CN107022720A - 材料利用率较高的谐振杆用冷镦丝的生产方法 - Google Patents

材料利用率较高的谐振杆用冷镦丝的生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及材料利用率较高的谐振杆用冷镦丝的生产方法，其化学成分为：镍：35.6%，锰：0.35%，硅:0.3%，磷：0.18%，碳：0.02%，硫：0.015%，铁：余量。其生产方法包括以下步骤：1）真空熔炼；2）电渣重熔；3）锻打开坯；4）热轧成型；5）粗丝拉拔；6）酸白坯料；7）打磨修边；8）退火处理；9）酸洗检验；10）精拉；11）热处理。本发明中的冷镦丝从配比和生产方法出发确保能够满足谐振杆所需的硬度与膨胀系数的要求，同时具有很好的韧性，能够满足冷镦加工的要求。经客户实际加工发现，此材料即满足硬度及膨胀系数的要求，又能采用冷镦方法进行一次成型加工。材料利用率可达95％，不但提高了加工效率，更加节省材料，降低产品制造成本。

Description

材料利用率较高的谐振杆用冷镦丝的生产方法
技术领域
本发明涉及射频器的谐振杆用殷钢冷镦丝及其生产方法，满足谐振杆适用的所需的硬度与膨胀系数的要求，并能够满足冷镦加工的材料及其生产方法，尤其是关于膨胀合金材料镍基4J36的改进。
背景技术
随着移动通信业务飞速发展，射频器成为通讯基站的建设中不可或缺的产品，而在射频器中又大量运用到谐振杆产品。谐振杆做为射频器的核心部件，多年来因其精度要求较高而采用棒材进行车床车削加工，但近年来随着国内外通讯行业进一步的发展和国内通信主设备商进军国际市场的加速，射频器件的市场需求越来越大，而目前制造谐振杆均采用数控机床(CNC)对谐振杆进行切削加工，因此带来的问题是加工材料浪费严重，材料利用率仅有60％～70％，而且加工时间较长，加工效率仅为30～40个/小时。谐振杆的加工效率成为制约客户提升产品产量、降低各项成本的障碍。在对现有技术的研究和实践过程中发现：传统冷镦加工方法主要用于制造螺栓、螺母、铁钉、铆钉和钢球等零件。锻坯材料可以是铜、铝、碳钢、合金钢、不锈钢和钛合金等，材料利用率可达80～90％，不但提高了加工效率，更加节省材料，降低产品制造成本。而现有的谐振杆材料由于要满足硬度及膨胀系数的要求，因此其不能采用冷镦方法进行一次成型加工。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种满足射频器中的谐振杆所需的硬度与膨胀系数的要求，同时能够满足冷镦加工的要求的冷镦丝及其生产方法。
在国标允许范围内适当调整原有4J36膨胀合金材料成分，融入新的生产方法。具体操作如下：选用4J36膨胀合金材料，其化学成分为（wt.%表示）：镍：35-37%，锰：0.2-0.6%，硅:≤0.3%，磷：≤0.2%，碳：≤0.05%，硫：≤0.02%，铁：余量。
其生产方法包括以下步骤：真空熔炼 → 电渣重熔→锻打开坯→热轧成型→粗丝拉拔→酸白坯料→打磨修边→退火处理→酸洗检查→冷拉→热处理，其中：
1）真空熔炼：将原料金川Ni板、金属硅、Mn、超低碳和工业纯Fe经烘烤后装入锦州东方电炉有限公司生产的ZGHL0.25-250-1型真空感应熔炼炉中进行熔炼，融化70%后加大功率高速熔化，当全熔后待达到精炼温度1460-1660℃（优选1500℃）后进入精炼期，精炼保持30分钟，精炼后期转低真空（103—10-1 Pa），大功率搅拌一分钟出钢，浇注电极。
2）电渣重熔：用质量比为0.9：1至1.1：1的萤石与二氧化钛制备引弧剂，用质量比分别为7:2:1的CaF2、Al2O3和CaO制作重熔电渣系；装炉、引弧造渣、冶炼、补缩、冷却，制成钢锭坯；加渣时勺不允许和结晶器、电极棒同时接触或渣勺乱捣结晶器上的渣料，引弧电流为500-1500A,渣全熔后再进行正常冶炼，控制电流2500-3000A，电压38-41V，使电极熔化，直到结晶器装满为止，冶炼完结进行补缩、重熔钢锭冷却脱锭空冷。
所述真空冶炼工序与电渣重熔工序，使用的ZGHL0.25-250-1型真空感应熔炼炉有效地提高了合金钢的纯净度和组织结构均匀性，改善了钢锭的表面、内在质量，提高合金钢的性能，进一步降低了钢中非金属夹杂物的产生量。
3）锻打开坯：
（1）预热：钢锭坯由室温加热到850℃，预热30-50分钟；
（2）升温：升温到1050-1150℃翻锭坯，保温40-50分钟；
（3）保温：达到锻造温度时，始锻温度≥1100℃，终锻温度≥950℃。
（4）锻制：采用二轻一重，二均匀的操作法制成钢锭。
所述的锻制是锻打开始以较小的变形量进行轻击，等塑性提高后酌情重击，临近终锻温度时再轻击，要求变形均匀，避免在同一位置反复撞击，锻打过程中要勤翻身，勤进料，每次进料量应小于钻宽，大于压下量，避免产生锤印和折迭，破坏表面，影响冷镦钢的质量。
4）热轧成型：材料装入退火炉的温度：≤600℃；升温时间≥120分钟；加热温度：1100-1150℃；保温时间：≥30分钟，始轧温度：≥1100℃；终轧温度≥950℃。
上述热轧工序，进炉前对生产备件进行装配和调整，可避免在轧制过程中产生折叠或划伤，破坏产品表面，形成开裂的裂纹。
5）粗丝拉拔： 作业前，先进行配模，按变形要求用聚晶模进行拉拔处理。
所述粗丝拉拔工序，需根据尺寸要求，选择合适孔型的模具，配模工艺标准如下：
单位（mm） “*”表示退火（退火温度参见《井式真空电炉热处理（退火）一览表》）
￠18.0*—￠17.0*—￠16.0*—￠15.0*—￠14.0*—￠13.0*—￠10.0*和￠8.5*
井式真空电炉热处理（退火）一览表
类别 状态 规格mm 加热温度℃ 保温时间 冷却方式
镍基合金 半成品 ≥￠8 800-850 ≥40分钟 空冷
6）酸白坯料：用硫酸浸泡、盐酸漂洗至白色，酸洗温度30-70℃，酸洗时间20-35分钟。坯料酸洗液配比：
酸洗液配比 浓度% 温度℃ 时间
HCL:HNO3:H2O=1:1:余量 15 30-50 10-20
酸洗液配比 浓度% 温度℃ 时间
H2SO4:HNO3:NaCl:H2O=4:1:1:余量 30 50-70 10-15
所述的酸洗工序，浓度以配酸的重量计算，酸洗后的坯料必须浸洗和高压水冲洗干净，方便找出表面裂纹。
7）打磨修边：检查材料表面情况，如有表面缺陷（如毛边、包皮、裂纹），用手提式砂轮进行修磨处理。
8）退火处理：将粗丝放置在井式真空退火炉中进行退火处理，温度在800℃-850℃，保温1-2个小时。
9）酸洗检查：用硫酸浸泡、盐酸漂洗至白色，酸洗温度50-80℃，酸洗时间8-15分钟。检查材料表面情况，用手提式砂轮进行轻修，要求表面缺陷深度不超过0.5mm。
10）精拉：（1）配模：需根据尺寸要求，选择合适孔型的模具，配模工艺标准如下：
单位（mm） “*”表示退火（退火温度参见《井式真空电炉处理（退火）一览表》），
￠18.0*—￠17.0*—￠16.0*—￠15.0*—￠14.0*—￠13.0*—￠10.0*和￠8.5。
（2）精拉：每拉下一个规格都需进行酸洗检查，修磨处理。
11）热处理：将冷拉后的丝材放置在井式氩气保护光亮退火炉中进行热处理，热处理温度在800℃-850℃，保温1-2个小时后空冷，出料。
上述的退火热处理和热处理，可以改善或消除钢材在铸造、锻打、轧制等过程中所造成的各种组织缺失以及残余应力，并细化晶粒，防止了应力集中，从而降低了冷镦钢的开裂几率，可以承受较大的变形量，具有较大的延伸率、断面收缩率、较好的塑性以及较高的韧性和强度。
本发明从影响冷镦钢质量的钢的化学成分、表面缺陷、设备调整、晶粒度和轧制方法4大因素出发，使用ZGHL0.25-250-1型真空感应熔炼炉有效地提高了合金钢的纯净度和组织结构均匀性，改善了钢锭的表面、内在质量，提高合金钢的性能，降低了钢中非金属夹杂物的含量和H、O 的气体含量；脱氧、细化晶粒，扩大钢的变形量、延伸率、断面收缩率、较好的塑性以及较高的韧性和强度；进炉前对生产备件进行装配和调整，可避免在轧制过程中产生折叠或划伤，破坏产品表面，形成开裂的裂纹通过对坯料进行反复的酸洗、修磨、退火、拉拔，做到表面零缺陷。经客户实际加工发现，此材料即满足硬度及膨胀系数的要求，又能采用冷镦方法进行一次成型加工。材料利用率可达95％，不但提高了加工效率，更加节省材料，降低产品制造成本。
具体实施方式
实施例1
谐振杆用冷镦丝，其化学成分为（wt.%表示）：镍：35.6%，锰：0.35%，硅: 0.3%，磷：0.18%，碳：0.02%，硫：0.015%，铁：63.535%。
实施例2
谐振杆用冷镦丝，其化学成分为（wt.%表示）：镍：36.8%，锰：0.5%，硅: 0.28%，磷：0.10%，碳：0.015%，硫：0.01%，铁：62.295%。
实施例3
谐振杆用冷镦丝，其化学成分为（wt.%表示）：镍：36.2%，锰：0.33%，硅: 0.17%，磷：0.13%，碳：0.021%，硫：0.012%，铁：63.137%。
以上实施例1-3的生产方法包括以下步骤：
1、真空熔炼：
（1）、原料准备：所述炉料为金川Ni板、金属硅、Mn、超低碳和工业纯Fe材料，经烘烤后备用；
（2）、装料：在真空感应熔炼炉中装入经烘烤后备用的金川Ni板、金属硅、Mn、超低碳和工业纯Fe炉料；
（3）、精炼：低功率化料，融化70%后加大功率高速熔化，当全熔后待达到精炼温度1500℃后进入精炼期，精炼保持30分钟；
（4）、浇注：精炼后期转低真空（103—10-1 Pa），大功率搅拌一分钟出钢，浇注电极。
2、电渣重熔：
（1）、引弧剂与重熔电渣系的调配：用质量比为1：1的萤石与二氧化钛制备引弧剂，用CaF2、Al2O3和CaO制作重熔电渣系；
（2）、装炉：把底盘、引弧剂、结晶器及电极安装好，装结晶器前必须先通水，并检查有无漏水现象，盘底上的垫粉和结晶器之间必须严密，垫粉内圈要尽量圆，水箱面要干燥、干净，放上引弧剂，以保证其导电性；
（3）、引弧造渣：降低电极使电极与引弧剂接触，完成引弧工作，使引弧剂融化，加入重熔电渣系；
（4）、冶炼：加渣时勺不允许和结晶器、电极棒同时接触或渣勺乱捣结晶器上的渣料，引弧电流为500-1500A,渣全熔后再进行正常冶炼，控制电流2500-3000A，电压38-41V，使电极熔化，直到结晶器装满为止；
（5）、补缩冷却：冶炼完结进行补缩，补缩电流逐渐变小，直到电流值变为0为止，补缩时间3-5分钟，将电极上升离开电渣面3cm以上才能停电，重熔钢锭在结晶器中冷却30分钟后脱锭空冷。
3、锻打开坯： （1）、预热：钢锭坯由室温加热到850℃，应慢速加热，预热30-50分钟；
（2）、升温：钢钉坯快速加热升温到1050-1150℃，勤翻锭坯，使其温度均匀化，保温40-50分钟；
（3）、保温：达到锻打温度时进行保温，保温20分钟进行锻打，始锻温度为1100℃，终锻温度为950℃。
（4）、锻制：锻制采用二轻一重，二均匀的操作法制成钢锭。锻打开始前和过程中应及时清理表面的炉渣、垃圾等，先以较小的变形量进行轻击，等塑性提高后酌情重击，临近终锻温度时再轻击，要求变形均匀，避免在同一位置反复撞击，锻打过程中要勤翻身，勤进料，每次进料量应小于钻宽，大于压下量，避免产生锤印和折迭，破坏表面，影响冷镦钢的质量。
4、热轧成型：
（1）、材料装入退火炉的温度：≤600℃；
（2）、升温时间≥120分钟；
（3）、加热温度：1100-1150℃；
（4）、保温时间：≥30分钟；
（5）、始轧温度：≥1100℃；
（6）、终轧温度≥950℃。
进炉前对生产备件进行装配和调整，可避免在轧制过程中产生折叠或划伤，破坏产品表面，形成开裂的裂纹。
5、粗丝拉拔： （1）、拉丝轮滑工艺要求：作业前，先将盘丝放入配制好的润滑剂（见图-1）中进行润滑，充分搅拌，涂层均匀。润滑后的盘丝应均匀摊开，进行日晒晾干或烘干。
润滑剂配制比例
原材料名称 技术要求 数量（kg）
石墨粉 200-300# 50
机油 20# 50
肥皂 5
石灰 10
水 500
图-1
（2）、配模工艺要求：需根据尺寸要求，选择合适孔型的模具，配模工艺标准如下：
单位（mm） “*”表示退火（退火温度参见《井式真空电炉热处理（退火）一览表》）
￠18.0*—￠17.0*—￠16.0*—￠15.0*—￠14.0*—￠13.0*—￠10.0*和￠8.5
井式真空电炉热处理（退火）一览表
类别 状态 规格mm 加热温度℃ 保温时间 冷却方式
镍基合金 半成品 ≥￠8 800-850 ≥40分钟 空冷
6、酸白坯料：核对材料牌号后，将材料散捆后放入酸洗池内浸没，酸洗浓度以配酸的重量计算，用硫酸浸泡、盐酸漂洗至白色，酸洗温度30-70℃，酸洗时间20-35分钟，酸洗后的坯料必须浸洗和高压水冲洗干净、晾干，方便找出表面裂纹。
坯料酸洗液配比：
酸洗液配比 浓度% 温度℃ 时间
HCL:HNO3:H2O=1:1:余量 15 30-50 10-20
酸洗液配比 浓度% 温度℃ 时间
H2SO4:HNO3:NaCl:H2O=4:1:1:余量 30 50-70 10-15
7、打磨修边：检查材料表面情况，如有表面缺陷（如毛边、包皮、裂纹），用手提式砂轮进行修磨处理，注意带好防护工具。
8、退火处理：将粗丝放置在井式退火炉中进行退火处理，温度在800℃-850℃，保温1-2个小时。
9、酸洗检查：用硫酸浸泡、盐酸漂洗至白色，酸洗温度50-80℃，酸洗时间8-15分钟。检查材料表面情况，用手提式砂轮进行轻修，要求表面缺陷深度不超过0.5mm。
酸洗液配比 浓度% 温度℃ 时间
HCL:HNO3:H2O=1:1:余量 15 30-50 3-15
酸洗液配比 浓度% 温度℃ 时间
H2SO4:HNO3:NaCl:H2O=4:1:1:余量 30 50-70 5-10
10、精拉：
（1）、拉丝轮滑工艺要求：作业前，先将盘丝放入配制好的润滑剂（见图-1）中进行润滑，充分搅拌，涂层均匀。润滑后的盘丝应均匀摊开，进行日晒晾干或烘干。
配模工艺要求：需根据尺寸要求，选择合适孔型的模具，配模工艺标准如下：
单位（mm） “*”表示退火（退火温度参见《井式真空电炉处理（退火）一览表》）
￠18.0*—￠17.0*—￠16.0*—￠15.0*—￠14.0*—￠13.0*—￠10.0*和￠8.5
（2）、精拉：每拉下一个规格都需进行酸洗检查，修磨处理。
11、热处理：将冷拉后的丝材放置在井式氩气保护光亮退火炉中进行热处理，热处理温度在800℃-850℃，保温1-2个小时后空冷，出料。
用本发明生产的谐振杆用冷镦丝，即满足谐振杆所需的硬度与膨胀系数的要求，同时又能够满足冷镦加工的要求。我们从影响冷镦钢质量的钢的化学成分、表面缺陷、设备调整、晶粒度和轧制方法4大因素出发，使用ZGHL0.25-250-1型真空感应熔炼炉有效地提高了合金钢的纯净度和组织结构均匀性，改善了钢锭的表面、内在质量，提高合金钢的性能，降低了钢中非金属夹杂物的含量和H、O 的气体含量；进炉前对生产备件进行装配和调整，尽量避免在轧制过程中产生折叠或划伤，破坏产品表面；使用井式氩气保护光亮退火炉进行脱氧、细化晶粒，扩大钢的变形量、延伸率、断面收缩率、较好的塑性以及较高的韧性和强度；形成开裂的裂纹通过对坯料进行反复的酸洗、修磨、退火、拉拔，做到表面零缺陷，有力的保证了冷镦丝的成材率。

Claims (1)

1.一种谐振杆用冷镦丝的生产方法，其特征在于，冷镦丝包括的各化学成分的质量百分比为：镍：35.6%，锰：0.35%，硅:0.3%，磷：0.18%，碳：0.02%，硫：0.015%，铁余量；
所述的生产方法，包括以下步骤：
1）真空熔炼：将Ni板、金属硅、Mn、超低碳工业纯Fe经烘烤后，装入真空感应熔炼炉中进行熔炼，当全熔后待达到精炼温度1460-1660℃后进入精炼期，精炼保持至少30分钟，精炼后期转低真空，大功率搅拌一分钟出钢，浇注电极；
2）电渣重熔：用质量比为0.9：1至1.1：1的萤石与二氧化钛制备引弧剂，用质量比为7:2:1的CaF2、Al2O3和CaO制作重熔电渣系；装炉、引弧造渣、冶炼、补缩、冷却，制成钢锭坯；引弧电流为500-1500A,渣全熔后再进行正常冶炼，控制电流2500-3000A，电压38-41V，使电极熔化，直到结晶器装满为止，冶炼完结进行补缩、重熔钢锭冷却脱锭空冷；
3）锻造开坯：钢锭坯由室温加热到850℃，预热30-50分钟；升温到1000-1150℃，保温40-50分钟；达到锻造温度，始锻温度≥1100℃，终锻温度≥950℃；采用二轻一重，二均匀的操作法制成钢锭；
4）热轧成型：材料装入退火炉的温度：≤600℃；升温时间≥120分钟；加热温度：1000-1150℃；保温时间：≥30分钟，始轧温度：≥1180℃；终轧温度≥950℃；
5）粗丝拉拔：作业前，先进行配模，按变形要求用聚晶模进行拉拔处理；
6）酸白坯料：用硫酸浸泡、盐酸漂洗至白色，酸洗温度50-80℃，酸洗时间20-30min；
7）打磨修边：检查材料表面情况，并对表面缺陷进行修磨处理；
8）退火处理：将坯料放置在井式真空退火炉中进行退火处理，温度在800℃-850℃，保温1-2个小时；
9）酸洗检查：用硫酸浸泡、盐酸漂洗至白色，酸洗温度50-80℃，酸洗时间20-30min；检查材料表面情况，用手提式砂轮进行人工修磨，要求表面缺陷深度不超过0.5mm；
10）精拉：
（1）配模：需根据尺寸要求，选择合适孔型的模具；
（2）精拉：每拉下一个规格都需进行酸洗检查，修磨处理；
11）热处理：将冷拉后的丝材放置在井式氩气保护光亮退火炉中进行热处理，热处理温度在800℃-850℃，保温1-2个小时后空冷，出料。
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