CN103667792A - 工业延期雷管延期体用锌铝基合金挤压管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种工业延期雷管延期体用锌铝基合金挤压管及其制备方法，包括以下步骤：一、将锌铝基合金铸锭机加工成合金棒材，对其进行热处理，再去除表面氧化层；二、用挤压机将合金棒材加工成合金管材；三、对合金管材进行矫直；四、对矫直后的合金管材进行热处理，得到高塑性低硬度环保锌铝基合金挤压管，其室温延伸率不小于150%，硬度不高于45HV。本发明制备方法简单，成品率高，成本低，适于工业化大规模生产，本发明制备的锌铝基合金挤压管材环保、塑性高、硬度低，可替代民爆行业中有严重污染和毒性的铅锑合金管，还可用于进一步拉拔制备延期体复合管，供工业延时雷管装配使用。该挤压管亦可以替代部分昂贵铜合金管，应用前景广阔。
Description
技术领域
本发明涉及一种工业延期雷管延期体用锌铝基合金挤压管及其制备方法。
背景技术
工业延时雷管是民爆行业中一种高技术产品，其延期体生成过程中需要使用一种低硬度和高塑性的粗合金管。通过在粗合金管中填充延期药粉料，经过多道次拉拨工艺，制备成均匀致密的延期体复合管。现有延期体技术中，广泛使用的是有毒重金属铅锑合金管。铅锑合金管无论是在生产、使用环节，还是在矿山或土壤中残留，都存在严重的污染和毒性，危害极其严重。随着国内外的环保意识的强化和环保法律法规的实施，铅锑等有毒重金属污染物和产品将很快被淘汰和禁用。因此，目前民爆行业中广泛使用，但是存在严重污染的铅锑合金延期管，急需一种环保、高塑性和低硬度合金管来替代。
在《爆破器材》期刊第38卷第3期中“无铅雷管系统研究”一文中对该领域进行了一定的尝试，采用铝材延期体，但是发热严重，不易切割，无法满足需要。中国专利公告号CN 102409275 A，公告日是2012年4月11日，名称为“一种雷管用超细晶无铅延期体的制备方法”中公开了一种采用铸造、挤压、轧制和机加工方法制备Zn-Al合金管，然后拉拔或轧制成细延期体，但是其工艺流程复杂，其相关文献（为该专利申请人研究组的学位论文“Zn-22 wt.%Al合金在雷管延期体中的可行性应用研究”）工作表明，该技术实施过程中，工艺和设备的难度较大，现有装备和技术只能将直径为18mm的粗管拉拔到直径为14mm。因此，进一步深入研究开发新型高塑性、低硬度、环保合金管，可以满足国内外的迫切技术需求。
发明内容
本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本发明所要解决的技术问题是提供一种工业延期雷管延期体用锌铝基合金挤压管及其制备方法，该合金管不含具有污染的重金属元素，微观组织中晶粒细小，成分均匀，力学性能表现为高塑性，低硬度，其室温延伸率不小于150%，硬度不高于45HV。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案一是：一种工业延期雷管延期体用锌铝基合金，所述合金配方环保，不含有毒重金属，其成分的质量百分比为：70.00%～85.00%的锌、12.00%～27.00%的铝、0.01%～1.00%的铜、0.01%～1.00%的镁、0.01%～0.20%的铋、0.01%～1.00%的银、0.01%～0.10%的锰、0.01%～0.5%的钛、0.01%～0.05%的硼、0.01%～0.50%的稀土。
一种工业延期雷管延期体用锌铝基合金挤压管制备方法，按以下步骤进行：（1）将工业延期雷管延期体用锌铝基合金铸造出的合金铸锭机械加工成长度为300～500mm，直径为90～140mm的合金棒材；（2）对合金棒材进行均匀化退火、淬火及低温退火处理；（3）把处理好的合金棒材用车床扒皮，去除合金棒材表面的氧化层；（4）对扒皮后的合金棒材进行加热，将加热后的合金棒材放入挤压机中挤压得到合金管材；（5）对合金管材进行矫直；（6）对矫直后的合金管材进行热处理，从而进一步细化晶粒，去除加工应力，提高塑性，降低硬度，得到挤压管成品，其室温延伸率不小于150%，硬度不高于45HV。
进一步的，该工业延期雷管延期体用锌铝基合金挤压管制备方法还包括步骤（7）将延期药粉料装入挤压管内，然后对挤压管进行多道次拉拔，获得复合细管，其硬度不高于40HV。
进一步的，步骤（2）包括：a、合金棒材均匀化退火处理温度为300～370℃，均匀化退火时间为24～96小时，淬火介质为冷水或冰水，淬火后在室温下的室温时效为1～3天；b、然后将合金棒材进行低温退火，低温退火温度为150～280℃，低温退火时间为0.5～3小时。
进一步的，在步骤（4）中，所述挤压工艺详细参数如下：a、挤压比为30～80，挤压速度为0.5 ～2.0mm/s，挤压管材外径为15～30mm，管壁厚度为2～4mm；b、挤压筒温度为225～300℃，合金棒温度为200～270℃，挤压模具温度为200～270℃。
进一步的，步骤（6）包括：a、合金管材根据不同的挤压工艺选择300～380℃均匀化热处理，热处理时长根据不同的挤压工艺选择6～12小时，合金管材热处理后马上浸入冷水或冰水中淬火，淬火后在室温下室温时效24～372小时，再对合金管材进行220～270℃热处理0.5～2小时，然后对合金管材回火；b、对合金管材根据不同的挤压工艺选择100～200℃退火热处理1～24小时，去除残余应力得到组织和性能稳定的环保、高塑性、低硬度合金挤压管，其室温延伸率不小于150%，硬度不高于45HV。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：应用本发明的方法所得到的锌铝基合金挤压管，具有环保、高塑性、低硬度的特点，生产工艺流程短，适合工业化生产，成本低，市场容量大，具有显著社会效益与经济效益。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
附图说明
图1为本发明中合金棒材挤压过程中模具装配关系示意图。
图2为本发明实施例二中锌铝基合金管的挤压显微组织的低倍金相显微镜照片。
图3为本发明实施例二中锌铝基合金管的挤压显微组织的高分辨透射电子显微镜照片。
图4为本发明实施例二中锌铝基合金管的拉拔显微组织的扫描电子显微镜照片。
图5为本发明实施例二中锌铝基合金的拉拔显微组织中的双相区域的透射电子显微镜照片。
图6为本发明实施例二中锌铝基合金的拉拔显微组织中纳米沉淀粒子的透射电子显微镜照片。
图中：1-挤压机，2-合金圆棒，3-合金管材。
具体实施方式
实施例一：
制备一种锌铝质量百分比为78%:22%（±1%），稀土和其它合金元素添加量质量百分比为0.25%的环保高塑性低硬度工业延期雷管延期体用锌铝基合金挤压管。
1、合金棒材的制备，配料相对误差不超过0.5%，浇铸模具材质为热作模具钢或石墨，或者将合金液注入分配盘，经过铸造结晶器，连续结晶和冷却得到合金棒材。
2、将合金棒材用锯床锯成长为400mm的合金棒。
3、对合金棒进行长时间均匀化退火、淬火及退火处理。其详细参数如下：对合金棒进行36-72小时，360℃均匀化热处理，出炉后马上浸入10-25℃水中淬火，随后在室温下室温时效1-3天，再将合金棒进行250℃退火。
4、把处理好的合金棒用车床扒皮，去除合金棒表面的氧化层，得到Φ125×400mm的圆棒，并进行感应加热或电炉加热至180～270℃温度范围。
5、如图1所示，将合金圆棒2放入挤压机1中挤压得到合金管材3，挤压筒温度为225～300℃，合金圆棒温度为180～270℃，挤压模具温度为200～270℃，挤压比为80，所得合金管材3直径为17mm，管壁厚度为3.5mm。
6、对合金管材3进行矫直；
7、对矫直后的合金管材进行热处理，去除加工应力，提高塑性，降低硬度。热处理详细参数如下：a、合金管材根据不用的挤压工艺选择300～380℃均匀化热处理，时长根据不同挤压工艺选择6～12小时，合金管材均匀化热处理后马上浸入10～25℃水中淬火，在室温下室温时效1～3天，在250℃温度下再对合金管材进行0.5～1小时的回火；b、合金管材根据不用的挤压工艺选择100～200℃退火热处理1～24小时。进一步取样测试，测得该合金管材其平均室温延伸率183%，硬度40.2HV
8、将延期药粉料装入合金管材内，然后对合金管材进行多道次拉拔，获得外径为8mm，厚度为2.5mm的复合细管，其平均硬度值为35.5HV。
实施例二：
如图1～6所示，制备一种锌铝质量百分比为78%:22%（±1%），稀土和其它合金元素添加量质量百分比为0.80%的环保高塑性低硬度工业延期雷管延期体用锌铝基合金挤压管。
1、合金棒材的制备，配料相对误差不超过0.5%，浇铸模具材质为热作模具钢或石墨，或者将合金液注入铸造结晶器，连续结晶和冷却得到合金棒材。
2、将合金棒材通过锻造或挤压形成挤压棒坯料
3、将挤压棒坯料用锯床锯成400mm长的合金棒。
4、对合金棒进行长时间均匀化退火、淬火及退火处理。其热处理详细参数如下：合金棒进行36～72小时，360℃均匀化热处理，合金棒匀化热处理后马上浸入10～25℃水中淬火，随后在室温下室温时效1～3天，再对合金棒进行250℃退火。
5、把处理好的合金棒用车床扒皮，去除合金棒表面的氧化层，得到Φ110×400mm的合金圆棒。
6、如图1，将合金圆棒2放入挤压机1中挤压得到合金管材3，挤压筒温度为225～300℃，合金棒温度为180～270℃，挤压模具温度为200～270℃，挤压比为70，所得合金管材3直径为17mm，管壁厚度为3.5mm。
7、对合金管材3进行矫直；
8、对矫直后的合金管材进行热处理，去除加工应力，提高塑性，降低硬度。合金管材热处理详细参数如下：a、合金管材根据不同的挤压工艺选择300～380℃均匀化热处理，时长根据不同挤压工艺选择6～12小时，合金管材均匀化热处理后马上浸入10～25℃水中淬火，在室温下室温时效1～3天，在250℃温度下再对合金管材进行0.5～1小时的回火；b、合金管材根据不同的挤压工艺选择100～200℃退火热处理1～24小时。进一步取样测试，测得该合金管材其平均室温延伸率195%，硬度39.5HV。
9、将延期药粉料装入合金管材内，然后对合金管材进行多道次拉拔，获得外径为6mm，厚度为2.0mm的复合细管，其平均硬度值为38.5HV。
实施例三：
制备一种锌铝质量百分比为81%:19%，稀土和其它合金元素添加量质量百分比为0.02%的环保高塑性低硬度工业延期雷管延期体用锌铝基合金挤压管。
1、合金棒材的制备，配料相对误差不超过0.5%，浇铸模具材质为热作模具钢或石墨，或者将合金液注入分配盘和铸造结晶器，通过连续结晶和冷却得到合金棒材。
2、将合金棒材用锯床锯成400mm长的合金棒。
3、对合金棒进行长时间均匀化退火、淬火及退火处理。其热处理详细参数如下：对合金棒进行36～72小时，360℃均匀化热处理，合金棒匀化热处理后马上浸入10～25℃水中淬火，随后在室温下室温时效1～3天，再对合金棒进行250℃退火
4、把处理好的合金棒用车床扒皮，去除合金棒表面的氧化层，得到Φ95×400mm的合金圆棒
5、如图1，将合金圆棒2放入挤压机1中挤压得到合金管材3，挤压筒温度为225～300℃，合金棒温度为180～270℃，挤压模具温度为200～270℃，挤压比为55，所得合金管材3直径为17mm，管壁厚度为3.0mm。
6、对合金管材3进行矫直。
7、对矫直后的合金管材进行热处理，去除加工应力，提高塑性，降低硬度。合金管材热处理详细参数如下：a、合金管材根据不同的挤压工艺选择300～380℃均匀化热处理，时长根据不同挤压工艺选择6～12小时，合金管材均匀化热处理后马上浸入10～25℃水中淬火，在室温下室温时效1～3天，在250℃温度下再对合金管材进行0.5～1小时的回火；b、合金管材根据不同的挤压工艺选择100～200℃退火热处理1～24小时。进一步取样测试，测得该合金管材其平均室温延伸率175%，硬度38.5HV。
8、将延期药粉料装入合金管材内，然后对合金管材进行多道次拉拔，获得外径为7mm，厚度为2.0mm的复合细管，其平均硬度值为37.8HV。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (6)
1.一种工业延期雷管延期体用锌铝基合金，其特征在于：所述合金配方不含有毒重金属，其成分的质量百分比为：70.00%～85.00%的锌、12.00%～27.00%的铝、0.01%～1.00%的铜、0.01%～1.00%的镁、0.01%～0.20%的铋、0.01%～1.00%的银、0.01%～0.10%的锰、0.01%～0.5%的钛、0.01%～0.05%的硼、0.01%～0.50%的稀土。
2.一种工业延期雷管延期体用锌铝基合金挤压管制备方法，其特征在于，按以下步骤进行：（1）将由权利要求1的工业延期雷管延期体用锌铝基合金铸造的合金铸锭机械加工成长度为300～500mm，直径为90～140mm的合金棒材；（2）对合金棒材进行均匀化退火、淬火及低温退火处理；（3）把处理好的合金棒材用车床扒皮，去除合金棒材表面的氧化层；（4）对扒皮后的合金棒材进行加热，将加热后的合金棒材放入挤压机中挤压得到合金管材；（5）对合金管材进行矫直；（6）对矫直后的合金管材进行热处理，从而进一步细化晶粒，去除加工应力，提高塑性，降低硬度，得到挤压管成品，其室温延伸率不小于150%，硬度不高于45HV。
3.根据权利要求2所述的工业延期雷管延期体用锌铝基合金挤压管制备方法，其特征在于：还包括步骤（7）将延期药粉料装入挤压管内，然后对挤压管进行多道次拉拔，获得复合细管，其硬度不高于40HV。
4.根据权利要求2所述的工业延期雷管延期体用锌铝基合金挤压管制备方法，其特征在于，步骤（2）包括：a、合金棒材均匀化退火处理温度为300～370℃，均匀化退火时间为24～96小时，淬火介质为冷水或冰水，淬火后在室温下的室温时效为1～3天；b、然后将合金棒材进行低温退火，低温退火温度为150～280℃，低温退火时间为0.5～3小时。
5.根据权利要求2所述的工业延期雷管延期体用锌铝基合金挤压管制备方法，其特征在于，在步骤（4）中，所述挤压工艺详细参数如下：a、挤压比为30～80，挤压速度为0.5～2.0mm/s，挤压管材外径为15～30mm，管壁厚度为2～4mm；b、挤压筒温度为225～300℃，合金棒温度为200～270℃，挤压模具温度为200～270℃。
6.根据权利要求2所述的工业延期雷管延期体用锌铝基合金挤压管制备方法，其特征在于，步骤（6）包括：a、合金管材根据不同的挤压工艺选择300～380℃均匀化热处理，热处理时长根据不同的挤压工艺选择6～12小时，合金管材热处理后马上浸入冷水或冰水中淬火，淬火后在室温下室温时效24～372小时，再对合金管材进行220～270℃热处理0.5～2小时，然后对合金管材回火；b、对合金管材根据不同的挤压工艺选择100～200℃退火热处理1～24小时，去除残余应力得到组织和性能稳定的环保、高塑性、低硬度合金挤压管，其室温延伸率不小于150%，硬度不高于45HV。
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