CN101698205A

CN101698205A - 锌合金结构材料连续挤压成型的方法

Info

Publication number: CN101698205A
Application number: CN200910044723A
Authority: CN
Inventors: 郭道强; 张辉; 蒋子凡; 滕世政; 何柳
Original assignee: QIANGWANG NEW METAL MATERIAL CO Ltd CHENZHOU
Current assignee: Hunan Huakang New Material Co., Ltd.
Priority date: 2009-11-06
Filing date: 2009-11-06
Publication date: 2010-04-28

Abstract

本发明涉及变形锌合金结构材料连续挤压成型的方法，属于锌合金管材、型材和线材塑性成型技术领域。其工艺是通过变质细晶强化精练的方法显著改善锌及其合金的塑性加工性能，且形变强化——大剪切变形方式更有利于细化晶粒。利用连续挤压挤压技术对杆料、颗粒料或熔融金属等锌合金结构材料坯料与挤压设备旋转挤压轮之间的强摩擦，产生足够的挤压力和热量，以连续大剪切变形的方式，将锌合金结构材料坯料直接挤压成制品。本发明解决了现有常规挤压工艺存在的流程长、多次加热能耗高、材料利用率低、生产成本高等突出的问题。

Description

锌合金结构材料连续挤压成型的方法

技术领域

本发明属于锌合金管材、型材和线材塑性成型技术领域，具体涉及变形锌合金结构材料连续挤压成型的方法。

背景技术

锌及锌合金具有优良的抗大气腐蚀性能、适用的机械性能、良好的电磁场性能、适宜的化学性能和优良的工艺性能、熔点低、能耗少、生产成本低等特点，半个多世纪以来，人们对锌合金的注意力主要集中在铸造领域的应用，除了超塑性锌合金受到人们的关注外，其它的变形锌合金结构材料还未涉及，因此就限制了锌及锌合金的应用。后来，发现钛对锌合金有细化强化组织的良好作用，以及高强度抗蠕变Zn-Cu-Ti合金熔炼工艺、加工工艺的掌握，打破了锌合金不能够作为结构材料使用的观念，同时，也为塑性加工开辟了新的渠道，拓宽了材料的应用范围。近年来，通过轧制、加热挤压和拉拔生产的锌及锌合金板、棒、丝材已大量应用于电池壳、阳极板、印刷板和计算机、打印机零件、通讯、桥梁、高速公路护栏、船舶制造等技术领域。常规的热挤压生产锌合金的工艺很复杂，主要是由于锌和多数锌合金属具有密排六方晶体结构，室温下塑性变形相当困难，锌挤压产品表面不光滑，易于出现裂纹，挤压通路易堵塞等，至今仍为多次加热、多次拉拔或多次轧制挤压的常规挤压工艺，且适宜于连续挤压一次塑性成型的变形锌合金材料与连续挤压一次塑性成型的方法在国内外均为空白。所以，近年来变形锌及锌合金结构材料和塑性成型性研究就成了进一步发展的前沿课题。

目前国际上和国内普遍的锌合金结构材料挤压方法是：首先需要对挤压筒和模具进行加热，挤压筒加热温度为230-250℃，模具加热温度为150-200℃；同时将原料锌或锌合金加热，加热温度为200-250℃，然后将加热后的原料锌或锌合金装入挤压筒进行挤压。且在热挤压时优于其热脆温度范围较窄，挤压速度远远低于黄铜。其挤压工艺对合金材料成分、挤压机、模具要求极高，因此挤压生产流程长，成本高，耗能高，生产效率低。目前，国内外在锌基合金的变形锌合金材料的研究主要有：

如：文献1——欧洲专利局专利《Improvements on anextrusios process ofzinc-based alloys》(Ramon Galvan C/Publication number：EP0508858)，该专利合金的组分为Zn-Al-Cu，Zn69-79％，Al20-30％，Cu1.0-8％，挤压条件为预先加热的常规挤压。

文献2——日本特许厅《Method for extrusion molding from zinc-basedalloys material》(Ramon Galvan C/Publication number：JP6234012)，该方法为锌基合金材料在挤压模中经预热处理挤压成型。

文献3——中国发明专利申请(公开号：CN1974811A)《高强度高韧性的锌基合金线材或棒材的制造方法》，其生产工艺为：铝含量≥10wt％的锌基合金原料-熔炼-保温及挤压-拉拔-热处理-淬火。

上述文献1、2、3与本发明专利对比，制造方法或生产工艺均为常规的加热挤压工艺或常规的加热挤压+拉拔工艺，总存在着工艺流程长、多次加热能耗高的缺陷。

除此以外，与本发明密切相关的还有1990年8月16日德国专利DE3903963A1公开的“旋转式变形连续金属挤压机”。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种变形锌合金结构材料连续挤压成型的方法，以解决现有常规挤压工艺存在的流程长、多次加热能耗高、材料利用率低、生产成本高等突出的问题。

本发明的技术思路是，通过变质细晶强化精练的方法显著改善锌及其合金的塑性加工性能，且形变强化——大剪切变形方式更有利于细化晶粒。利用连续挤压挤压技术对杆料、颗粒料或熔融金属等锌合金结构材料坯料与挤压设备旋转挤压轮之间的强摩擦，产生足够的挤压力和热量，以连续大剪切变形的方式，将锌合金结构材料坯料直接挤压成制品。

本发明解决问题所采用的技术方案是：一种变形锌合金结构材料连续挤压成型的方法，是将变质细晶强化精练的三元系或四元系锌基合金原料，经连铸坯料得变形锌合金圆杆料，或板料，或颗粒料变形锌合金坯料，表面清洗，室温干燥后，经送料轮送入旋转式连续挤压机内挤压；在常温条件下，通过调整挤压轮面与槽封块弧面之间的接触长度和运转间隙，使变形锌合金坯料与带沟槽的旋转挤压轮之间产生挤压力，和摩擦产生热量，将变形锌合金坯料以连续大剪切变形方式直接在模具中产生连续的和塑性或超塑性一次挤压变形成制品。

所述的变质细晶强化精练的三元系锌基合金原料是指Zn-Al-Cu三元系合金；是依下列步骤所得：先按重量百分比取下列原料：主要组分Al 8～30，Cu2～6，Zn 65～75；辅助成分B 0.05～0.3，Ti 0.05～0.2，Mn 0.01～0.45，Mg0.01～0.05；混合得混合料；将混合料的50～65％先放入中频炉熔炼出Zn-AL-Cu的中间合金；再加余下的混合料于中频炉中与所生成的Zn-AL-Cu中间合金进行第二次熔炼，使之主要组分成分与微合金辅助成分充分扩散，即完成；

所述的变质细晶强化精练的四元系锌基合金原料是指Zn-Al-Cu-Mn四元系合金，是依下列步骤所得：先按重量百分比取下列原料：主要组分Al 5～25，Cu 1～3，Mn 0.5～1.5，Zn 70～85；辅助成分B 0.5～1.5，Ti 0.5～1，Si0.01～0.48，Mg 0.01～0.02；混合得混合料；将混合料的50～65％先放入中频炉熔炼出Zn-AL-Cu的中间合金；再加余下的混合料于中频炉中与所生成的Zn-AL-Cu中间合金进行第二次熔炼，使之主要组分成分与微合金辅助成分充分扩散，即完成；

所述的连铸坯料为常温条件下的变形锌合金圆杆料，或板料，或颗粒料；

所述的表面清洗、室温干燥是指用超声波或10～20％硝酸或盐酸水溶液，其溶液温度在25～40℃，洗涤时间5～10分钟，然后20～40℃自来水漂洗1～10分钟，采用自然干燥或风冷却干燥；

所述的旋转式连续挤压机，是一种公知技术的旋转式连续挤压机；如德国专利所介绍的DE3903963A1，和改装的国产LJ 300型铝材连续挤压机均可以用于本发明，其主要技术参数设定为：挤压轮转速6～20转/分钟，控制摩擦作功所产生热量使挤压出口温度保持在180～300℃之间，制品出口速度为8～35米/分钟。

本发明的方法是使用中间合金的二次熔炼技术所熔炼出的三元系或四元系锌基合金原料，结合锌合金在连续挤压过程中产生了连续大剪切变形使晶粒得到细化，由于剪切织构的演变，大幅度提高了锌合金的成形性能和力学性能；使产品组织性能均匀和机械性能得到提高。同时生产工艺利用挤压过程中摩擦作功自身所产生的热量，不需要电加热或其它外加热形式，生产能耗低；并且高含量的锌合金在挤压过程中温度相对较低，只有200～300℃，锌合金不会发生相变，并在热挤压坯料过程中不会氧化，模具也能长期工作，因此挤压成本相对较低，效率较高。经检测，材料组织为细密均匀的等轴晶，韧性提高了一倍，综合性能优良。该方法是生产超长度中小规格变形锌合金管材、型材和线材的先进方法。

具体实施方式

下面结合具体实施例详细描述本发明：

实施例1

材料名称：ZnAl25Cu2变形锌合金

材料规格：ф10mm的变形锌合金圆线材坯料

化学成分(质量百分数)：Al 8～30，Cu 2～6，Zn 65～75；辅助成分B0.05～0.3，Ti 0.05～0.2，Mn 0.01～0.45，Mg 0.01～0.05。

性能指标：抗拉强度≥430Mpa，伸长率≥20％。

熔炼设备：中频炉、水平连铸机。

制备工艺：

1、原料：锌锭锌含量≥99.99％，符合GB/T470-1997标准；铝锭其铝含量≥99.99％，符合GB/T8644-2000标准；硼粉硼含量≥95～99.9％；海绵钛或二氧化钛钛含量≥99％，符合GB/T2524-2002标准或YB523-82标准；1^#锰锭。

2、配料：按要求成分分别配置主、辅料的混合料。

3、制备中间合金：配制熔炼出Zn-AL-Cu中间合金，将混合料的50～65％先放入中频炉熔炼出Zn-AL～Cu的中间合金；再加余下的混合料于中频炉中与所生成的Zn-AL-Cu中间合金进行第二次熔炼，使之主要组分成分与微合金辅助成分充分扩散，坯料组份稳定均匀，晶粒细化，材料为等轴晶晶粒；保温480～500℃待铸。

4、铸坯料：通过水平结晶器或经800t热挤压机热挤压制成直径为ф10mm的变形锌合金圆线材坯料，

5、坯料表面经过HNO₃酸洗和清水漂洗干燥后，经送料轮送入改装的国产LJ 300型铝材连续挤压机内挤压，通过调整挤压轮面与槽封块弧面之间的接触长度和运转间隙，使变形锌合金坯料与带沟槽的旋转挤压轮之间产生挤压力，和摩擦产生热量，将变形锌合金坯料以连续大剪切变形方式直接在模具中挤压出5～30×5～30×0.5～2mm等规格的“T”、“工”、“U”型锌合金型材；在挤压过程中，挤压轮转速为10～15转/分钟，控制摩擦作功所产生热量使挤压出口温度保持在250℃，制品出口为速度在8～32米/分钟范围。

实施例2

材料名称：ZnAl20Cu2Mn1变形锌合金

材料规格：dф10mm的变形锌合金圆线材坯料

化学成分(质量百分数)：主要组分Al 5～25，Cu 1～3，Mn 0.5～1.5，Zn70～85；辅助成分B 0.5～1.5，Ti 0.5～1，Si 0.01～0.48，Mg 0.01～0.02；

性能指标：抗拉强度≥460Mpa，伸长率≥20％。

熔炼设备：中频炉、水平连铸机

制备工艺：

1、炉料：锌锭锌含量≥99.99％，符合GB/T470-1997标准；铝锭其铝含量≥99.99％，符合GB/T8644-2000标准；硼粉硼含量≥95～99.9％；海绵钛或二氧化钛钛含量≥99％，符合GB/T2524-2002标准或YB523-82标准；1^#锰锭，1^#硅锭，1^#镁锭。

2、配料：按要求成分分别配置主、辅料的混合料。

3、制备中间合金：将混合料的50～65％先放入中频炉熔炼出Zn-AL-Cu的中间合金；再加余下的混合料于中频炉中与所生成的Zn-AL-Cu中间合金进行第二次熔炼，使之主要组分成分与微合金辅助成分充分扩散，坯料组份稳定均匀，晶粒细化，材料为等轴晶晶粒；保温480～500℃待铸。

4、铸坯料：通过水平结晶器或经800t热挤压机热挤压制成直径为ф10mm(依据成品型材尺寸而定)的变形锌合金圆线材坯料，

5、坯料表面经过HNO₃酸洗和清水漂洗干燥后，经送料轮送入改装的国产LJ 300型铝材连续挤压机内挤压，通过调整挤压轮面与槽封块弧面之间的接触长度和运转间隙，使变形锌合金坯料与带沟槽的旋转挤压轮之间产生挤压力，和摩擦产生热量，将变形锌合金坯料以连续大剪切变形方式直接在模具中挤压出φ3-φ16mm的锌合金线材；在挤压过程中，挤压轮转速为10转/分钟，控制摩擦作功所产生热量使挤压出口温度保持在200～250℃，制品出口为速度在30～35米/分钟范围。

Claims

1.一种变形锌合金结构材料连续挤压成型的方法，其特征是；先将变质细晶强化精练的三元系或四元系锌基合金原料，经连铸坯料得变形锌合金圆杆料，或板料，或颗粒料变形锌合金坯料；再进行表面清洗，室温干燥后，经送料轮送入旋转式连续挤压机内挤压；在常温条件下，通过调整挤压轮面与槽封块弧面之间的接触长度和运转间隙，使变形锌合金坯料与带沟槽的旋转挤压轮之间产生挤压力，和摩擦产生热量，将变形锌合金坯料以连续大剪切变形方式直接在模具中产生连续的和塑性或超塑性一次挤压变形成制品。

2.根据权利要求1所述的变形锌合金结构材料连续挤压成型的方法，其特征在于：变质细晶强化精练的三元系锌基合金原料是指Zn-Al-Cu三元系合金；所述的变质细晶强化精练的四元系锌基合金原料是指Zn-Al-Cu-Mn四元系合金。

3.根据权利要求1所述的变形锌合金结构材料连续挤压成型的方法，其特征在于：所述的连铸坯料为常温条件下的变形锌合金圆杆料，或板料，或颗粒料；

4.根据权利要求1所述的变形锌合金结构材料连续挤压成型的方法，其特征在于：所述的表面清洗、室温干燥是指用超声波或10～20％硝酸或盐酸水溶液，其溶液温度在25～40℃，洗涤时间5～10分钟，然后20～40℃自来水漂洗1～10分钟，采用自然干燥或风冷却干燥。

5.根据权利要求1所述的变形锌合金结构材料连续挤压成型的方法，其特征在于：所述的旋转式连续挤压机的主要技术参数设定为：挤压轮转速6～20转/分钟，控制摩擦作功所产生热量使挤压出口温度保持在180～300℃之间，制品出口速度为8～35米/分钟。