CN104148620A - 一种黄铜合金的晶粒细化方法及其装置 - Google Patents

Abstract

一种黄铜合金的晶粒细化方法，其特征在于步骤：将黄铜合金熔化成热熔体；将热熔体通过浇铸嘴流入结晶器；在铸锭开始引出长度达到200～300mm时，将与热熔体相同成分的黄铜合金粉末、带材或线材加入热熔体中，加入的黄铜合金粉末、带材或线材的量占铸锭重量的1.0～1.8％。本发明工艺简单、易操作，在铸锭规格及拉铸速度、冷却水强度不变情况下，通过添加相同成分的黄铜合金粉末或带材、线材，起到冷却作用，增大熔体中心与边部的温度梯度，提高熔体过冷度，熔体中形成大量晶核，增大铸造形核率，使铸锭组织明显细化；而且在单位时间内相同黄铜合金粉末与熔体重量的比值，以及带材、线材加入的根数和位置，可以改变细化凝固区域和范围，可用于黄铜合金的半连续铸造。

Description

一种黄铜合金的晶粒细化方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种铜合金的晶粒细化方法及其装置，特别涉及一种黄铜合金的晶粒细化方法及其装置。

背景技术

随着科技的发展，各领域对铜合金的组织和性能提出了更高的要求，细化晶粒是改善材料组织和性能一种有效方法之一，既能提高材料强度，又能提高材料的塑性和韧性；晶粒越细，单位体积内晶粒越多，形变时同样的形变量可分散到更多的晶粒中，产生较均匀的形变而不会造成局部应力过度集中，避免引起裂纹的过早产生与发展。然而当前，在铜合金铸造过程中，往往存在铸坯晶粒大小不均，结晶偏析，疏松、缩孔等缺陷，则影响铜合金的性能(如力学性能、断口质量等)。

目前细化铜合金晶粒的常用方法是添加晶粒细化剂或变质剂，前者是通过增加外来晶核使晶粒细化；后者是通过加入变质剂合金的共晶组织形态或者第二相的形态来实现细化。但是细化剂或变质剂具有时效性，如浇铸时间长，细化效果不明显；如采用有芯工频炉熔铸时，容易使细化剂或变质剂中的杂质积累，影响铸坯质量；而且细化剂或变质剂中含有Zr、B等高熔点金属元素，价格高，损耗大，生产成本高。

经查，现有专利号为201310261716.2的中国专利《一种多元多相铜合金的晶粒细化方法》，其特征在于方法包括以下步骤：(1)将多元多相铜合金熔化，制成过热熔体；(2)将制成过热熔体浇注到铸型中；对铸型中过热熔体进行电磁搅拌至合金凝固。它是对铸型中的热熔体进行电磁搅拌至合金凝固，可使铸坯组织细化和等轴晶范围比率上升。但对于厚壁结晶器，无法利用磁场对熔体进行搅拌；而且装置结构复杂，如安装不到位或调试不好，在批量化生产应用时存在较大的安全生产隐患，冷却水容易进入装置内，引起爆炸。因此需要设计出一种结构简单、操作安全的装置以及黄铜合金的晶粒细化方法。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种工艺简单、操作方便且细化效果好的黄铜合金的晶粒细化方法。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种结构简单、操作方便的黄铜合金的晶粒细化装置。

本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种黄铜合金的晶粒细化方法，其特征在于包括以下步骤：

1)将黄铜合金熔化，制成热熔体；

2)将制成的热熔体通过浇铸嘴流入结晶器；

3)在铸锭开始引出长度达到200～300mm时，将与热熔体相同成分的黄铜合金粉末、带材或线材加入热熔体中，加入的黄铜合金粉末、带材或线材的量占铸锭重量的1.0～1.8％。

作为优选，所述黄铜合金的元素(普通黄铜)组成包括：Cu57～64.5％，Fe0.01～0.3％，Pb0～0.8％，Sn0～0.4％，Ni0～0.2％，其他杂质0.1～0.15％，Zn余量，上述百分比为质量百分比。

作为进一步优选，所述黄铜合金的元素(复杂黄铜)组成包括：Cu57～58.5％，Fe0.05～0.3％，Pb0.5～0.7％，Sn0.1～0.35％，Ni0～0.05％，Mn1.8～2.1％，Al1.5～1.8％，Si0.6～0.8％，其他杂质0.2～0.3％，Zn余量，上述百分比为质量百分比。

作为优选，所述步骤1)制成热熔体的熔炼温度为1050℃～1350℃。

作为改进，所述步骤3)的黄铜合金粉末、带材或线材加入热熔体的具体过程为：黄铜合金粉末通过粉末喷嘴向结晶器内的熔体表面直接喷射或通过送料装置送入熔体中，黄铜合金带材或线材通过送料装置向结晶器内位于结晶器与浇铸嘴中间部位熔体中直接插入。

再改进，所述黄铜合金粉末的粒度为60～80目，黄铜合金粉末的喷入速度与拉铸速度成正比。

本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种黄铜合金的晶粒细化装置，包括结晶器以及浇铸嘴，其特征在于：所述结晶器的上方与浇铸嘴之间设有用于黄铜合金粉末、带材或线材加入的送料装置，送料装置的尾部安装有可实时控制电机的转动速度以达到恒速加料的异步电动机。

作为改进，所述送料装置为左右二个，分别与浇管成20～70°角倾斜设置在结晶器上方。

与现有技术相比，本发明的优点在于：在铸锭规格及拉铸速度、冷却水强度不变情况下，通过在结晶器表面添加相同成分的黄铜合金粉末或带材、线材，起到冷却作用，增大熔体中心与边部的温度梯度，提高熔体过冷度，熔体中形成大量晶核，增大铸造形核率，晶粒细小，铸锭组织明显细化；而且在单位时间内相同黄铜合金粉末与熔体重量的比值，以及带材、线材加入的根数和位置，可以改变细化凝固区域和范围。本发明工艺简单、易操作，对黄铜晶粒细化效果显著，可用于黄铜合金的半连续铸造。

附图说明

图1是本发明提供的装置的结构示意图。

图2是实施例1未添加铜线的铸锭金相组织图；

图3是实施例1添加铜线的铸锭金相组织图；

图4是对比例1的铸锭金相组织图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，一种黄铜合金的晶粒细化装置，包括结晶器1以及浇铸嘴2，结晶器1的上方与浇铸嘴2之间设有用于黄铜合金粉末、带材或线材4加入的送料装置3，送料装置3可以由上、下组并且能够转动的输送辊构成，送进装置3的尾部安装有可实时控制电机的转动速度以达到恒速加料的异步电动机，送进装置3为左右二个，对称设置，分别与浇管成20～70°角倾斜设置在结晶器1上方，工作时，黄铜合金熔化后从浇铸嘴2进入结晶器1，当铸锭5开始引出长度达到约200～300mm时，将与热熔体相同成分的黄铜合金粉末、带材或线材通过送料装置3加入热熔体中，其中黄铜合金粉末也可通过粉末喷嘴喷入，利用熔体的流动性而将粉末带入熔体内部。黄铜合金带材或线材通过送料装置向结晶器内位于结晶器与浇铸嘴中间部位熔体中直接插入。

实施例1

在有芯工频炉中熔炼300Kg黄铜合金，所含元素成分为：Cu64～64.5％，0.01％＜Fe＜0.05％，Pb＜0.01％，Sn＜0.05％，Ni＜0.03％，其他杂质0.1～0.15％，Zn余量。控制熔炼温度为1100℃～1350℃，待原料全部熔化后，将熔体温度降低至1120℃时，熔体通过浇铸嘴流入结晶器，在铸锭开始引出长度达到230mm时，向结晶器内位于结晶器与浇铸头中间部位铜水中插入两根烘烤后的Φ4.6mmH65铜线；铜线的加入速度与拉铸速度成正比，铜线总加入量占铜水重量的1.5％；在接近浇铸后期，停止加入铜线。此时，铸锭边部组织还有少量细长柱状晶组织，心部完全变为极细的等轴晶组织，细化铸造组织晶粒明显。

图2是未添加铜线的铸锭组织，可以看到铸锭靠近中心部70％以上区域内全部为粗大的等轴晶，晶粒平均直径约为2.5mm，最大晶粒直径约6mm。

图3为添加铜线的铸锭组织，可以看到铸锭靠近中心部70％以上区域内全部为极细小的等轴晶，晶粒平均直径约为0.2mm。

实施例2

在有芯工频炉中熔炼300Kg黄铜合金，所含元素成分为：Cu57.3～57.8％，Fe0.1～0.3％，Pb0.5～0.7％，Mn1.9～2.1％，Al1.6～1.8％，Si0.6-0.8％，Sn0.1～0.3％，其他杂质0.2～0.3％，Zn余量，控制熔炼温度为1030℃～1090℃。原料全部熔化后，升温大喷火，加清渣剂，然后搅拌扒渣，成分合格后加Cu-P中间合金搅拌，并在铜水表面覆盖一层石墨鳞片，覆盖厚度以铜液不裸露为宜并静置5分钟；将熔体温度降低至1060℃时，熔体通过浇铸嘴流入结晶器，在铸锭开始引出长度达到280mm时，通过粉末喷嘴向结晶器表面均匀喷射粒度为60～80目的相同成分金属粉末；粉末的喷入速度与拉铸速度成正比，粉末总加入量占铸锭重量的1.6％；在接近浇铸后期，停止喷入粉末。此时，铸锭除了边部为激冷组织外，80％以上组织完全变为极细的等轴晶组织，细化铸造组织晶粒明显。

实施例3

所含元素成分为：Cu60～60.4％，0.01％＜Fe＜0.2％，Pb＜0.02％，Sn＜0.1％，Ni＜0.2％，其他杂质0.1～0.15％，Zn余量。控制熔炼温度为1060℃～1180℃，待原料全部熔化后，将熔体温度降低至1090℃时，熔体通过浇铸嘴流入结晶器，在铸锭开始引出长度达到210mm时，向结晶器内位于结晶器与浇铸头中间部位铜水中插入两根烘烤后的厚度为0.70mmH62铜带；铜带的加入速度与拉铸速度成正比，铜带加入总量占拉铸出的铸锭重量的1.1％；在接近浇铸后期，将带材从结晶器中抽出，停止加入铜带。此时，铸锭边部组织还有少量细长柱状晶组织，心部完全变为极细的等轴晶组织，细化铸造组织晶粒明显。

对比例1：

在有芯工频炉中熔炼300Kg黄铜合金，所含元素成分为：Cu64～64.5％，0.01％＜Fe＜0.05％，Pb＜0.01％，Sn＜0.05％，Ni＜0.03％，其他杂质0.1～0.15％，Zn余量。控制熔炼温度为1100℃～1350℃；待原料全部熔化后，将熔体温度降低至1120℃，用钟罩将紫铜包裹着的晶粒细化剂压入铜水底部并充分搅拌，静置5min后将熔体通过浇铸嘴流入结晶器。所得铸锭的宏观金相组织如图4所示，可以看到铸锭边部组织仍有少量细长柱状晶组织，心部完全变为较细的等轴晶组织，细化铸造组织晶粒较明显。

Claims (8)

1.一种黄铜合金的晶粒细化方法，其特征在于包括以下步骤：

1)将黄铜合金熔化，制成热熔体；

2)将制成的热熔体通过浇铸嘴流入结晶器；

3)在铸锭开始引出长度达到200～300mm时，将与热熔体相同成分的黄铜合金粉末、带材或线材加入热熔体中，加入的黄铜合金粉末、带材或线材的量占铸锭重量的1.0～1.8％。

2.根据权利要求1所述的晶粒细化方法，其特征在于：所述黄铜合金元素的组分包括：Cu57～64.5％，Fe0.01～0.3％，Pb0～0.8％，Sn0～0.4％，Ni0～0.2％，其他杂质0.1～0.15％，Zn余量，上述百分比为质量百分比。

3.根据权利要求1所述的晶粒细化方法，其特征在于：所述黄铜合金的元素组成包括：Cu57～58.5％，Fe0.05～0.3％，Pb0.5～0.7％，Sn0.1～0.35％，Ni0～0.05％，Mn1.8～2.1％，Al1.5～1.8％，Si0.6～0.8％，其他杂质0.2～0.3％，Zn余量，上述百分比为质量百分比。

4.根据权利要求1所述的晶粒细化方法，其特征在于：所述步骤1)制成热熔体的熔炼温度为1050℃～1350℃。

5.根据权利要求1所述的晶粒细化方法，其特征在于：所述步骤3)的黄铜合金粉末、带材或线材加入热熔体的具体过程为：黄铜合金粉末通过粉末喷嘴向结晶器内的熔体表面直接喷射或通过送料装置送入熔体中，黄铜合金带材或线材通过送料装置向结晶器内位于结晶器与浇铸嘴中间部位熔体中直接插入。

6.根据权利要求5所述的晶粒细化方法，其特征在于：所述黄铜合金粉末的粒度为60～80目，黄铜合金粉末的喷入速度与拉铸速度成正比。

7.一种黄铜合金的晶粒细化装置，包括结晶器以及浇铸嘴，其特征在于：所述结晶器的上方与浇铸嘴之间设有用于黄铜合金粉末、带材或线材加入的送料装置，送料装置的尾部安装有可实时控制电机的转动速度以达到恒速加料的异步电动机。

8.根据权利要求6所述的晶粒细化装置，其特征在于：所述送料装置为左右二个，分别与浇管成20～70°角倾斜设置在结晶器上方。