本发明专利技术公开了一种高强高导Cu‑Cr‑Zr合金线材的制备方法，通过添加镁、硅、铪等微合金元素，这类原子在沉淀析出过程中，分散在铬析出相颗粒的周围，有效延缓铬原子扩散，因此铬析出相长大极其缓慢，同时固溶处理后的直接时效预处理，铬相和其它第二相如铜‑锆中间相均匀的、缓慢的沉淀析出，避免了第二相在冷加工塑性变形形成的大量位错上不均匀析出，而后施加较大程度的一次拉拔和二次拉拔在富含纳米析出相颗粒的合金上，使均匀分布的析出相与位错发生强烈的交互作用,随后通过二次时效、三次时效使剩余溶质元素在分布均匀的位错上进一步完全析出，充分了综合析出强化和加工硬化效果，析出相细小且位错分布均匀，从而获得了具有高强高导综合性能的Cu‑Cr‑Zr合金。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于合金制备，具体涉及一种高强高导cu-cr-zr合金线材的多级热机械处理制备方法。
技术介绍
1、cu-cr-zr合金因其出色的电学性能、导热性能和力学性能，被广泛应用于高强度导线、电阻焊电极等需要高强度和导电性的领域。该合金添加的cr、zr元素，高温下和低温下存在较大的溶解度差异，因此可以通过固溶处理及后续的时效处理，在基体中弥散沉淀出纳米级别的第二相颗粒并净化基体中高温下固溶的溶质元素，因此具有高强度、高电导率和耐磨性等特点，目前广泛应用于京沪、京津、京张、成渝等高铁线路上。然而，沉淀强化型cu-cr-zr合金线材在加工制备过程中，cr元素在基体铜中的扩散速率很快，沉淀析出的纳米级cr颗粒对于温度和时间非常敏感，析出速率快，非常容易产生过时效现象而导致强度变化剧烈，因此在生产中控制困难，容易产生性能不均匀的问题。
2、经检索，如中国专利文献公开了一种高塑性高强度高导电cucrzr系铜合金及其制备方法【申请号：201911111463.4，公开号：cn110747365a】，其制备工艺是固溶处理直接进行冷变形，时效处理，通过细化晶粒改善了铜合金的性能，但是该工艺容易产生位错和沉淀析出相团聚在晶界与亚晶界上,合金性能不均匀。经检索，如中国专利文献公开了一种cucrzr合金的制备方法【申请号：201610293159.6，公开号：cn105925922a】，其制备工艺主要是通过连续等径角挤压，使制备合金长度达到1000m以上，并具有一定高性能，但是其工艺复杂不利于产业化生产，且不注重合金内部性能的均匀性。</p>3、经检索，如中国专利文献公开了一种双级时效工艺制备cucrzr合金的方法【申请号：202111201564.8，公开号：cn113832367a】，其制备工艺是在冷变形后直接进行两次时效，目的主要是具有一定强度的同时改善合金的延伸率，但其工艺在冷轧变形后采用低温时效的方法使析出相在基体内均匀析出，导致最后得到的cucrzr合金并没有很高性能。
技术实现思路
1、一种高强高导cu-cr-zr合金线材的制备方法，包括以下步骤：
2、所述合金原料按质量百分含量计，包括如下组分：0.30％-0.40％的铬，0.10％-0.25％的锆，0.02％-0.12％的镁，0.01％-0.05％的硅，0.05％-0.25％的铪，余量为铜及不可避免的杂质。
3、步骤一：将合金原料按照比例放入熔炼炉中进行真空熔炼；
4、步骤二：将步骤一得到液态熔融合金浇铸，得到的圆柱铸锭；
5、步骤三：将步骤二得到的圆柱铸锭进行均匀化退火处理，得到的均匀化处理后的圆柱铸锭；
6、步骤四：将步骤三得到的圆柱铸锭表面处理后进行模锻，得到的合金杆；
7、步骤五：将步骤四得到的合金杆进行固溶处理，得到的固溶处理后的合金杆；
8、步骤六：将步骤五得到的合金杆进行预时效处理，得到具有一定强度的合金杆；
9、步骤七：将步骤六得到的合金杆进行第一次拉拔，得到的合金线材；
10、步骤八：将步骤七得到的合金线材进行第二次时效处理，得到的时效后合金线材；
11、步骤九：将步骤八得到的合金线材进行第二次拉拔，得到的二次拉拔后的合金线材；
12、步骤十：将步骤九得到的合金线材进行第三次时效，经表面处理后即得到的合金成品得到的高强高导合金线材。
13、优选的，步骤一的真空熔炼工序，熔炼温度为1200℃-1400℃，保温时间0.5h-2h，在熔炼炉内抽至真空，随后缓慢充入高纯氩气，氩气流量控制在10-50l/min，直至炉内形成惰性保护气氛，压力保持在常压或略高于常压。在熔炼全程中，维持氩气的持续流动。
14、通过上述技术方案，在真空熔炼工序中，通过将熔炼炉内首先抽至真空，有效去除了炉内残留的氧气、水分及其他活性气体，极大地减少了熔炼过程中可能引入的氧化杂质或有害气体污染。随后缓慢充入高纯氩气，氩气流量控制在10-50l/min，确保熔炼炉内形成稳定的惰性保护气氛，并将熔炼环境压力维持在常压或略高于常压。在整个熔炼过程中，氩气的持续流动对熔体形成了一层保护屏障，有效隔绝了熔融铜合金与外界空气的接触，从而抑制了氧化反应的发生，避免了合金中氧化物夹杂的生成。
15、优选的，步骤二的浇筑工序，浇铸的温度为1100℃-1300℃，浇筑的圆柱铸锭直径为90mm。
16、通过上述技术方案，在浇铸过程中，将浇铸温度控制在1100℃-1300℃的范围内，确保了熔体具备良好的流动性和适当的过冷度，避免了因温度不足导致的铸锭表面缺陷或内部缺陷，例如冷隔、疏松和气孔。同时，温度控制在此范围内也有效防止了温度过高导致的晶粒粗大和元素烧损问题，保证了铸锭内部组织的致密性和成分的均匀性。此外，通过将圆柱铸锭的直径优选为90mm，这种尺寸设计不仅适合快速均匀冷却，减少铸造过程中的热应力和裂纹风险，同时也为后续均匀化退火、锻造以及加工步骤提供了适宜的原料形态和尺寸基础。优化的浇铸工艺配合合理的铸锭尺寸，大幅提升了铸件质量与后续加工效率，从而保证最终产品的高强度和高导电性能。
17、优选的，步骤三的均匀化退火工序，处理温度为900℃-950℃，保温时间为4h-6h。
18、通过上述技术方案，在均匀化退火工序中，将处理温度优选为900℃-950℃，并将保温时间设定为4h-6h，通过这一工艺参数的精准控制，能够有效促进铸锭内部的成分均匀化和组织均匀化。在900℃-950℃的温度范围内，铸锭中的溶质原子得以充分扩散和重分布，从而消除铸造过程中可能产生的元素偏析问题；同时，合理的高温退火处理可以降低铸锭的内应力，改善铸造缺陷，提高材料的组织稳定性。4h-6h的保温时间则为成分的进一步均匀化提供了足够的扩散时间，同时避免了过长保温可能导致的晶粒异常长大问题，通过均匀化退火工艺，铸锭的内部组织由原始的铸态组织转变为均匀致密的固溶组织，既为后续的锻造工序提供了优质的坯料，又改善了材料的塑性和加工性能，减少了锻造过程中的裂纹和缺陷风险。
19、优选的，步骤四的锻造工序，锻造模具采用20mm的圆柱型模具。
20、通过上述技术方案，在锻造工序中优选采用20mm的圆柱型模具，有效优化了锻造过程中材料的塑性变形行为。通过控制模具的尺寸，将铸锭逐步锻造成直径为20mm的圆柱型杆材，这种规格不仅适用于后续的热处理和加工步骤，同时锻造过程中能够显著提高材料的致密性，消除铸造缺陷，改善材料的内部组织结构
21、优选的，步骤五的固溶处理工序，固溶处理温度为900℃-980℃，保温时间为1h-5h，然后快速水冷。
22、通过上述技术方案，能够使铜合金中以铬、锆、镁、硅、铪等合金元素充分溶解进入基体铜中，并通过快速水冷从而形成均匀的过饱和固溶体合金。此温度区间既能够确保强化元素的充分溶解并保留到室温，又能避免因温度过高导致晶粒长大或元素烧损等问题的发生。合理的保温时间本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种高强高导Cu-Cr-Zr合金线材的制备方法，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种高强高导Cu-Cr-Zr合金线材的制备方法，其特征在于：所述的步骤一的真空熔炼工序，熔炼温度为1200℃-1400℃，保温时间0.5h-2h，在熔炼炉内抽至真空，随后缓慢充入高纯氩气，氩气流量控制在10-50L/min，直至炉内形成惰性保护气氛，压力保持在常压或略高于常压。在熔炼全程中，维持氩气的持续流动。
3.根据权利要求1所述的一种高强高导Cu-Cr-Zr合金线材的制备方法，其特征在于：所述的步骤二的浇筑工序，浇铸的温度为1100℃-1300℃，浇筑的圆柱铸锭直径为90mm。
4.根据权利要求1所述的一种高强高导Cu-Cr-Zr合金线材的制备方法，其特征在于：所述的步骤三的均匀化退火工序，处理温度为900℃-950℃，保温时间为4h-6h。
5.根据权利要求1所述的一种高强高导Cu-Cr-Zr合金线材的制备方法，其特征在于：所述的步骤四的锻造工序，锻造模具采用20mm的圆柱型模具。
6.根据权利要求1所述的一种高强高导Cu-Cr-Zr合金线材的制备方法，其特征在于：所述的步骤五的固溶处理工序，固溶处理温度为900℃-980℃，保温时间为1h-5h。
7.根据权利要求1所述的一种高强高导Cu-Cr-Zr合金线材的制备方法，其特征在于：所述的步骤六的预时效处理工序，温度为400℃-500℃，保温时间为3h-5h。
8.根据权利要求1所述的一种高强高导Cu-Cr-Zr合金线材的制备方法，其特征在于：所述的步骤七的第一次拉拔工序，拉拔的拉拔速度为20-45m/min，进行多道次拉拔，每道次的拉拔应变量为0.1-0.15，所述合金线材直径为9mm-11mm，所述的步骤九的第二次拉拔工序，拉拔速度为20-45m/min，经过多道次拉拔，每道次的拉拔应变量为0.1-0.15，所述合金线材直径为5-8mm。
9.根据权利要求1所述的一种高强高导Cu-Cr-Zr合金线材的制备方法，其特征在于：所述的步骤八的第二次时效处理工序，时效温度为400～500℃，保温时间为0.5～4h；所述的步骤十的第三次时效处理工序，时效温度为400℃-500℃，保温时间为0.5h-4h。
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【技术特征摘要】
1.一种高强高导cu-cr-zr合金线材的制备方法，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种高强高导cu-cr-zr合金线材的制备方法，其特征在于：所述的步骤一的真空熔炼工序，熔炼温度为1200℃-1400℃，保温时间0.5h-2h，在熔炼炉内抽至真空，随后缓慢充入高纯氩气，氩气流量控制在10-50l/min，直至炉内形成惰性保护气氛，压力保持在常压或略高于常压。在熔炼全程中，维持氩气的持续流动。
3.根据权利要求1所述的一种高强高导cu-cr-zr合金线材的制备方法，其特征在于：所述的步骤二的浇筑工序，浇铸的温度为1100℃-1300℃，浇筑的圆柱铸锭直径为90mm。
4.根据权利要求1所述的一种高强高导cu-cr-zr合金线材的制备方法，其特征在于：所述的步骤三的均匀化退火工序，处理温度为900℃-950℃，保温时间为4h-6h。
5.根据权利要求1所述的一种高强高导cu-cr-zr合金线材的制备方法，其特征在于：所述的步骤四的锻造工序，锻造模具采用20mm的圆柱型模具。
6.根据权利要求1所述的一种高强高...
【专利技术属性】
技术研发人员：郁浩楠，夏承东，李研彪，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：
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