强度为 342MPa、HRB 硬度为 69、导电率 60%IACS。铜 合金杆的主要合金元素含量为 :Cr4800ppm、Zr370ppm。 1.2.2 试验方案
收稿时间 :2021-12 作者简介 :何剑辉,男,生于 1979 年 1 月,云南维西人,工程硕士,高级 工程师,主要从事铜及铜合金加工技术研究及管理。
3 结果讨论 采用“非真空上引连铸 + 连续挤压 + 冷加工 + 时效处理”
工艺生产的 Cu-Cr-Zr 合金线杆,主要利用了固溶强化、时 效强化及加工硬化的效果。连续挤压 Cu-Cr-Zr 过程较为 特殊,有别于纯铜及其他合金的连续挤压过程,其同时产生 了铸态柱状晶粒破碎细化、加工硬化、固溶及时效作用,因 此挤压态的 Cu-Cr-Zr 线杆后续的加工硬化及热处理工艺
1 试验设备及试验方法 1.1 主要试验设备
试 验 所 采 用 的 Cu-Cr-Zr 合 金 线 杆 减 径 设 备 名 称 为 重 型 拉 拔 机,规 格 型 号 为 SBB4T-100,该 设 备 从 意 大 利 SICTRA 公司引进,可将直径为 22mm 的铜及铜合金圆线 杆减径至 9~19mm,还可以用于生产各种规格型号的电气 化铁路用铜及铜合金接触线,产能 8000 吨 / 年。用于测量线杆 的抗拉强度设备名称为电液式万能试验机,型号为 WA-300。 用于测量线杆的导电率设备名称为双臂电桥电阻测试仪,型 号为 QJ36。HRB 硬度测量设备名称为洛氏硬度计,型号为 MRD-600TS。时 效 设 备 为 利 用 车 间 熔 铜 用 中 频 炉 改 造 而 成。软化处理设备为电热恒温干燥箱,型号为 KSW-8-10。 1.2 试验方法 1.2.1 试验材料
图 1 连续挤压后的 Cu-Cr-Zr 合金圆线杆
18 世界有色金属 2022年 1月下
M 冶金冶炼 etallurgical smelting
试验研究分为两部分内容 :第一部分内容为,摸索不同 的时效温度对“连续挤压 + 冷加工”的 Cu-Cr-Zr 合金线杆 抗拉强度、导电率及 HRB 硬度的影响 ;第二部分内容为, 探索时效后的连续挤压 Cu-Cr-Zr 合金杆在经不同程度的 冷加工后,其导电率、抗拉强度及 HRB 硬度变化情况。
Cu-Cr-Zr 合金的性能的影响研究较多,大部分都是 真空条件下获得样品,然后再进行固溶、形变及时效等特性 进行研究 [5-8],也有部分科研单位开展了非真空 Cu-Cr-Zr 合金的熔铸工艺研究,部分工厂开展了 Cu-Cr-Zr 合金线 杆“非真空连铸 + 连续挤压”产业化生产工艺研究,如 :非 真空上引连铸生产 Cu-Cr-Zr 合金线杆工艺研究 [9]、连续挤 压对 Cu-Cr-Zr 合金线杆性能的影响研究 [10]。这些研究为 非真空上引连铸 + 连续挤压工艺产业化生产 Cu-Cr-Zr 合 金线材提高宝贵的数据和经验,但是对于经连续挤压后的 Cu-Cr-Zr 合金线杆热处理及冷加工工艺研究还比较少见。
本文结合相关文献资料及工厂近年来在 Cu-Cr-Zr 合 金非真空上引连铸及连续挤压工艺研究成果,专门以工厂现 有生产设备及工艺条件为基础,针对采用非真空上引连铸 + 连续挤压工艺试制出的 Cu-Cr-Zr 合金线杆后续热处理及 冷加工工艺进行系统研究,从而为真正实现 Cu-Cr-Zr 合 金线材非真空上引连铸生产技术的产业化推广应用提供一 些参考经验和支撑数据。
具 体 方 法 为 :先 将 Ø22mmCu-Cr-Zr 合 金 连 续 挤 压 杆采用重型拉拔机减径至 18mm,再将减径后的线杆分别 在 360 ℃、390 ℃、420 ℃、450 ℃、480 ℃ 时 效 4 小 时,最 后 对 得 到 的 试 样 进 行 抗 拉 强 度、HRB 硬 度 及 导 电 率 性 能 指 标 检 测 分 析 ;采 用 时 效 试 验 得 到 的 最 佳 时 效 工 艺,对 Ø22mmCu-Cr-Zr 合金连续挤压杆进行时效处理,然后依 次将其减径至 20mm、18mm、16mm、13mm、9mm,再分 别取样检测其相应的软化前 HRB 硬度、软化后 HRB 硬度、 软化前的抗拉强度及软化前导电率。最后对时效后再减径 至直径为 13mm 线杆的样品行金相分析。软化试验工艺为 : 电热恒温干燥箱炉内 550℃保温 2 小时,然后炉内缓冷。
The effect of aging treatment and processing amount on properties of Cu-Cr-Zr alloy after continuous extrusion
HE Jian-hui
(China copper (Kunming) copper industry Co., Ltd, Kunming,Yunnan,650102) Abstract: The aging treatment and cold working test were carried out on the Cu-Cr-Zr alloy wire rod trial produced by "non vacuum upward continuous casting+continuous extrusion" process. The effects of aging temperature and processing amount on its HRB hardness,conductivity and tensile strength were studied. The test results show that with the increase of aging temperature, the HRB hardness and tensile strength of Cu-Cr-Zr alloy rod first increase, then decrease, and the conductivity increases gradually; After aging, the HRB hardness and strength of Cu-Cr-Zr alloy wire rod before softening gradually increase with the increase of processing amount, while the HRB hardness and conductivity after softening remain basically stable with a small change range. The mechanism of the test results is analyzed, which provides reliable theoretical and data support for the industrialized mass production of Cu-Cr-Zr alloy rod by "non vacuum upward casting + continuous extrusion + cold working + aging + cold working". Key words: continuous extrusion; Cu-Cr-Zr alloy; aging treatment temperature; processing amount; HRB hardness; conductivity; tensile strength