CN106507713B - 钴调节棒组件芯块挤压成形工艺及其模具 - Google Patents
钴调节棒组件芯块挤压成形工艺及其模具Info
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Abstract
本发明提供一种钴调节棒组件芯块挤压成形工艺，其按如下步骤进行：(1)使用粉末冶金方法成型钴生坯；(2)将钴生坯烧结并车削至挤压所要求的尺寸；(3)将钴生坯放入模具中挤压成钴棒；(4)将挤压成型的钴棒切断得到要求尺寸的钴芯块；(5)对钴芯块进行退火除氢处理；(6)将钴芯块精加工至要求尺寸；(7)将钴芯块清洗，然后进行镀镍处理。通过本发明方法挤压成形制备得到了表面光洁、密度不但高而且均匀的钴调节棒芯块，节约了人力、物力，减少了模具制造、维护费用，同时钴调节棒芯块密度也由烧结后的8.6g/cm3提高至8.7g/cm3。
Description
技术领域
本发明属于核燃料元件制造技术领域，具体涉及一种钴调节棒组件芯块挤压成形工艺及其模具。
背景技术
用钴芯块组装的钴-59调节棒，经辐照后成为钴-60棒，可作为工业源和医用源。通常，制造钴调节棒组件芯块是采用粉末冶金方法压制成型的陶瓷芯块，并通过烧结达到需要的密度。用粉末冶金或其他工艺制造出的钴-59芯块，由于在粉末中加入大量粘结剂，烧结后的芯块不仅内部存在很大的气孔而且表面裂纹较多；另外，制品尺寸精度低，模具加工费用高。
发明内容
本发明的目的在于通过挤压成形方法制造钴调节棒组件芯块，以达到提高陶瓷芯块密度，保证制品尺寸偏差，并降低模具加工难度及压制芯块工作量的一种钴调节棒组件芯块挤压成形工艺及其模具。
实现本发明目的的技术方案：一种钴调节棒组件芯块挤压成形工艺，其按如下步骤进行：
(1)使用粉末冶金方法成型钴生坯，压制过程中粉末中不添加粘结剂；
(2)将步骤(1)粉末冶金制得的钴生坯在820～870℃烧结2～3小时，并车削至挤压所要求的尺寸；
(3)将步骤(2)得到的钴生坯放入模具中，将钴生坯挤压成钴棒，钴生坯在挤压前温度保持在840～860℃，模具在挤压前温度保持在400～420℃，挤压变形比为11.8～12.2，挤压速度为75mm/s～130mm/s；
(4)将挤压成型的钴棒切断得到要求尺寸的钴芯块；
(5)将钴芯块在1000～1200℃进行退火2～4小时，再在290～310℃除氢1～2小时；
(6)将钴芯块精加工至要求尺寸；
(7)将钴芯块清洗，然后进行镀镍处理。
如上所述的一种钴调节棒组件芯块挤压成形工艺，其步骤(3)所述的将钴生坯放入模具中，在钴生坯上还放置一层镁垫，在镁垫上还放置一层石墨垫，然后再进行挤压。
如上所述的一种钴调节棒组件芯块挤压成形工艺，其步骤(3)所述的将钴生坯挤压成钴棒具体步骤如下：
(a)挤压前，在钴生坯和模具工作部位表面均匀涂抹一层水质胶体石墨润滑剂，该润滑剂配比0号水质胶体石墨∶甲醇＝1∶(3～3.5)份，以重量份计；
(b)将坯料加热炉升温至840～860℃，通氩气保护，然后把钴生坯放入加热炉，保温时间大于或等于30分钟；将模具加热炉升温至400～420℃，然后把模具放入加热炉，保温时间大于或等于30分钟；
(c)加热完成后将模具快速取出，在模具工作部位表面快速涂抹一层油质石墨润滑剂，该润滑剂配比为65#或72#过热汽缸油∶石墨＝(3～3.5)∶1，以重量份计；然后将钴生坯从加热炉中快速取出放入模具内，在其上依次加放一层镁垫、一层石墨垫；
(d)进行挤压，挤压变形比为11.8～12.2，挤压速度为75mm/s～130mm/s；
(e)取出挤压所得钴棒，模具则放入碱槽清洗，处理干净，晾干后涂一层步骤(a)所述的水质石墨润滑剂，以备用。
本发明所述的一种钴调节棒组件芯块挤压成形模具，其包括一个放置在工作台上、用于放置待挤压坯料的挤压筒，在挤压筒内从上至下依次为挤压轴、石墨垫、镁垫和挤压模。
如上所述的一种钴调节棒组件芯块挤压成形模具，其所述的挤压模材料为H13，热处理后硬度HRC：48～52。
本发明的效果在于：通过本发明方法挤压成形制备得到了表面光洁、密度不但高而且均匀的钴调节棒芯块，节约了人力、物力，减少了模具制造、维护费用，同时钴调节棒芯块密度也由烧结后的8.6g/cm3提高至8.7g/cm3。本发明坯料加热过程中采取氩气保护，避免大气中的氧通过扩散渗透进入陶瓷芯坯，保证了挤压后芯坯氧含量。在挤压时坯料上方放入了一层镁垫可有效减小缩尾，钴料利用率高；而且制品尺寸均一，加工量小，效率高。
附图说明
图1为挤压模具结构示意图；
图2为图1至挤压模6结构示意图；
图中：1.挤压轴；2.石墨垫；3.镁垫；4.挤压坯料；5.挤压筒；6.挤压模；7.工作台。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明所述的钴调节棒组件芯块挤压成形工艺及其模具作进一步说明。
实施例1
如图1所示，本发明所用的钴调节棒组件芯块挤压成形模具放置在工作台7上，工作台7的轴线两端面分别开有凹槽，并沿轴线开有连通两凹槽的通孔，在工作台7上端面的凹槽内放置挤压筒5，挤压筒5内放置挤压模6，挤压模6为圆柱状，其轴线上依次开有倒锥孔和阶梯轴通孔，在挤压筒5内从上至下依次为挤压轴1、石墨垫2、镁垫3和挤压模6。挤压模6结构如图2所示，挤压模6尺寸根据实际使用情况而定，挤压模6材料为H13，热处理后硬度HRC：48～52。
(1)使用粉末冶金方法成型钴生坯，压制过程中粉末中不添加粘结剂。
(2)将粉末冶金制得的生坯在820℃烧结3小时，并车削至要求尺寸。
(3)在挤压筒5、挤压模6工作部位及钴生坯表面均匀涂抹一层水质胶体石墨润滑剂，润滑剂配比(重量比)1份0号水质胶体石墨∶3份甲醇。
(4)将坯料加热炉升温至850℃，通氩气保护，将钴生坯放入加热炉，保温30分钟；将模具炉升温至400℃，将挤压筒5与挤压模6放入加热炉，保温30分钟，加热前将挤压筒5与挤压模6按图1装配好，一起加热，以减少装配时间。
(5)将挤压筒5与挤压模6迅速取出，按照图1装配方法安装于工作台7上，迅速在挤压筒5与挤压模6工作部分表面涂一层油质石墨润滑剂，润滑剂配比为(重量比)65#或72#过热汽缸油∶石墨＝3∶1。
(6)从坯料炉中快速将钴生坯4取出，快速放入挤压筒5，并在其上依次加放一层镁垫3，一层石墨垫2，(钴生坯4、镁垫3、石墨垫2放入过程须在10秒内完成，否则钴生坯温度下降会使挤压压力升高，甚至会使挤压失败)。
(7)挤压机工作台带动挤压轴1下行，对钴生坯4、镁垫3、石墨垫2进行挤压，钴生坯4发生塑性变形通过模孔，挤压终了时镁垫3、石墨垫2将钴生坯推出。挤压变形比为11.8，挤压速度为75mm/s；
(8)及时矫直挤出的钴棒，用过的挤压筒5与挤压模6则入碱槽清洗，处理干净，晾干后涂一层水质石墨润滑剂，放入模具炉进行下一轮循环的使用。
(9)将挤压成型的钴棒切断得到要求尺寸钴块；
(10)将钴块在1000℃进行退火4小时，290℃除氢2小时；
(11)将钴块精加工至要求尺寸；
(12)将钴块清洗，然后进行镀镍处理。
实施例2
本发明所述的一种钴调节棒组件芯块挤压成形工艺，其按如下步骤进行：
(1)使用粉末冶金方法成型钴生坯，压制过程中粉末中不添加粘结剂；
(2)将步骤(1)粉末冶金制得的钴生坯在870℃烧结2小时，并车削至挤压所要求的尺寸；
(3)将步骤(2)得到的钴生坯放入模具中，将钴生坯挤压成钴棒，具体如下：
a.挤压前，在钴生坯和模具工作部位表面均匀涂抹一层水质胶体石墨润滑剂，该润滑剂配比0号水质胶体石墨∶甲醇＝1∶3.5份，以重量份计；
b.将坯料加热炉升温至840℃，通氩气保护，然后把钴生坯放入加热炉，保温时间大于或等于30分钟；将模具加热炉升温至420℃，然后把模具放入加热炉，保温时间大于或等于30分钟；
c.加热完成后将模具快速取出，在模具工作部位表面快速涂抹一层油质石墨润滑剂，该润滑剂配比为65#或72#过热汽缸油∶石墨＝3.5∶1，以重量份计；然后将钴生坯从加热炉中快速取出放入模具内，在其上依次加放一层镁垫、一层石墨垫；
d.进行挤压，挤压变形比为12.2，挤压速度为100mm/s；
e.取出挤压所得钴棒，模具则放入碱槽清洗，处理干净，晾干后涂一层步骤a所述的水质石墨润滑剂，以备用。
(4)将挤压成型的钴棒切断得到要求尺寸的钴芯块；
(5)将钴芯块在1200℃进行退火2小时，再在310℃除氢1小时；
(6)将钴芯块精加工至要求尺寸；
(7)将钴芯块清洗，然后进行镀镍处理。
实施例3
本发明所述的一种钴调节棒组件芯块挤压成形工艺，其按如下步骤进行：
(1)使用粉末冶金方法成型钴生坯，压制过程中粉末中不添加粘结剂；
(2)将步骤(1)粉末冶金制得的钴生坯在850℃烧结2.5小时，并车削至挤压所要求的尺寸；
(3)将步骤(2)得到的钴生坯放入模具中，将钴生坯挤压成钴棒，具体如下：
a.挤压前，在钴生坯和模具工作部位表面均匀涂抹一层水质胶体石墨润滑剂，该润滑剂配比0号水质胶体石墨∶甲醇＝1∶3份，以重量份计；
b.将坯料加热炉升温至850℃，通氩气保护，然后把钴生坯放入加热炉，保温时间大于或等于30分钟；将模具加热炉升温至410℃，然后把模具放入加热炉，保温时间大于或等于30分钟；
c.加热完成后将模具快速取出，在模具工作部位表面快速涂抹一层油质石墨润滑剂，该润滑剂配比为65#或72#过热汽缸油∶石墨＝3.2∶1，以重量份计；然后将钴生坯从加热炉中快速取出放入模具内，在其上依次加放一层镁垫、一层石墨垫；
d.进行挤压，挤压变形比为12，挤压速度为100mm/s；
e.取出挤压所得钴棒，模具则放入碱槽清洗，处理干净，晾干后涂一层步骤a所述的水质石墨润滑剂，以备用。
(4)将挤压成型的钴棒切断得到要求尺寸的钴芯块；
(5)将钴芯块在1100℃进行退火3小时，再在300℃除氢1.5小时；
(6)将钴芯块精加工至要求尺寸；
(7)将钴芯块清洗，然后进行镀镍处理。
实施例4
如图1所示，本发明所用的钴调节棒组件芯块挤压成形模具包括一个放置在工作台7上、用于放置待挤压坯料的挤压筒5，在挤压筒5内从上至下依次为挤压轴1、石墨垫2、镁垫3和挤压模6，挤压模。如图2所示，挤压模6尺寸根据实际使用情况而定，挤压模6材料为H13，热处理后硬度HRC：48～52。
(1)使用粉末冶金方法成型钴生坯，压制过程中粉末中不添加粘结剂。
(2)将粉末冶金制得的生坯在850℃烧结2.5小时，并车削至要求尺寸。
(3)在挤压筒5、挤压模6工作部位及钴生坯表面均匀涂抹一层水质胶体石墨润滑剂，润滑剂配比(重量比)1份0号水质胶体石墨∶3份甲醇。
(4)将坯料加热炉升温至850℃，通氩气保护，将钴生坯放入加热炉，保温30分钟；将模具炉升温至420℃，将挤压筒5与挤压模6放入加热炉，保温30分钟，加热前将挤压筒5与挤压模6按图1装配好，一起加热，以减少装配时间。
(5)将挤压筒5与挤压模6迅速取出，按照图1装配方法安装于工作台7上，迅速在挤压筒5与挤压模6工作部分表面涂一层油质石墨润滑剂，润滑剂配比为(重量比)65#或72#过热汽缸油∶石墨＝3∶1。
(6)从坯料炉中快速将钴生坯4取出，快速放入挤压筒5，并在其上依次加放一层镁垫3，一层石墨垫2，(钴生坯4、镁垫3、石墨垫2放入过程须在10秒内完成，否则钴生坯温度下降会使挤压压力升高，甚至会使挤压失败)。
(7)挤压机工作台带动挤压轴1下行，对挤压坯4、镁垫3、石墨垫2进行挤压，挤压坯料4发生塑性变形通过模孔，挤压终了时镁垫3、石墨垫2将钴生坯推出。挤压变形比为12.2，挤压速度为130mm/s；
(8)及时矫直挤出的钴棒，用过的挤压筒5与挤压模6则入碱槽清洗，处理干净，晾干后涂一层水质石墨润滑剂，放入模具炉进行下一轮循环的使用。
(9)将挤压成型的钴棒切断得到要求尺寸钴块；
(10)将钴块在1200℃进行退火4小时，300℃除氢1小时；
(11)将钴块精加工至要求尺寸；
(12)将钴块清洗，然后进行镀镍处理。
Claims (5)
1.一种钴调节棒组件芯块挤压成形工艺，其按如下步骤进行：
(1)使用粉末冶金方法成形钴生坯，压制过程中粉末中不添加粘结剂；
(2)将步骤(1)粉末冶金制得的钴生坯在820～870℃烧结2～3小时，并车削至挤压所要求的尺寸；
(3)将步骤(2)得到的钴生坯放入模具中，将钴生坯挤压成钴棒，钴生坯在挤压前温度保持在840～860℃，模具在挤压前温度保持在400～420℃，挤压变形比为11.8～12.2，挤压速度为75mm/s～130mm/s；
(4)将挤压成形的钴棒切断得到要求尺寸的钴芯块；
(5)将钴芯块在1000～1200℃进行退火2～4小时，再在290～310℃除氢1～2小时；
(6)将钴芯块精加工至要求尺寸；
(7)将钴芯块清洗，然后进行镀镍处理。
2.根据权利要求1所述的一种钴调节棒组件芯块挤压成形工艺，其特征在于：步骤(3)所述的将钴生坯放入模具中，在钴生坯上还放置一层镁垫，在镁垫上还放置一层石墨垫，然后再进行挤压。
3.根据权利要求2所述的一种钴调节棒组件芯块挤压成形工艺，其特征在于：步骤(3)所述的将钴生坯挤压成钴棒具体步骤如下：
(a)挤压前，在钴生坯和模具工作部位表面均匀涂抹一层水质胶体石墨润滑剂，该润滑剂配比为0号水质胶体石墨∶甲醇＝1∶(3～3.5)份，以重量份计；
(b)将坯料加热炉升温至840～860℃，通氩气保护，然后把钴生坯放入加热炉，保温时间大于或等于30分钟；将模具加热炉升温至400～420℃，然后把模具放入加热炉，保温时间大于或等于30分钟；
(c)加热完成后将模具快速取出，在模具工作部位表面快速涂抹一层油质石墨润滑剂，该润滑剂配比为65#或72#过热汽缸油∶石墨＝(3～3.5)∶1，以重量份计；然后将钴生坯从加热炉中快速取出放入模具内，在其上依次加放一层镁垫、一层石墨垫；
(d)进行挤压，挤压变形比为11.8～12.2，挤压速度为75mm/s～130mm/s；
(e)取出挤压所得钴棒，模具则放入碱槽清洗，处理干净，晾干后涂一层步骤(a)所述的水质胶体石墨润滑剂，以备用。
4.一种钴调节棒组件芯块挤压成形模具，其特征在于：该模具包括一个放置在工作台(7)上、用于放置待挤压坯料的挤压筒(5)，在挤压筒(5)内从上至下依次为挤压轴(1)、石墨垫(2)、镁垫(3)和挤压模(6)；挤压模(6)为圆柱状，其轴线上从上到下开有倒锥孔和阶梯轴通孔。
5.根据权利要求4所述的一种钴调节棒组件芯块挤压成形模具，其特征在于：所述的挤压模(6)材料为H13，热处理后硬度HRC：48～52。
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
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| CN114054533A (zh) * | 2021-03-08 | 2022-02-18 | 天津重型装备工程研究有限公司 | 一种高材料利用率的挤压坯及其制造方法 |
| CN114054532A (zh) * | 2021-03-08 | 2022-02-18 | 天津重型装备工程研究有限公司 | 一种提升挤压制造镍基合金棒料材料利用率的方法 |
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2008
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| CN114054533B (zh) * | 2021-03-08 | 2023-10-20 | 天津重型装备工程研究有限公司 | 一种高材料利用率的挤压坯及其制造方法 |
| CN114054532B (zh) * | 2021-03-08 | 2023-10-20 | 天津重型装备工程研究有限公司 | 一种提升挤压制造镍基合金棒料材料利用率的方法 |
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