專(zhuān)利名稱(chēng)：一種利用高變形速率制備高強(qiáng)度純銅的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)度純銅材料的制備方法，尤其是一種利用高變形 速率制備高強(qiáng)度純銅材料的方法，屬于金屬材料加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
位錯(cuò)是多晶材料進(jìn)行塑性變形的載體，研究提高材料強(qiáng)度和硬度的方 法相當(dāng)于研究有效的阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的方法。晶界是阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的有效障
礙。根據(jù)Hall—Petch關(guān)系，多晶材料的強(qiáng)度或硬度與其晶粒尺寸的平方根 成反比。因此，細(xì)化晶粒成為了提高材料強(qiáng)度或硬度的一種有效手段。目 前，大塑性變形(Severe Plastic Deformation, SPD)是一種制備超細(xì)晶材料 的普遍方法，通過(guò)SPD制備的材料雖具有較高的強(qiáng)度，但制備過(guò)程繁復(fù)， 如等徑角擠壓， 一般均需通過(guò)十遍以上的反復(fù)擠壓才能制備出強(qiáng)度較高的 超細(xì)晶材料。此外，對(duì)于單相的超細(xì)晶材料而言，位錯(cuò)滑移是基本的變形 機(jī)制，但由于變形時(shí)產(chǎn)生晶界滑動(dòng)和無(wú)法產(chǎn)生充分的應(yīng)變硬化效應(yīng)，通過(guò) 大塑性變形制備的超細(xì)晶材料在室溫時(shí)其塑性一般都較低。
在室溫或低速率變形條件下，具有面心立方結(jié)構(gòu)和較高層錯(cuò)能的金屬 不會(huì)以孿生的方式發(fā)生變形，即組織中不會(huì)產(chǎn)生變形孿晶，然而，分子動(dòng) 力學(xué)模擬試驗(yàn)及相關(guān)研究表明，在低溫和高速率變形條件下，在具有面心 立方結(jié)構(gòu)的金屬中可以產(chǎn)生大量變形孿晶。孿晶可有效地阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)， 使位錯(cuò)在孿晶界處產(chǎn)生塞積，從而提高材料的強(qiáng)度。此外，研究表明高密 度的孿晶可導(dǎo)致高的應(yīng)變硬化速率，從而可在一定程度上提高超細(xì)晶材料 的應(yīng)變硬化能力，使材料獲得一定的塑性，為其實(shí)際工程運(yùn)用奠定基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，提供一種利用高變形速率，在 純銅內(nèi)部引入變形孿晶，從而制備出高強(qiáng)度純銅材料的方法，且該方法加 工工藝簡(jiǎn)單。本發(fā)明通過(guò)下列技術(shù)方案完成 一種利用高變形速率制備高強(qiáng)度純銅 的方法，其特征在于經(jīng)過(guò)下列工藝步驟
A、 將銅材于300 70(TC溫度下進(jìn)行0.5 5小時(shí)的退火處理，使其再結(jié)
曰
曰曰5
B、 將上述再結(jié)晶的銅材浸入液氮中冷卻至銅材自身溫度達(dá)到液氮溫度 后取出；
C、 在變形溫度低于-10(TC，變形速率為102 105m/s的條件下，進(jìn)行3 20次沖擊變形處理，每沖擊1 2次，改變一次變形方向，從而制得含變形 孿晶的高強(qiáng)度純銅材料。
所述退火處理為現(xiàn)有技術(shù)中的常規(guī)退火工藝。
所述沖擊變形處理是在現(xiàn)有技術(shù)中的高速率變形裝置——霍普金森 (Hopkinson)壓桿試驗(yàn)機(jī)中完成的。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)和效果采用上述方案，即通過(guò) 對(duì)變形速率、變形溫度和道次變形量的控制，使純銅在低溫下，發(fā)生高速 率塑性變形，可在具有面心立方結(jié)構(gòu)的純銅內(nèi)部引入大量變形孿晶，使純 銅獲得較高的強(qiáng)度。本發(fā)明通過(guò)簡(jiǎn)單的制備過(guò)程，即可獲得強(qiáng)度高于 450MPa的純銅材料，同時(shí)孿晶是超細(xì)晶材料獲得較好塑性的有效途徑，因 此為獲得較高強(qiáng)度，同時(shí)又具備較好塑性配合的純銅材料奠定了基礎(chǔ)。
具體實(shí)施例方式
下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。 實(shí)施例1
A、 將符合霍普金森裝置要求的純銅塊，于30(TC溫度下進(jìn)行5小時(shí)的 常規(guī)退火處理，使其再結(jié)晶；
B、 將上述再結(jié)晶的純銅浸入液氮中冷卻至純銅自身溫度達(dá)到液氮溫度 后，將其取出，同時(shí)放入霍普金森(Hopkinson)壓桿試驗(yàn)機(jī)中；
C、 在變形溫度低于-10(TC，變形速率為102 105111/3的條件下，進(jìn)行3 次沖擊變形處理，每沖擊1次，改變一次變形方向，從而制得含變形孿晶 的高強(qiáng)度純銅材料。
實(shí)施例2
A、 將符合霍普金森裝置要求的純銅塊，于70(TC溫度下進(jìn)行0.5小時(shí) 的常規(guī)退火處理，使其再結(jié)晶；
B、 將上述再結(jié)晶的純銅浸入液氮中冷卻至純銅自身溫度達(dá)到液氮溫度 后，將其取出，同時(shí)放入霍普金森(Hopkinson)壓桿試驗(yàn)機(jī)中；
C、 在變形溫度低于-10(TC，變形速率為102 105m/s的條件下，進(jìn)行 20次沖擊變形處理，每沖擊1 2次，改變一次變形方向，從而制得含變形 孿晶的高強(qiáng)度純銅材料。
實(shí)施例3
A、 將符合霍普金森裝置要求的純銅塊，于35(TC溫度下進(jìn)行2小時(shí)的 常規(guī)退火處理，使其再結(jié)晶；
B、 將上述再結(jié)晶的純銅浸入液氮中冷卻至純銅自身溫度達(dá)到液氮溫度 后，將其取出，同時(shí)放入霍普金森(Hopkinson)壓桿試驗(yàn)機(jī)中；
C、 在變形溫度低于-10(TC，變形速率為102 105m/s的條件下，進(jìn)行 10次沖擊變形處理，每沖擊1 2次，改變一次變形方向，從而制得含變形 孿晶的高強(qiáng)度純銅材料。
實(shí)施例4
A、 將符合霍普金森裝置要求的純銅塊，于55(TC溫度下進(jìn)行1小時(shí)的 常規(guī)退火處理，使其再結(jié)晶；
B、 將上述再結(jié)晶的純銅浸入液氮中冷卻至純銅自身溫度達(dá)到液氮溫度 后，將其取出，同時(shí)放入霍普金森(Hopkinson)壓桿試驗(yàn)機(jī)中；
C、 在變形溫度低于-10(TC，變形速率為102 105m/s的條件下，進(jìn)行 15次沖擊變形處理，每沖擊1 2次，改變一次變形方向，從而制得含變形 孿晶的高強(qiáng)度純銅材料。
權(quán)利要求
1、一種利用高變形速率制備高強(qiáng)度純銅的方法，其特征在于經(jīng)過(guò)下列工藝步驟A、將銅材于300～700℃溫度下進(jìn)行0.5～5小時(shí)的退火處理，使其再結(jié)晶；B、將上述再結(jié)晶的銅材浸入液氮中冷卻至銅材自身溫度達(dá)到液氮溫度后取出；C、在變形溫度低于-100℃，變形速率為102～105m/s的條件下，進(jìn)行3～20次沖擊變形處理，每沖擊1～2次，改變一次變形方向，從而制得含變形孿晶的高強(qiáng)度純銅材料。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用高變形速率制備高強(qiáng)度純銅的方法，其 特征在于所述退火處理為現(xiàn)有技術(shù)中的常規(guī)退火工藝。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用高變形速率制備高強(qiáng)度純銅的方法，其 特征在于所述沖擊變形處理是在現(xiàn)有技術(shù)中的高速率變形裝置——霍普金 森(Hopkinson)壓桿試驗(yàn)機(jī)中完成的。
全文摘要
本發(fā)明提供一種利用高變形速率制備高強(qiáng)度純銅的方法，它將將銅材于300～700℃溫度下進(jìn)行0.5～5小時(shí)的再結(jié)晶退火后，浸入液氮中冷卻，在變形溫度低于-100℃，變形速率為10²～10⁵m/s的條件下，進(jìn)行3～20次沖擊變形處理，每沖擊1～2次，改變一次變形方向，從而制得含變形孿晶的高強(qiáng)度純銅材料。使純銅在低溫下，發(fā)生高速率塑性變形，可在具有面心立方結(jié)構(gòu)的純銅內(nèi)部引入大量變形孿晶，使純銅獲得較高的強(qiáng)度。本發(fā)明通過(guò)簡(jiǎn)單的制備過(guò)程，即可獲得強(qiáng)度高于450MPa的純銅材料，同時(shí)孿晶是超細(xì)晶材料獲得較好塑性的有效途徑，為獲得同時(shí)具有高強(qiáng)度，好塑性的純銅材料奠定基礎(chǔ)。
文檔編號(hào)C22F1/08GK101392358SQ200810233540
公開(kāi)日2009年3月25日 申請(qǐng)日期2008年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月7日
發(fā)明者尚青亮, 徐孟春, 朱心昆, 李才巨, 陶靜梅 申請(qǐng)人:昆明理工大學(xué)