CN101447258B - 一种铜包铝复合板带的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于双金属复合板带制造领域，它公开了一种铜包铝复合板带的制造方法。该制造方法通过铜包铝包芯铸造坯料的制备和铜包铝复合板带的制造两个步骤完成。本发明加工工艺简单，铜铝双金属结合牢固，对加工设备承载能力要求不高，易于实现生产的连续化和自动化，更好的提高了产品质量和生产效率，降低了生产成本，满足应用需要。
Description
技术领域：
本发明属于双金属复合板带制造领域，它涉及一种铜包铝复合板带的制造方法。
背景技术：
铝在地壳中的蕴藏量极为丰富，约为5％，仅次于铁，市场价位也相对低廉，具有良好的延展性，比重较轻，而铜资源则相对短缺，价格较贵，导热系数高，导电性好，塑性好，易于加工，在高温下有足够的强度，因此以铝代替铜，开发铜铝复合板带代替铜带应用于电工装置、导电装置等，一方面可以节约珍贵的铜资源，另一方面可以保留铜所具有的优越的导电性和良好的热传导性，同时又具有铜金属的外观，铜铝复合材料具有广泛的应用前景。
目前，生产铜包铝复合板带的方法大多采用固相结合法，包括轧制压接法、包覆焊接法以及静液挤压法等，各有特点，但这些方法都有其不足之处，轧制压接法、包覆焊接法生产所需的临界变形量大，对加工设备的承载能力要求高，制备成本高等缺点；静液挤压法工艺过程复杂，操作及维修困难。另外，经文献检索已经公开的①中国发明专利申请号为200710011271.7发明名称为制造铜包铝排的生产方法，该生产方法步骤为清洗铜管内壁，并涂上一层保护层；在惰性气体保护下，将铜管加热，在其内浇铸熔融金属铝；将铜包铝坯经轧制、拉拔形成铜包铝排复合板带。此方法存在的缺点在于：其一，前处理工序复杂，单根生产铜包铝坯料，生产效率低，难以形成连续化生产，生产成本高；其二，保护性气体下浇铸工艺复杂，工作环境较差；其三，铜包铝坯未经长时间保温再冷却，双金属组元间相互扩散不充分，在一定程度上未形成良好的界面结合，降低了界面结合强度。②中国发明专利申请号为200810057668.4发明名称为一种高性能铜包铝矩形横断面复合导电母排及其制备工艺，该工艺采用水平连铸直接复合成形铜包铝复合坯料；将铜包铝坯经过轧制、拉拔、再轧制工艺最终制成铜包铝排。此工艺存在的缺点主要在于：对设备要求高，铜包铝排水平连铸设备结构复杂，制造成本较高，从而提高了铜包铝复合板带的制造难度和制造成本。
发明内容：
针对上述现有技术的缺陷，本发明提供了一种铜包铝复合板带的制造方法，它克服了铜铝两种材料难于压合成型的缺点，解决了生产效率低，制造难度大，制造成本高，难于实现大规模生产等问题。
本发明解决技术问题的技术方案如下：
一种铜包铝复合板带制造方法，其特征在于是通过如下步骤实现的：
步骤1：铜包铝包芯铸造坯料的制备
〔1〕将外径D1为50～250mm壁厚b1为1～2mm长度H1为800～1500mm的铜管1内壁在铸造前需严格用硷、水清洗干净，并用砂布对内壁旋转打毛，打毛后再清洗烘干，然后利用制备铜包铝包芯铸造坯料的装置将清洁的每根铜管1对准带侧孔砂箱3的浇口垂直插入且通过表面两侧由螺栓固牢的一幅带孔Ω形卡头2固牢；
〔2〕把烘干后的木炭粉5从上述每根铜管1的口部投入使其厚度为20～30mm；
〔3〕将纯铝块加热到750～800℃成为纯铝液6注入制备铜包铝包芯铸造坯料的装置的外径D2为100～400mm壁厚b2为1～3mm长度H2为900～1600mm的L形注口4，其垂直中心线与带侧孔砂箱3的距离t2为120～450mm，然后经过带侧孔砂箱3的内部砂流槽和浇口从下方进入由步骤〔1〕准备好的每根铜管1，可同时浇入8～28根铜管1；
〔4〕然后保温18～22h后自然冷却至室温；
〔5〕锯切下铸件并切齐头尾部以制成铜包铝包芯铸造坯料。
步骤2：铜包铝复合板带的制造
〔1〕将步骤1所制备的铜包铝包芯铸造坯料采用孔型轧制，孔型需用椭圆-圆孔型，尺寸应与铜包铝包芯铸造坯料的直径相匹配，铜包铝包芯铸造的轧制变形量为25～40％，采用常规四辊可逆轧机进行多孔型轧制，工作辊设置2～8个孔型，使横断面形状由圆形变为椭圆形以制成椭圆形棒料；
〔2〕采用常规卧式冷拉拔机将步骤1制成的椭圆形棒料进行2～4道次冷拉拔，拉拔角为10～15度，每道面缩率为10％～50％，使椭圆形棒料横断面形状由椭圆形变成有圆角过渡的矩形棒料，冷拉拔后当总变形量达70％时，进行中间退火，退火温度为300～400度，退火时间为1～3h；
〔3〕将矩形棒料采用常规四辊可逆轧机进行平辊轧制，经过1～2道次轧制，每道次变形量为15％～30％，再经过1道次精轧工序，变形量为1％～3％以制成铜包铝复合板带。
与现有技术相比本发明的优点是：
本发明通过铜包铝包芯铸造方法制坯后，首先采用孔型轧制，可以更好的控制铜包铝包芯铸造坯料的横断面形状，并加大每道次变形量，减少中间退火次数，提高生产效率。
本发明加工工艺简单，铜铝双金属结合牢固，对加工设备承载能力要求不高，易于实现生产的连续化和自动化，更好的提高了产品质量和生产效率，降低了生产成本，满足应用需要。
附图说明：
图1为制备铜包铝包芯铸造坯料的装置示意图
图1中，1-铜管，D1-铜管外径，b1-铜管壁厚，H1-铜管长度，2-带孔Ω形卡头，3-带侧孔砂箱，4-L形注口，D2-外径，b2-壁厚，H2-长度，t2-L形注口的垂直中心线与带侧孔砂箱外侧的距离，5-木炭粉，6-纯铝液
图2为铜包铝层状复合板带制造流程示意图
具体实施方式：
一种制备铜包铝包芯铸造坯料的装置，其特征在于它包括铜管1它垂直安置在带侧孔砂箱3的浇口处且通过两侧由螺栓连接的一幅带孔Ω形卡头2夹紧、带孔Ω形卡头2既与铜管1相连且底部支撑在带侧孔砂箱3表面上、带侧孔砂箱3既与带孔Ω形卡头2和铜管1相连一侧又与L形注口4相连、L形注口4通过下部与带侧孔砂箱3的砂流槽相连；
该装置更详细的说明请参见本发明人同一日申请的一种制备铜包铝包芯铸造坯料的装置及方法的发明专利。
一种铜包铝复合板带的制造方法，其特征在于是通过如下步骤实现的：
步骤1：铜包铝包芯铸造坯料的制备
〔1〕将外径D1为50～250mm壁厚b1为1～2mm长度H1为800～1500mm的铜管1内壁在铸造前需严格用硷、水清洗干净，并用砂布对内壁旋转打毛，打毛后再清洗烘干，然后利用制备铜包铝包芯铸造坯料的装置将清洁的每根铜管1对准带侧孔砂箱3的浇口垂直插入且通过表面两侧由螺栓固牢的一幅带孔Ω形卡头2固牢，目的是令纯铝液6与铜管1能较好的结合，增强铜铝双金属间的结合力；
〔2〕把烘干后的木炭粉5从上述每根铜管1的口部投入使其厚度为20～30mm，作用是隔绝空气和杂质，防止气泡和夹杂；
〔3〕将纯铝块加热到750～800℃成为纯铝液6注入制备铜包铝包芯铸造坯料的装置的外径D2为100～400mm壁厚b2为1～3mm长度H2为900～1600mm的L形注口4，其垂直中心线与带侧孔砂箱3的距离t2为120～450mm，然后经过带侧孔砂箱3的内部砂流槽和浇口从下方进入由步骤〔1〕准备好的每根铜管1，可同时浇入8～28根铜管1；
〔4〕然后保温18～22h后自然冷却至室温，作用是使铜铝双金属组元间可相互扩散，以形成细晶粒组织的扩散层，在一定程度上增强材料的界面结合，提高界面结合强度；
〔5〕锯切下铸件并切齐头尾部以制成铜包铝包芯铸造坯料。
步骤2：铜包铝复合板带的制造
〔1〕将步骤1所制备的铜包铝包芯铸造坯料采用孔型轧制，孔型需用椭圆-圆孔型，尺寸应与铜包铝包芯铸造坯料的直径相匹配，铜包铝包芯铸造坯料的轧制变形量为25～40％，采用常规四辊可逆轧机进行多孔型轧制，工作辊设置2～8个孔型，使横断面形状由圆形变为椭圆形以制成椭圆形棒料；
〔2〕采用常规卧式冷拉拔机将步骤1制成的椭圆形棒料进行2～4道次冷拉拔，拉拔角为10～15度，每道面缩率为10％～50％，使椭圆形棒料横断面形状由椭圆形变成有圆角过渡的矩形棒料，冷拉拔后当总变形量达70％时，进行中间退火，退火温度为300～400度，退火时间为1～3h；
〔3〕将矩形棒料采用常规四辊可逆轧机进行平辊轧制，经过1～2道次轧制，道次变形量为15％～30％，再经过1道次精轧工序，变形量为1％～3％以制成铜包铝复合板带。
下面结合附图1-图2通过具体实施例进一步说明本发明，但实施例仅限于说明，并不能限制本发明的范围。
铜包铝复合复合板带的制造方法不同于固相结合法，也不同于水平连铸制造铝包铜复合棒料，是由包芯铸造结合塑性加工的方式完成的。
实施例1
步骤1：铜包铝包芯铸造坯料的制备
〔1〕将8根外径D1为50mm壁厚b1为1mm长度H1为900mm的铜管1内壁在铸造前需严格用硷、水清洗干净，并用砂布对内壁旋转打毛，打毛后再清洗烘干，然后将清洁的8根铜管1分别对准带侧孔砂箱3的8个浇口垂直插入且通过表面两侧由螺栓固牢的一幅带孔Ω形卡头2分别固牢；
〔2〕把烘干后的木炭粉5从上述每根铜管1的口部投入使其厚度为20mm；
〔3〕将纯铝块加热到750℃成为纯铝液6注入制备铜包铝包芯铸造坯料的装置的外径D2为100mm壁厚b2为1mm长度H2为900mm的L形注口4，其垂直中心线与带侧孔砂箱3的距离t2为120mm，然后经过带侧孔砂箱3的内部砂流槽和浇口从下方进入由步骤〔1〕准备好的每根铜管1，可同时浇入8根铜管1；
〔4〕然后保温18h后自然冷却至室温；
〔5〕锯切下8根铸件并切齐头尾部以制成8根长度为800mm的铜包铝包芯铸造坯料。
步骤2：铜包铝复合板带的制造
〔1〕将步骤1所制备的铜包铝包芯铸造坯料采用孔型轧制，孔型需用椭圆-圆孔型，孔型半径为25mm与铜包铝包芯铸造坯料的直径相匹配，轧制变形量为25％采用常规四辊可逆轧机进行多孔型轧制，工作辊设置8个孔型，使横断面形状由圆形变为椭圆形以制成椭圆形棒料；
〔2〕采用常规卧式冷拉拔机将步骤1制成的椭圆形棒料进行2道次冷拉拔，拉拔角为10度，每道面缩率为12％，使椭圆形棒料横断面形状由椭圆形变成有圆角过渡的矩形棒料，冷拉拔后总变形量已达70％，进行中间退火，退火温度为300度，退火时间为1h；
〔3〕将矩形棒料采用常规四辊可逆轧机进行平辊轧制，经过1道次轧制，变形量为18％，再经过1道次精轧工序，变形量为1％以制成8根铜包铝复合板带。
实施例2
步骤1：铜包铝包芯铸造坯料的制备
〔1〕将28根外径D1为250mm壁厚b1为2mm长度H1为1500mm的铜管1内壁在铸造前需严格用硷、水清洗干净，并用砂布对内壁旋转打毛，打毛后再清洗烘干，然后将清洁的28根铜管1分别对准带侧孔砂箱3的28个浇口垂直插入且通过表面两侧由螺栓固牢的一幅带孔Ω形卡头2分别固牢；
〔2〕把烘干后的木炭粉5从上述每根铜管1的口部投入使其厚度为30mm；
〔3〕将纯铝块加热到800℃成为纯铝液6注入制备铜包铝包芯铸造坯料的装置的外径D2为350mm壁厚b2为2mm长度H2为1600mm的L形注口4，其垂直中心线与带侧孔砂箱3的距离t2为380mm，然后经过带侧孔砂箱3的内部砂流槽和浇口从下方进入由步骤〔1〕准备好的每根铜管1，可同时浇入28根铜管1；
〔4〕然后保温22h后自然冷却至室温；
〔5〕锯切下28根铸件并切齐头尾部以制成28根长度为1400mm的铜包铝包芯铸造坯料。
步骤2：铜包铝复合板带的制造
〔1〕将步骤1所制备的铜包铝包芯铸造坯料采用孔型轧制，孔型需用椭圆-圆孔型，孔型半径为125mm与铜包铝包芯铸造坯料的直径相匹配，轧制变形量为40％采用常规四辊可逆轧机进行多孔型轧制，工作辊设置7个孔型，使横断面形状由圆形变为椭圆形以制成椭圆形棒料；
〔2〕采用常规卧式冷拉拔机将步骤1制成的椭圆形棒料进行3道次冷拉拔，拉拔角为15度，每道面缩率为45％，使椭圆形棒料横断面形状由椭圆形变成有圆角过渡的矩形棒料，冷拉拔后总变形量已达70％，进行中间退火，退火温度为380度，退火时间为3h；
〔3〕将矩形棒料采用常规四辊可逆轧机进行平辊轧制，经过2道次轧制，变形量为25％，再经过1道次精轧工序，变形量为2％以制成28根铜包铝复合板带。
Claims (1)
1.一种铜包铝复合板带的制造方法，其特征在于是通过如下步骤实现的：
步骤1：铜包铝包芯铸造坯料的制备
[1]将外径(D1)为50～250mm壁厚(b1)为1～2mm长度(H1)为800～1500mm的铜管(1)内壁在铸造前需严格用硷、水清洗干净，并用砂布对内壁旋转打毛，打毛后再清洗烘干，然后利用制备铜包铝包芯铸造坯料的装置将清洁的每根铜管(1)对准带侧孔砂箱(3)的浇口垂直插入且通过表面两侧由螺栓固牢的一幅带孔Ω形卡头(2)固牢；
[2]把烘干后的木炭粉(5)从上述每根铜管(1)的口部投入使其厚度为20～30mm；
[3]将纯铝块加热到750～800℃成为纯铝液(6)注入制备铜包铝包芯铸造坯料的装置的外径(D2)为100～400mm壁厚(b2)为1～3mm长度(H2)为900～1600mm的L形注口(4)，其垂直中心线与带侧孔砂箱(3)的距离(t2)为120～450mm，然后经过带侧孔砂箱(3)的内部砂流槽和浇口从下方进入由步骤〔1〕准备好的每根铜管(1)，可同时浇入8～28根铜管(1)；
[4]然后保温18～22h后自然冷却至室温；
[5]锯切下铸件并切齐头尾部以制成铜包铝包芯铸造坯料；
步骤2：铜包铝复合板带的制造
[1]将步骤1所制备的铜包铝包芯铸造坯料采用孔型轧制，孔型需用椭圆-圆孔型，尺寸应与铜包铝包芯铸造坯料的直径相匹配，铜包铝包芯铸造的轧制变形量为25～40％，采用常规四辊可逆轧机进行多孔型轧制，工作辊设置2～8个孔型，使横断面形状由圆形变为椭圆形以制成椭圆形棒料；
[2]采用常规卧式冷拉拔机将步骤2中的步骤[1]制成的椭圆形棒料进行2～4道次冷拉拔，拉拔角为10～15度，每道面缩率为10％～50％，使椭圆形棒料横断面形状由椭圆形变成有圆角过渡的矩形棒料，冷拉拔后当总变形量达70％时，进行中间退火，退火温度为300～400度，退火时间为1～3h；
[3]将矩形棒料采用常规四辊可逆轧机进行平辊轧制，经过1～2道次轧制，道次变形量为15％～30％，再经过1道次精轧工序，变形量为1％～3％以制成铜包铝复合板带。
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