CN103436830B - 一种高性能大尺寸铍铜管材的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铍铜管材的制备方法，包括步骤：铍铜的铸锭、对上述铸锭进行均匀化热处理、钻孔、开坯、对上述挤压开坯后的管坯进行淬火热处理、表面加工、轧制、矫直、时效热处理、表面钝化处理、无损探伤、壁厚测定等工艺。采用本工艺生产的铍铜管材具有成材率和材料利用率高，最终得到的铍铜管材的抗拉强度在1280～1420MPa之间，延伸率在3%～5%之间，表面硬度在HRC38～42之间，晶粒度在7～10μm之间，大大高于现有技术的各项技术指标；利用本技术可加工的铍铜管材长度尺寸可达4000毫米，内外管径及管壁厚度的尺寸精度可达±0.2毫米/米以下。

Description

一种高性能大尺寸铍铜管材的制备方法

技术领域

本发明涉及一种管材加工方法，特别是一种高性能大尺寸铍铜管材的制备方法。

背景技术

铍铜合金是一种析出硬化型合金，它是机械性能、物理性能、化学性能及抗蚀性能良好结合的唯一有色合金，具有高强度、高硬度、高导电性、高弹性、耐磨、耐疲劳、抗腐蚀性及弹性滞后小等特点， 还具有良好的铸造性能、非磁性和冲击时无火花放电性能。

由于铍铜合金具备许多优异性能，它的应用越来越广泛，已经成为国民经济建设中不可缺少的重要工业材料。国外铍铜合金主要应用于汽车电器制造、计算机和电讯行业。此外，铍铜合金在航空航天、电子仪器、海底电缆、家用电器、机械、石油、煤炭等行业也有着广泛的应用。

铍铜的显微组织均匀性和晶粒度大小是决定铍铜管材性能的重要参数。平均晶粒度越细小均匀，越有利于提高铍铜产品的机械性能和表面耐磨性能，同时可以保证铍铜管材尤其是大尺寸管材的变形均匀性，最终可以获得高性能、高精度和大尺寸的管材产品。

然而，由于铍的一些特性，在铜中加入少量铍后，与常规铜合金（如紫铜、黄铜等）相比其性质发生巨大改变，具体表现为硬态效应明显，非常难以轧制或挤压加工，热处理工艺控制极为敏感。如果控制稍微不当，就会造成加工或热处理过程中的管材严重变形，这样只有通过加大壁厚尺寸，最后通过机械加工的办法车削至最终尺寸，以保证精度要求。

铍铜管材的制备方法主要是典型的铸坯挤压法和轧制法，同时结合淬火和时效热处理工艺。通过此工艺可以获得各种性能和尺寸的铍铜管材，如《铍铜管的制造方法》，专利申请号200410084660.9、《一种铍青铜合金及管材》，专利申请号201010144758.4，但这些专利基本上都是制备一些抗拉强度500MPa左右的典型性能和长度在1米以下的常规尺寸的铍铜管材。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用严密的组合工艺技术，精确控制加工工艺以及工序间的热处理工艺，控制铍铜微观金相组织结构的均匀性和晶粒细小的一种高性能大尺寸铍铜管材的制备方法。

为实现上述技术方案，本发明的技术方案是：一种高性能大尺寸铍铜管材的制备方法，包括步骤：

a）铍铜的铸锭：按铍铜管材要求的成分，将铍铜母合金锭和高纯电解铜锭及其它微量元素加入真空熔炼炉中，抽真空，加热至熔化后，搅拌使合金熔液充分脱气并使合金中各成分均匀，保温20～40分钟，然后在真空炉内浇注，冷却至室温后，将铸锭从真空熔炼炉中取出；

b）对上述铸锭进行均匀化热处理，使铸锭内部组织均匀化；

c）钻孔、开坯：对上述均匀化热处理后的铸锭表面进行机械加工，将铸锭表面车成规整的圆柱状、两端车平，然后在铸锭中心钻通孔后挤压开坯；

d）对上述挤压开坯后的管坯进行淬火热处理；

e）表面加工：对淬火热处理后毛坯外圆表面车削，以提高其外圆表面的光洁度,然后采用超声清洗加工后的毛坯，获得清洁的坯锭表面；

f）轧制：对上述管坯进行冷轧至产品要求的尺寸；

g）使用矫直机对上述铍铜管进行矫直，满足产品的弯曲度的要求；

h）对矫直后的铍铜管材进行时效热处理；

i）对热处理后的铍铜管材表面钝化处理，以防止表面氧化。

j）最后对产品管材进行无损探伤、壁厚测定合格的为最终产品。

上述步骤a）中的真空熔炼炉为真空感应电炉，真空度达到1×10^-3Pa以上，加热至熔化温度为980～1120℃，搅拌装置为磁力搅拌装置。

上述步骤b）的均匀化热处理是将铸锭放入真空炉中，充入氮气加热至380～480℃，加热速率为10℃/分钟，保温2小时后自然冷却至室温。

上述步骤c）的开坯工艺中，挤压开坯的速度为0.2～0.5米/分钟，挤压比2:1～3:1。

上述所述步骤d）的淬火处理为：将挤压开坯后的管坯加热至740～820℃，保温2小时，然后置入水槽中进行淬火热处理，水槽中的水温保持在30～50℃之间。

上述步骤f）的轧制使用四辊轧机对坯料进行冷轧；轧制进料量3～7毫米/次，第一道次加工率为20%～25%，第二道次加工率为16%～18%，道次之间对轧制的铍铜管进行淬火处理，两次淬火间道次加工率不超过50%。

上述步骤h）的时效处理是采用带机械抽真空（真空度1×10^-1Pa）的台车炉，时效温度保持在280～360℃之间，保温2～4小时，时效期间充入氮气保护管材表面，时效处理完毕空冷至室温。

上述步骤i）的钝化处理是将铍铜管材放置在处理液中浸泡4～6分钟即可；处理液是由重量百分比浓度为75%重铬酸钠的水溶液。

本发明的技术方案具有以下特点：1、通过铍铜的铸锭、对铸锭进行均匀化热处理和钻孔、开坯等工艺，进行冷轧至产品要求的尺寸，大大提高了成材率和材料利用率；2、在铍铜管的制备工艺中，在不同的工艺阶段加入不同的热处理工艺，最终得到的铍铜管材的抗拉强度在1280～1420MPa之间，延伸率在3%～5%之间，表面硬度在HRC38～42之间，晶粒度在7～10μm之间，大大高于现有技术的各项技术指标；3、利用本技术可加工的铍铜管材长度尺寸可达4000毫米，内外管径及管壁厚度的尺寸精度可达±0.2毫米/米以下，高于现有技术的±0.4毫米/米。

具体实施方式

实施例1：

a）根据铍铜管材的成分要求，配比铍铜母合金锭和高纯电解铜锭，然后将混合料放入石墨坩埚中，将盛料坩埚置于真空熔炼炉中，关闭炉门抽真空，缓慢升温加热，直至熔化。抽真空的真空度在1×10^-3Pa以上，加热温度为980℃后，石墨坩埚中的铍铜合金熔化后，启动磁力搅拌，使溶液充分脱气并合金预均匀化。然后保温40分钟后，开始在真空炉内浇注。浇注采用倾斜顶浇注方式，这样可使浇注速度均匀可控。浇注完成后，断电降温，使铸锭冷却至室温，打开炉门，取出坩埚和铸锭，并清理铸锭表面；

b）对冷却后的铸锭进行均匀化热处理。将铸锭放入带机械泵的真空炉中缓慢加热至480℃，保温时间为2小时，然后自然冷却至室温；

c）对上述均匀化热处理后的铸锭表面进行机械加工，即将铸锭表面车成规整的圆柱状、两端车平，然后在铸锭中心钻通孔后挤压开坯，孔径尺寸可根据最终产品尺寸确定，挤压开坯的速度为0.2米/分钟，挤压比2:1；

d）对挤压开坯后的管坯进行淬火处理；将挤压开坯后的管坯加热至740℃，保温2小时，然后置入水槽中进行淬火处理，水槽中的水温保持在30℃左右。通过水冷淬火处理，可使管坯得到后续轧制所要求的金相组织；

e）对上述淬火处理后管坯外圆表面加工至表面粗糙度Ra小于6.3后，采用超声清洗加工后的毛坯，获得清洁的坯锭表面；

f）开始坯料的冷态轧制，轧制使用四辊轧机，以保证轧制的精度。轧制进料量3毫米/次，第一道次加工率为20%，第二道次加工率为16%，道次之间对轧制的铍铜管进行淬火处理，淬火处理的方式与上述步骤d相同。两次淬火间道次加工率不超过50%。 经过以上各工序的工艺控制，最终轧制到产品要求的尺寸；

g）轧制完毕后，根据需要，使用九辊矫直机对铍铜管进行矫直，以满足产品的弯曲度的要求；

h）对成品管材进行最终时效处理：时效处理是采用带机械抽空的台车炉，时效温度保持在360℃左右，保温2小时，时效期间充入氮气保护管材表面，时效处理完毕空冷至室温；

i）冷却后，对铍铜管材进行表面钝化处理，以防止表面氧化。将铍铜管材放置于盛有75%重铬酸钠的水溶液池中，浸泡4分钟左右，取出后用酒精擦拭干净；

j）最后对产品管材进行无损探伤检测，观察内部是否存在缺陷，同时进行壁厚检测，合格的为最终产品。

实施例2：

在实施例1的基础上，改变的工艺条件如下：

a）加热温度为1120℃；

b）缓慢加热至380℃；

c）挤压开坯的速度为0.5米/分钟，挤压比3:1；

d）将挤压开坯后的管坯加热至820℃，水槽中的水温保持在50℃左右；

f）轧制进料量7毫米/次，第一道次加工率为25%，第二道次加工率为18%；

h）时效温度保持在280℃左右；

i）浸泡6分钟左右，取出后用酒精擦拭干净。

实施例3：

在实施例1的基础上，改变的工艺条件如下：

a）加热温度为1080℃；

b）缓慢加热至430℃；

c）挤压开坯的速度为0.3米/分钟，挤压比2.5:1；

d）将挤压开坯后的管坯加热至780℃，水槽中的水温保持在40℃左右；

f）轧制进料量5毫米/次，第一道次加工率为22%，第二道次加工率为17%；

h）时效温度保持在320℃左右；

i）浸泡5分钟左右，取出后用酒精擦拭干净。

在上述实施例中，最终得到的铍铜管材的长度尺寸为4000毫米，内外管径及管壁厚度的尺寸精度可达±0.2毫米/米以下，铍铜管材的抗拉强度在1280～1420MPa之间，延伸率在3%～5%之间，表面硬度在HRC38～42之间，晶粒度在7～10μm之间，大大高于现有技术的各项技术指标。

在上述实施例中，对于本技术领域的专业技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，也可对本发明进行若干改进和修改，这些改进和修改也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (1)

1.一种高性能大尺寸铍铜管材的制备方法，包括步骤：

a）铍铜的铸锭：按铍铜管材要求的成分，将铍铜母合金锭和高纯电解铜锭及其它微量元素加入真空熔炼炉中，抽真空，加热至熔化后，搅拌使合金熔液充分脱气并使合金中各成分均匀，保温20～40分钟，然后在真空炉内浇注，冷却至室温后，将铸锭从真空熔炼炉中取出；上述真空熔炼炉为真空感应电炉，真空度达到1×10^-3Pa以上，加热至熔化温度为980～1120℃，搅拌装置为磁力搅拌装置；

b）对上述铸锭进行均匀化热处理，使铸锭内部组织均匀化；上述均匀化热处理是将铸锭放入真空炉中，充入氮气加热至380～480℃，加热速率为10℃/分钟，保温2小时后自然冷却至室温；

c）钻孔、开坯：对上述均匀化热处理后的铸锭表面进行机械加工，将铸锭表面车成规整的圆柱状、两端车平，然后在铸锭中心钻通孔后挤压开坯，挤压开坯的速度为0.2～0.5米/分钟，挤压比2:1～3:1；

d）对上述挤压开坯后的管坯进行淬火热处理，淬火处理过程是将挤压开坯后的管坯加热至740～820℃，保温2小时，然后置入水槽中进行淬火热处理，水槽中的水温保持在30～50℃之间；

e）表面加工：对淬火热处理后毛坯外圆表面车削，以提高其外圆表面的光洁度,然后采用超声清洗加工后的毛坯，获得清洁的坯锭表面；

f）轧制：对上述管坯使用四辊轧机对坯料进行冷轧至产品要求的尺寸，轧制进料量3～7毫米/次，第一道次加工率为20%～25%，第二道次加工率为16%～18%，道次之间对轧制的铍铜管进行淬火处理，两次淬火间道次加工率不超过50%；

g）使用矫直机对上述铍铜管进行矫直，满足产品的弯曲度的要求；

h）对矫直后的铍铜管材进行时效热处理，时效处理是采用带机械抽真空的台车炉，时效温度保持在280～360℃之间，保温2～4小时，时效期间充入氮气保护管材表面，时效处理完毕空冷至室温；

i）对热处理后的铍铜管材表面钝化处理，以防止表面氧化；钝化处理是将铍铜管材放置在处理液中浸泡4～6分钟即可；处理液是由重量百分比浓度为75%重铬酸钠的水溶液；

j）最后对产品管材进行无损探伤、壁厚测定合格的为最终产品。