一种Cu-Al合金显微组织的细化工艺 所属技术领域
本发明涉及一种Cu-Al合金显微组织的细化工艺方法，属于金属材料热加工领域。
背景技术
组织细化是提高铜合金性能最有效的途径之一，组织细化工艺对铜合金的广泛应用起着非常重要地作用。目前，细化铜合金组织的方法主要有添加合金元素法、快速凝固法、形变处理、高压热处理和电脉冲孕育处理。采用添加合金元素的方法简便易行，易于在工业上推广应用，但会造成材料成本提高，以及材料化学组分和组织不均匀的偏析倾向增大，同时对随后的热处理制度十分敏感。形变处理和快速凝固等技术是制得细组织的最有希望投入实际应用的手段，目前该技术还仍处于实验室研究阶段或小批量应用阶段。采用高压热处理来细化铜合金组织，效果虽明显，但仅适合小样品。电脉冲一种是细化金属凝固组织、金属快速再结晶的有效方法，引起相关研究者广泛的兴趣但该方法离工业应用还存在较大的距离。
针对现有技术的不足，本发明提供一种成本低、工艺简单、细化效果理想的细化Cu-Al合金组织的工艺。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种能有效细化Cu-Al合金组织的方法，本发明是通过深冷处理结合热处理工艺来实现的，具体工艺路线如下。
(1)深冷处理工艺：深冷处理具体工艺参数为：加热温度为650～850℃，保温时间为10～30min，浸入液氮中(-196℃)中停留5～10min。
(2)热处理工艺：热处理工艺参数为：加热温度为600～700℃，保温时间为1～3min，冷却速度为5～40℃/min冷却至室温。
首先对冶炼完的Cu-Al合金样品进行深冷处理，深冷处理为细化Cu-Al合金组织的预处理，Cu-Al合金通过深冷处理可获得较细的条状组织，组织晶界面密度增大，同时组织内部产生高密度的位错等缺陷，这些将为Cu-Al合金在随后的热处理过程中晶核的形核提供更多的位置，经适当控制热处理参数(加热温度、保温时间及冷却速度)，就可使该材料组织细化。随后再对深冷处理后的Cu-Al合金样品进行热处理，热处理的目的是使Cu-Al合金获得较细的组织，是由Cu-Al合金重新发生固体相变现象来是实现的，通过调节热处理参数来控制Cu-Al合金组织中形核及长大来实现组织细化。热处理的加热温度应略高于相变点(约563℃)，保温时间短些，冷却速度在一定的范围内，最终使Cu-Al合金获得的晶粒不会因温度的过高和时间的过长而长大。
本发明的有益效果是：本发明方法工艺简单，易于操控，适合于工业化的推广和使用。采用该工艺方法，在不改变材料的原始成分基础上，可使Cu-Al合金获得的组织均匀细小，有利于提高Cu-Al合金的综合力学性能。
【附图说明】
图1为铸造Cu-Al合金金相组织照片；
图2采用实施例1冷处理后的Cu-Al合金金相组织照片；
图3采用实施例1工艺处理后的Cu-Al合金金相组织照片；
图4采用实施例2工艺处理后的Cu-Al合金金相组织照片；
具体实施方式：
通过以下具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述。
实施例1
根据本发明所述的晶粒细化方法，对一种Cu-Al合金进行了晶粒细化处理，以无氧铜(纯度99.99％)、铝粉(纯度99.7％)和铋粉(纯度99.9％)为原料，将Cu、Al和Bi粉按照88∶11.85∶0.15的比例(质量分数，％)配料，放入真空炉中的坩埚内，在温度1200～1250℃下进行熔化，当原料完全熔化后保温10～15分钟后，随炉冷却至室温，得到Cu-Al合金铸锭。
将所得的Cu-Al合金样品在箱式电阻炉中加热到750℃保温15分钟后浸入液氮中(-196℃)停留5分钟，再将经深冷处理后的样品在STA449C热分析仪中进行热处理，加热温度为700℃，保温时间3min，冷却速度为5℃/min冷却至室温。经金相显微镜观察发现，处理前Cu-Al合金组织中晶粒粗大且不均匀，有些呈粗大的板片状，应用本工艺得到的晶粒以颗粒状存在，晶粒变得均匀细小，其粒状晶粒尺寸约为12～20μm，其晶粒尺寸较处理前Cu-Al合金晶粒尺寸明显细小。
实施例2
实验材料制备与工艺过程与上述实施例1相同，唯热处理参数不同，与实施例1相比，本实施例采用的加热温度较低、保温时间较短和的冷却速度较快。其加热温度为600℃，保温时间1min，冷却速度为30℃/min。经金相显微镜观察发现，Cu-Al合金组织的细化效果比较明显，晶粒尺寸约为8～12μm，其晶粒尺寸较实施例1有所减小。