Способ обработки низколегированных медных сплавов


 


Владельцы патента RU 2585606:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" (RU)

Изобретение относится к области обработки специальных проводниковых сплавов, в частности к получению низколегированных медных сплавов, и может быть использовано в электротехнике для изготовления электродов сварочных машин, контактных проводов для электрофицированного транспорта, коллекторных шин и в других изделиях, в которых требуется высокая электропроводность материала. Способ обработки низколегированного медного сплава системы Cu-Cr включает закалку сплава, равноканальное угловое прессование при комнатной температуре и последующее старение, при этом закалке подвергают сплав системы Cu-Cr, содержащий Hf, равноканальное угловое прессование осуществляют при пересечении каналов под углом 90 градусов по маршруту Вс до достижения истинной степени деформации 7-11, а старение проводят при температуре 450-550°С до получения в сплаве структуры, состоящей из матрицы, представляющей собой по существу чистую ультрамелкозернистую медь, и наноразмерные выделения упрочняющей фазы. Техническим результатом изобретения является повышение уровня механических свойств низколегированных медных сплавов системы Cu-Cr в сочетании с повышением их электропроводности. 1 пр.

 

Изобретение относится к области обработки специальных проводниковых сплавов, в частности к получению низколегированных медных сплавов, и может быть использовано в электротехнике, в частности для изготовления электродов сварочных машин, контактных проводов для электрофицированного транспорта, коллекторных шин и полос для электромашин и в других изделиях, в которых требуется высокая электропроводность материала.

В низколегированных проводниковых сплавах на основе меди, обладающих всеми ее положительными качествами: высокой электро- и теплопроводностью, основным недостатком является относительно малая прочность. Известны различные методы повышения прочностных характеристик медных сплавов: наклеп, легирование, термическая и термомеханическая обработка.

В последнее время для повышения механических свойств и их термической стабильности применяется метод равноканального углового прессования (РКУП). Увеличение прочности в процессе такой обработки происходит за счет формирования ультрамелкозернистой (УМЗ) структуры, включающей субмикрокристаллическую (100-1000 нм) и наноразмерную (до 100 нм) структуру. Так, известен способ обработки проводниковых низколегированных медных сплавов с использованием метода равноканального углового прессования для повышения их механических свойств (CN 102888525 А, опубликован 23.01.2013). Сплав, полученный по известной технологии, обладает хорошим сочетанием пластичности, прочности и проводимости, но недостаточным уровнем жаропрочности. Среди известных низколегированных медных сплавов хорошей жаропрочностью обладают сплавы системы Cu-Cr.

Известен способ получения ультрамелкодисперсного медного сплава системы Cu-Cr, включающий закалку, равноканальное угловое прессование при температуре 20-300°С на оснастке с углом пересечения каналов 120°c накопленной деформацией порядка 5 и последующее старение при температуре 400-500°С (RU 2484175, опубл. 10.06.2013). Указанный способ является наиболее близким к предложенному способу. Способ позволяет получить сплав с высоким уровнем механических свойств: микротвердость - порядка 2000 МПа и предел прочности - порядка 600 МПа. Однако для ряда применений, в частности для электродов контактной сварки, наряду с высокой электропроводностью сплав должен обладать высокой прочностью и достаточной жаропрочностью.

Задачей изобретения является разработка способа обработки низколегированных медных сплавов системы Cu-Cr, позволяющего получить изделия из этих сплавов с наилучшим сочетанием механических и электрических свойств, работающего в условиях высоких температур и механических нагрузок и позволяющего использовать его в качестве проводникового материала в различных областях электротехники.

Техническим результатом изобретения является повышение уровня механических свойств низколегированных медных сплавов системы Cu-Cr в сочетании с повышением их электропроводности.

Технический результат достигается тем, что в способе обработки низколегированного медного сплава системы Cu-Cr, включающем закалку сплава, равноканальное угловое прессование при комнатной температуре и последующее старение, закалке подвергают сплав системы Cu-Cr, содержащий Hf, равноканальное угловое прессование осуществляют при пересечении каналов под углом 90 градусов по маршруту Вс до достижения истинной степени деформации 7-11, а старение проводят при температуре 450-550°С до получения в сплаве структуры, состоящей из матрицы, представляющей собой по существу ультрамелкозернистую чистую медь, и наноразмерных выделений упрочняющей фазы.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Введение в хромовую бронзу до 1 мас. % Hf приводит к существенному повышению температуры рекристаллизации, что в свою очередь приводит к повышению прочности и жаропрочности сплава. Проведение после закалки деформации сплава методом равноканального углового прессования позволяет создать УМЗ структуру с большой долей высокоугловых границ. При этом экспериментально было установлено, что режимы проведения РКУП при пересечении каналов под углом 90 градусов по маршруту Вс до достижения истинной степени деформации 7-11 для хромовых бронз с содержанием Hf до 1% позволяют измельчить зеренную структуру до оптимального размера, позволяющего при последующем старении сплава получить сочетание высоких свойств электропроводности, прочности и жаропрочности. Температуру старения определяли экспериментально по кривым температурной зависимости твердости и электропроводности сплава. При температуре ниже 450°С процессы старения осуществляются не в полной мере и сплав обладает при достаточном уровне твердости низкой электропроводностью. При температуре выше 550°С при высоких значениях электропроводности происходит разупрочнение сплава и, соответственно, снижение его прочностных характеристик.

Структура сплавов в состаренном состоянии, после проведения РКУП по оптимальным режимам, состоит из матрицы, представляющей собой практически ультрамелкозернистую чистую медь, и наноразмерных выделений частиц хрома и Cu5Hf. Сохраняющийся при этом частично в твердом растворе гафний уменьшает диффузионную подвижность хрома, что приводит в совокупности с выделением наноразмерных частиц хрома и Cu5Hf к повышению твердости сплавов при комнатной температуре и их жаропрочности при повышенных температурах.

Пример реализации способа.

Закалку на твердый раствор образцов сплава Cu - 0,7% Cr - 0,9% Hf диаметром 10 мм и длиной 70 мм осуществляли с температуры 1000±10°С в воду. Сплав в закаленном состоянии имел микротвердость 1380±65 МПа и электропроводность 26,5% (IACS).

Равноканальное угловое прессование закаленных образцов осуществляли в оснастке с углом пересечения каналов 90° по маршруту Вс.

После 8 проходов РКУП, что соответствует истинной степени деформации ε=9 и последующего старения при температуре 500°С в течение 1 часа, сплав имел предел прочности 654 МПа, микротвердость - 2310±35 МПа, относительное удлинение - 14%, электропроводность - 56% (IACS).

После 10 проходов РКУП, что соответствует истинной степени деформации ε=11,3 и последующего старения при температуре 450°С в течение 1 часа, сплав имел микротвердость - 2320±47 МПа и электропроводность - 53% (IACS).

После 6 проходов РКУП, что соответствует истинной степени деформации ε=6,8 и последующего старения при температуре 550°С в течение 1 часа, сплав имел микротвердость - 1915±62 МПа и электропроводность - 78% (IACS).

Таким образом, видно, что равноканальное угловое прессование с истинной степенью деформации 7-11 и последующим старением при температурах 450-550°С приводит к одновременному и существенному повышению прочности и электропроводности по сравнению с недеформированным закаленным состоянием.

Из образцов сплава Cu-0,7% Cr-0,9%Hf, полученных по предложенной технологии, были изготовлены вставки к составному водоохлаждаемому электроду для контактной сварки и проведены испытания в течение 2000 циклов сварки. Для сравнения, подобный эксперимент был проведен с промышленным крупнозернистым Cu-Cr сплавом. Было показано, что износ электрода (оцененный по относительному уширению рабочей поверхности), изготовленного из УМЗ сплава Cu-0,7% Cr-0,9%Hf после 2000 циклов сварки в ~5 раз меньше по сравнению с промышленным сплавом.

Таким образом, предложенное изобретение позволяет получить низколегированный проводниковый сплав на основе меди, обладающий сочетанием высоких механических и электрических свойств, необходимых для изделий, используемых при работе в условиях повышенных температур и механических нагрузок.

Способ обработки низколегированного медного сплава системы Cu-Cr, включающий закалку сплава, равноканальное угловое прессование при комнатной температуре и последующее старение, отличающийся тем, что закалке подвергают сплав системы Cu-Cr, содержащий до 1% Hf, равноканальное угловое прессование осуществляют при пересечении каналов под углом 90 градусов по маршруту Вс до достижения истинной степени деформации 7-11, а старение проводят при температуре 450-550°C до получения структуры сплава, состоящей по существу из ультрамелкозернистой медной матрицы и наноразмерных выделений упрочняющей фазы.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к термической обработке деталей из бериллиевой бронзы БрБ2 и может быть использовано в радиотехнической, электротехнической отраслях промышленности и в приборостроении.

Изобретение относится к области металлургии и машиностроения. Для предотвращения брака по механическим свойствам непрерывно отожженной металлической заготовки и обеспечения максимального выхода годного осуществляют управление непрерывной термообработкой металлических заготовок, которое включает неразрушающий непрерывный контроль получаемой в результате термообработки характеристики механических свойств, при этом в качестве контрольной характеристики используют значение удельных энергозатрат, проводят сравнение значений текущих энергозатрат со значениями энергозатрат, полученными из предварительно установленных регрессионных зависимостей механических свойств от удельных энергозатрат, обеспечивающими получение необходимых механических свойств, и регулируют режим термообработки заготовки, обеспечивая попадание величины удельных энергозатрат в интервал допустимых значений.

Изобретение относится к области ультрамелкозернистых (УМЗ) материалов с повышенной прочностью и электропроводностью, предназначенных для использования в электротехнической промышленности для изготовления деталей, проводников и электрических контактов, работающих в условиях повышенных температур и высоких механических нагрузок.

Изобретение относится к области производства холоднотянутых профилей электротехнического назначения из следующих нетермоупрочняемых бронз: кадмиевой, магниевой, оловянной, серебряной и других.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к изготовлению высокопрочных тонких листов, лент и фольг из микрокомпозиционных материалов на основе меди, и может быть использовано в электронной технике.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к высокопрочной фольге из микрокомпозиционного материала, предназначенной для изготовления гибких печатных плат с высокой электропроводностью.

Изобретение относится к области производства контактных электротехнических изделий из хромовых или хромциркониевых бронз и может быть использовано при изготовлении высокопрочных и износостойких электродов контактной сварки и электроконтактных проводов для электротранспорта.
Изобретение относится к металлургии, в частности к способу повышения прочностных параметров проката в виде листов, ленты и фольги, толщиной до 0,5 мм из бериллиевой бронзы марок БрБНТ1,7, БрБНТ1,9, БрБ2 и БрБ2,5.

Изобретение относится к металлургии, а именно к обработке материалов из дисперсионно-твердеющих сплавов на основе меди, и предназначено для использования в технологии получения полуфабрикатов, обладающих высокой электропроводностью.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам Cu-Ni-Si-Co, имеющим превосходную прочность, электропроводность и качество пресс-штамповки. .
Наверх