專利名稱：一種連續(xù)柱狀晶組織高鋁青銅板材高效軋制工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料加工技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種連續(xù)柱狀晶組織高鋁青銅板材的軋制加工工藝。
背景技術(shù)：
鋁青銅由于具有高強度、高彈性、高導(dǎo)電性能以及良好的耐腐蝕和耐磨損性能，廣泛應(yīng)用于儀器儀表、海洋工程、石油化工、交通運輸、航空航天等領(lǐng)域。鋁含量大于9. 4wt. %的高鋁青銅，其強度、彈性和形狀記憶性能均優(yōu)于鋁含量較低的鋁青銅，但塑性差，是典型的脆性難加工材料。例如含鋁12wt. %的普通鑄造鋁青銅室溫塑性僅為2 4%[Harry Meigh.Cast and wrought aluminum bronzes: properties, processes and structure. London:IOM Communications Ltd; 2000],室溫塑性極差,極大制約了該合金的應(yīng)用。北京科技大學(xué)的謝建新等人開發(fā)了一種采用連續(xù)定向凝固技術(shù)制備高塑性鋁青銅的方法[劉雪峰，謝建新，季燈平，余均武.一種二元鋁青銅線材連續(xù)定向凝固制備方法.中國發(fā)明專利，專利號21^200610011120.7，2011年11月30日授權(quán)]。采用該方法制備的高鋁青銅合金具有連續(xù)柱狀晶組織，可顯著提升合金的塑性性能。例如，連續(xù)柱狀晶組織Cu-12wt. %A1高鋁青銅的室溫拉伸斷后伸長率可達28%，是普通鑄造多晶組織合金的 9倍[Yu Wang, Haiyou Huang, Jianxin Xie. Enhanced room temperature tensileductility of columnar-grained polycrystalline Cul2wt. %A1 alloy through texturecontrol by Ohno continuous casting process. Materials Letters, 2011, 65(7):1123-1126]。研究還發(fā)現(xiàn)，除塑性性能外，連續(xù)柱狀晶組織高鋁青銅的彈性模量，疲勞強度，電導(dǎo)率和耐腐蝕性能也大幅提升，具有優(yōu)異的力學(xué)、物理和化學(xué)性能。例如，連續(xù)柱狀晶組織Cu-12wt. %A1合金的彈性模量可達167GPa，疲勞強度在300MPa以上，比典型的彈性合金鈹青銅QBe2分別高40%和50% ;導(dǎo)電率(22%IACS)和耐腐蝕性能與QBe2相當(dāng)。這些優(yōu)異的性能使得連續(xù)柱狀晶組織高鋁青銅有望發(fā)展成為可替代有毒鈹青銅的高性能“綠色”彈性
I=I -Wl O雖然連續(xù)柱狀晶組織高鋁青銅具有許多優(yōu)異的性能，但該合金的室溫冷加工性能仍然較差，存在道次變形量小、加工硬化嚴(yán)重、易發(fā)生開裂等問題。若將合金在熱加工溫度下加工，雖然加工性能良好，但由于發(fā)生再結(jié)晶，合金轉(zhuǎn)變?yōu)榈容S多晶組織，從而失去連續(xù)柱狀晶組織特有的優(yōu)異性能。因此，亟需開發(fā)適用于連續(xù)柱狀晶組織高鋁青銅合金的高效加工工藝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種連續(xù)柱狀晶組織高鋁青銅板材的高效軋制加工工藝，解決脆性難加工高性能連續(xù)柱狀晶組織高鋁青銅合金冷加工性能差、易開裂，熱加工時發(fā)生再結(jié)晶，失去連續(xù)柱狀晶組織特有的優(yōu)異性能的問題。一種連續(xù)柱狀晶組織高鋁青銅板材高效軋制工藝，采用連續(xù)定向凝固方法制備沿長度方向連續(xù)柱狀晶組織、表面光亮的高鋁青銅(含鋁量9.4wt.9Tl4wt.%)坯料，經(jīng)熱軋-溫軋高效加工各種規(guī)格的高性能高鋁青銅板帶材。具體工藝路線如下
首先在600°C 850°C溫度范圍內(nèi)進行首道次熱軋，軋制變形量為60°/Γ90%。軋后采用水冷方式快速冷卻以防止脆性相析出。然后在200°C 40(TC溫度范圍內(nèi)進行3-11道次后續(xù)溫軋加工，道次變形量59Γ20%。最終得到具有連續(xù)片狀晶組織的高鋁青銅板帶材產(chǎn)品，板材的最大可軋制加工量達到95%以上。本發(fā)明的特點在于綜合利用鑄態(tài)連續(xù)柱狀晶高鋁青銅的以下兩個特點(1)在6000C 850°C溫度下軋制時，可軋制性好，變形抗力小，且第一道次軋制過程中和軋后均不發(fā)生再結(jié)晶，柱狀晶組織得以保留；(2)當(dāng)軋制溫度高于565°C時，合金處于β相區(qū)，具有易變形的bcc結(jié)構(gòu)。首道次軋制溫度選擇在600°C 850°C之間，軋制變形量可達60°/Γ90%，加 工效率高。高溫軋制后采用水冷方式快速冷卻，可以有效防止軋后脆性相析出。后續(xù)溫軋加工溫度控制在200°C 40(TC之間，低于合金再結(jié)晶溫度和脆性相析出溫度，軋制過程不發(fā)生再結(jié)晶和脆性相析出。本發(fā)明的優(yōu)點在于
I)材料加工過程中不發(fā)生再結(jié)晶，保持了高取向性組織。2)首道次采用高溫軋制，道次變形量大，加工效率高；
3)溫軋后的高鋁青銅板帶材不含脆性相，具有連續(xù)片狀晶組織和優(yōu)異的力學(xué)、物理、化學(xué)性能。


圖I是連續(xù)定向凝固制備的連續(xù)柱狀晶組織Cu-12wt. %A1高招青銅還料的金相組織照片
圖2是連續(xù)柱狀晶組織Cu-12wt. %A1高鋁青銅坯料經(jīng)首道次850°C高溫軋制(軋制變形量80%)和9道次400°C低溫軋制(各道次的變形量為5% 20%)后的金相組織照片?？偧庸ぷ冃瘟繛?5. 3%，帶材具有連續(xù)片柱狀晶組織，無脆性相析出。
具體實施例方式實施例I
采用連續(xù)定向凝固方法制備寬度為25mm、厚度為15mm、表面光亮、具有連續(xù)柱狀晶組織的Cu-12wt. %A1合金板材；將板材加熱到850°C，保溫30min后迅速放入軋機中進行軋制(軋制方向為板材長度方向，即連續(xù)柱狀晶生長方向，軋面為板材的寬面，下同)，軋后迅速水冷。熱軋后板材厚度為3mm,變形量為80%。然后在400°C溫度下進行9道次溫軋,各道次壓下量為5% 20%。軋后帶材厚度為O. 7mm,總加工變形量95. 3% ;帶材表面光亮，不含脆性析出相，具有連續(xù)片狀晶組織。實施例2
采用連續(xù)定向凝固方法制備寬度為50mm、厚度為8mm、表面光亮、具有連續(xù)柱狀晶組織的Cu-14wt. %A1合金板材；將板材加熱到750°C保溫30min后迅速放入軋機中進行軋制，軋后迅速水冷。熱軋后帶材厚度為Imm,變形量為87. 5%。然后在375°C溫度下進行7道次溫車L，各道次壓下量為5% 20% ;軋后帶材厚度O. 3mm,總加工變形量為96. 3% ;帶材表面光亮，不含脆性析出相，具有連續(xù)片狀晶組織。實施例3
采用連續(xù)定向凝固方法制備寬度為100mm、厚度為5mm、表面光亮、具有連續(xù)柱狀晶組織的Cu-lOwt. %A1合金板材；將板材加熱到800°C保溫30min后迅速放入兩輥軋機中進行軋制，軋后迅速水冷。熱軋后帶材厚度為O. 5mm，變形量為90%。然后在325°C溫度下進行5道次溫軋，各道次壓下量 為5% 20% ;軋后帶材厚度O. 15mm,總加工變形量為97% ;帶材表面光亮，不含脆性析出相，具有連續(xù)片狀晶組織。
權(quán)利要求
1. 一種連續(xù)柱狀晶組織高鋁青銅板材高效軋制工藝，其特征在于采用連續(xù)定向凝固方法制備沿長度方向連續(xù)柱狀晶組織、表面光亮的高鋁青銅坯料，高鋁青銅含鋁量為,9.4wt. °/Tl4wt. %,經(jīng)熱軋-溫軋高效加工各種規(guī)格的高性能高招青銅板帶材； 具體工藝路線如下 首先在600°C 850°C溫度范圍內(nèi)進行首道次熱軋，軋制變形量為60°/Γ90%，軋后采用水冷方式快速冷卻以防止脆性相析出；然后在200°C 400°C溫度范圍內(nèi)進行3-11道次后續(xù)溫軋加工，道次變形量59Γ20% ;最終得到具有連續(xù)片狀晶組織的高鋁青銅板帶材產(chǎn)品，板材的最大可軋制加工量達到95%以上。
全文摘要
一種連續(xù)柱狀晶組織高鋁青銅板材高效軋制工藝，屬于金屬材料塑性加工技術(shù)領(lǐng)域。具體工藝為首先將坯料在600℃~850℃溫度范圍進行單道次高溫軋制，軋制變形量60%~90%；軋后水冷；然后在200℃~400℃溫度范圍內(nèi)進行3-11道次后續(xù)溫軋加工，各道次變形量控制在5%~20%。板材總加工量達95%以上，成形后不含脆性析出相，不發(fā)生再結(jié)晶，具有連續(xù)片狀晶組織。本發(fā)明其優(yōu)點是采用單道次熱軋與多道次溫軋相結(jié)合的加工工藝，合金不發(fā)生再結(jié)晶，可保持高取向性組織；首道次軋制溫度高(600℃~850℃)，道次變形量大，加工效率高；后續(xù)溫軋后的高鋁青銅板帶材不含脆性析出相，具有連續(xù)片狀晶組織，具有優(yōu)異的力學(xué)、物理和化學(xué)性能。
文檔編號B21B1/22GK102962252SQ20121052173
公開日2013年3月13日 申請日期2012年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月6日
發(fā)明者黃海友, 劉記立, 謝建新, 劉雪峰 申請人:北京科技大學(xué)