CN102553960A - 一种高塑性锡铋系合金温度保险丝材的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高塑性锡铋系合金温度保险丝材的制备方法。其特征在于先将锡铋合金铸锭制备成等径转角挤压坯锭，并进行预热和保温；然后将上述的等径转角挤压坯锭采用等径转角挤压模具进行等温挤压，制备挤压坯料，经挤压成形后制成拉拔成形要求的拉拔坯料，再采用水冷控温拉丝机进行等温拉拔加工，制备出温度保险丝材，最后进行盘绕包装。本发明制备的丝材强度高、塑性好、晶粒细小、成分组织更加均匀，可满足各种包装和温度保险丝封装的要求，工艺流程简单，可操行性强，是一种理想的生产锡铋系合金温度保险丝材料的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种材料制备方法，尤其是一种高塑性锡铋系合金温度保险丝材的制备方法。
背景技术
温度保险丝是电子设备和电路必不可少的安全保护元件，广泛用于各种家电产品、办公设备、通讯器材、视听设备。在电子设备工作电流正常状态下，当设备或电路的环境温度升高到某一异常值时，温度保险丝(易熔合金)就立即熔断，将电路切断，起到保护设备和电路、报警作用。同时，随着电子设备的小型化、轻便化，未来对较小直径温度保险丝的需求量将会增加，尤其对直径在0.4mm以下的温度保险丝需求量会越来越大。传统的温度保险丝合金是以锡、铋、铅、镉等金属组成的二元或多元合金，其中铅、镉可增加易熔合金的成型加工性能，可采用传统挤压拉拔工艺制成直径细小的温度保险丝。但铅、镉等元素的使用不仅污染环境，还会严重危害人类身体健康，现已被禁止使用。
锡铋二元合金熔点低，可在139～270℃温度范围内熔化，是一种理想的无铅无镉环保的温度保险丝材料。但在不添加铅、镉等元素时，合金脆性太高，无法以传统温度保险丝的挤压、拉拔工艺进行加工。这是因为铋在合金中易结晶形成粗大不规则形状的组织，尤其是锡铋合金在偏离共晶成分时由于熔程较大，凝固过程中更易出现枝晶偏析和组织粗大化，导致锡铋合金塑性非常差，变形加工更加困难，丝材加工成品率低，脆性高、塑性差。将脆性的锡铋系合金制备成直径细小(0.4mm以下)、满足组装、包装要求的温度保险丝尤为困难，因此使得这种理想的无铅无镉环保温度保险丝材料无法获得实际应用。
为了能将含铋高脆性的锡铋系合金制备成丝材，Bhardwai Divya等采用Ohno快速凝固连续铸造工艺制备出了铋含量(wt.％)分别为40％、57％、62％、77％，直径约2.0mm的丝材[Bhardwai Divya，Soda Hiroshi，Mclean Alexander，Materials Characterization，61(2010)882-893]。但是该方法制备的丝材为铸造组织，富铋相晶粒粗大且呈层片状分布，无法改变合金的硬脆性特点，制备的丝材脆性高、延性不足，无法进一步加工成直径更为细小的丝材，或进行盘绕，只能提供长度较短的直线材料，无法制备出满足使用及包装要求的连续丝材。
中国专利CN101362265公开了一种焊接材料的锡丝制作方法，是将高塑性的纯锡或锡合金作为拉丝坯料，将用高铋含量合金粉末制成的焊膏压入拉丝坯料拉拔成丝，制成表层为纯锡或锡合金、芯部为焊膏的焊丝，这种方法制备的合金焊锡丝，是两种成分合金的物理形状组合，其芯部膏体合金熔点与外层纯锡或锡合金成分熔点不一，只能用作焊接材料，不能用作温度保险丝。
发明内容
本发明针对现有技术存在的缺陷，提供一种高塑性锡铋系合金温度保险丝材的制备方法，能将具有高脆性的锡铋系合金制备成具有高强度、高塑性、直径细小、成分均匀的温度保险丝材料，加工成品率高，工艺简单。
本发明提供的利用脆性锡铋系合金制备高塑性直径细小温度保险丝材的方法，是将合金铸锭进行等温等径转角挤压，再进行挤压成形，然后进行等温拉拔成形，得到性能、尺寸满足要求的丝材，包含如下步骤：
1、合金铸锭等径转角等温挤压成形，制备挤压坯料
将锡铋合金铸锭按照等径转角挤压模具尺寸加工成等径转角挤压坯料，并用马弗炉在60℃～100℃进行预热并保温，同时对等径转角挤压模具辅以可控温循环水装置，将循环水温度控制在60℃～100℃对等径转角模具预热，然后将预热保温后的等径转角挤压坯料放入等径转角挤压模具内进行等温挤压。在挤压过程中，利用上述60℃～100℃温度的循环水进行保温或冷却，将模具保持温度在60℃～100℃，等径转角挤压速度控制在60min/道次以下，挤压压力控制在200MPa～300MPa。经过一次或多以等径转角挤压，得到挤压坯料。
2、挤压坯料挤压成形制备拉拔坯料
将经等径转角挤压成形制备的挤压坯料，用挤压机进行挤压，制备符合拉拔成形要求的棒材或丝材。挤压比控制在35∶1以下，挤压压力控制在120MPa～200MPa，挤出满足拉拔要求的拉拔坯料。
3、等温拉拔成形制备丝材
采用水冷控温拉丝机进行等温拉拔加工，拉拔温度控制在60℃～100℃，拉拔过模量控制在0.04mm/模次以下，拉拔速度控制在0.5m/s以下，制备出满足生产、包装、使用要求的直径为1.0mm以下各种规格温度保险丝材料。
4、丝材卷盘包装
按照包装要求将制备的丝材盘绕成卷、包装。
按上述步骤可制备直径1.0mm以下各种规格的锡铋系合金丝材，所制备的丝材保持了高的合金强度，同时可将塑性提高到150％以上，合金晶粒细小、成分组织更加均匀，焊接性能优异，完全满足生产、使用要求。且变形加工成品率高，柔韧性好，可满足温度保险丝的卷盘包装与组装的要求。
本发明具有如下优点和积极效果：
(1)可将难变形加工的高脆性锡铋系合金制备成高强度、高塑性的丝材；
(2)可制备直径1.0mm以下各种规格的丝材；
(3)所制备的丝材具有晶粒更加细小、成分组织更加均匀；
(4)所制备的丝材可满足各种包装要求；
(5)工艺流程简单，可操行性强。
具体实施方式
以下通过具体实施例来对本发明进行详细说明。
实施例1：制备直径0.5mm锡-铋丝材
将经精炼制备的成分为Sn-30Bi(wt.％)的锡-铋合金铸锭，按照等径转角挤压模具的要求，加工成直径50mm、高度100mm的挤压坯锭，并用马弗炉在60℃进行加热保温。同时将可控温度循环水装置的循环水温度控制在60℃，对等径转角挤压模具进行预热，然后将加热保温后的等径转角挤压坯料放入等径转角挤压模具内进行等径转角挤压制备挤压坯料，等径转角挤压速度控制在20min/道次，压力控制在200MPa～250MPa，挤压道次为1次。将等径转角挤压制备的挤压坯料用挤压机进行挤压，压力控制在120MPa～150MPa，挤压出直径为2.0mm的拉拔坯料。采用水冷控温拉丝机对进行等温拉拔加工，拉拔温度控制在60℃～100℃，拉拔过模量控制在0.04mm/模次以下，拉拔速度控制在0.5m/s以下，制备出直径0.5mm的丝材，进行盘绕成卷包装。
实施例2：制备直径0.4mm锡-铋丝材
将经精炼制备的成分为Sn-58Bi(wt.％)的锡-铋合金铸锭，按照等径转角挤压模具的要求，加工成直径60mm、高度60mm的挤压坯锭，并用马弗炉在75℃进行加热保温，同时将恒温循环水温度控制在75℃，并对等径转角挤压模具进行预热，然后将加热保温后的等径转角挤压坯料放入等径转角挤压模具内进行等径转角挤压，等径转角挤压速度控制在30min/道次，压力控制在200MPa～250MPa，挤压道次为2次。用挤压机进行挤压，压力控制在150MPa～180MPa，挤压出直径为2.0mm的拉拔坯料。采用水冷控温拉丝机对进行等温拉拔加工，拉拔温度控制在60℃～100℃，拉拔过模量控制在0.02mm/模次以下，拉拔速度控制在0.2m/s以下，制备出直径0.4mm的丝材，进行盘绕成卷包装。
实施例3：制备直径1.0mm锡-铋丝材
将经精炼制备的成分为Sn-70Bi(wt.％)的锡-铋合金铸锭，按照等径转角挤压模具的要求，加工成直径40mm、高度60mm的挤压坯锭，并用马弗炉在85℃进行加热保温，然后置入等径转角挤压模具内，将恒温循环水温度控制在85℃，并对等径转角挤压模具进行预热，然后将加热保温后的等径转角挤压坯料放入等径转角挤压模具内进行等径转角挤压，等径转角挤压速度控制在60min/道次，压力控制在250MPa～300MPa，挤压道次为3次。用挤压机进行挤压，压力控制在180MPa～200MPa，挤压出直径为3.0mm的拉拔坯料。采用水冷控温拉丝机对进行等温拉拔加工，拉拔温度控制在60℃～100℃，拉拔过模量控制在0.01mm/模次以下，拉拔速度控制在0.1m/s以下，制备出直径1.0mm的丝材，进行盘绕成卷包装。
实施例4：制备直径0.8mm锡-铋-铜丝材
将经精炼制备的成分为Sn-17Bi-0.5Cu(wt.％)的锡-铋-铜合金铸锭，按照等径转角挤压模具的要求，加工成直径50mm、高度50mm的挤压坯锭，并用马弗炉在75℃进行加热保温，然后置入等径转角挤压模具内，将恒温循环水温度控制在75℃，并对等径转角挤压模具进行预热，然后将加热保温后的等径转角挤压坯料放入等径转角挤压模具内进行等径转角挤压，等径转角挤压速度控制在40min/道次，压力控制在200MPa～250MPa，挤压道次为2次。用挤压机进行挤压，压力控制在150MPa～180MPa，挤压出直径为3.0mm的拉拔坯料。采用水冷控温拉丝机进行等温拉拔加工，拉拔温度控制在60℃～100℃，拉拔过模量控制在0.03mm/模次以下，拉拔速度控制在0.3m/s以下，制备出直径0.8mm的丝材，进行盘绕成卷包装。
实施例5：制备直径0.8mm锡-铋-银丝材
将经精炼制备的成分为Sn-35Bi-1Ag(wt.％)的锡-铋-银合金铸锭，按照等径转角挤压模具的要求，加工成直径50mm、高度50mm的挤压坯锭，并用马弗炉在85℃进行加热保温，然后置入等径转角挤压模具内，将恒温循环水温度控制在85℃，并对等径转角挤压模具进行预热，然后将加热保温后的等径转角挤压坯料放入等径转角挤压模具内进行等径转角挤压，等径转角挤压速度控制在40min/道次，压力控制在200MPa～250MPa，挤压道次为2次。用挤压机进行挤压，压力控制在150MPa～180MPa，挤压出直径为3.0mm的拉拔坯料。采用水冷控温拉丝机进行等温拉拔加工，拉拔温度控制在60℃～100℃，拉拔过模量控制在0.02mm/模次以下，拉拔速度控制在0.3m/s以下，制备出直径0.8mm的丝材，进行盘绕成卷包装。
最后，应当指出，以上实施例仅是本发明较有代表性的例子。显然，本发明不限于上述实施例，还可以有许多变形。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均应认为属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种高塑性锡铋系合金温度保险丝材的制备方法，其特征在于先将锡铋合金铸锭制备成等径转角挤压坯锭，并进行预热和保温；利用可控温度循环水装置对等径转角挤压模具进行预热，然后将上述的等径转角挤压坯锭采用等径转角挤压模具进行等温挤压，制备挤压坯料，挤压过程中应利用该循环水装置进行挤压过程温度控制；经挤压成形后制成拉拔成形要求的拉拔坯料，如棒材或线材，再采用水冷控温拉丝机进行等温拉拔加工，制备出温度保险丝材，最后进行盘绕包装。
2.根据权利要求书1所述的一种高塑性锡铋系合金温度保险丝材的制备方法，其特征在于：所述等径转角挤压坯锭的尺寸需与等径转角挤压模具尺寸相匹配，高径比控制在3∶1以下。
3.根据权利要求书1或2所述的一种高塑性锡铋系合金温度保险丝材的制备方法，其特征在于：对等径转角挤压坯锭进行预热和保温时，将预热保温温度控制在60℃～100℃之间。
4.根据权利要求书3所述的一种高塑性锡铋系合金温度保险丝材的制备方法，其特征在于：将可控温度循环水装置的水温控制在60℃～100℃之间，即将等径转角挤压模具与等径转角挤压坯锭始终维持在该温度范围内。
5.根据权利要求书1所述的一种高塑性锡铋系合金温度保险丝材的制备方法，其特征在于：等径转角挤压时压力控制在200MPa～300MPa，挤压速度控制在60min/道次以下，至少进行一次以上等径转角挤压。
6.根据权利要求书1所述的一种高塑性锡铋系合金温度保险丝材的制备方法，其特征在于：挤压坯料在挤压时压力控制在120MPa～200MPa，挤压比控制在35∶1以下。
7.根据权利要求书1所述的一种高塑性锡铋系合金温度保险丝材的制备方法，其特征在于：对拉拔坯料进行拉拔时水温控制在60℃～100℃，拉拔时过模量控制在0.04mm/模次以下，拉拔速度控制在0.5m/s以下。
8.根据权利要求书1所述的一种高塑性锡铋系合金温度保险丝材的制备方法，其特征在于：可将脆性锡铋系合金制成满足焊接组装生产线使用要求的直径为1.0mm以下各种规格的温度保险丝材。
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