CN107052075B - 多模冷旋锻及冷拉加工AgSnO2线材的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电接触复合材料的加工技术，旨在提供一种多模冷旋锻及冷拉加工AgSnO2线材的方法。包括：AgSnO2丝材原料退火处理后置于放线盘上，连续送入旋锻模中进行旋锻处理；重复该操作两次并更换稍小的旋锻模；丝材整卷后进行退火和酸洗处理；利用首次变形量小于10％的拉丝模具进行冷拉加工，选择比拟加工成品直径多出0.05～0.1mm余量的丝材进行软化退火、酸洗处理；选择与成品规格相匹配的拉丝加工模具进行拉丝处理，以乙醇溶液清洗拉丝所得丝材。本发明提出了旋锻和拉拔相结合的冷加工工艺，通过利用旋锻加工具有低应力应变、小应力梯度的加工优势，实现其他工艺(如挤压、轧制和拉拔)难以完成的加工目的。本发明工艺方法的操作简单，生产率和产品成材率高。

Description

多模冷旋锻及冷拉加工AgSnO2线材的方法
技术领域
本发明涉及一种电接触复合材料的加工方法，属于金属基复合材料技术领域。
技术背景
AgSnO2电接触材料主要应用于继电器、接触器、开关等电器开关中，具有良好的抗熔焊、耐电弧侵蚀性能及抗磨损性能，并且对人体无害，具有替代传统AgCdO电接触材料的潜力。但是由于Ag和SnO2润湿性差，Ag和SnO2质点的界面结合差，再加上 SnO2的高硬度，在加工中SnO2和基体Ag间的结合界面往往成为应力集中区和裂纹源。所以AgSnO2材料的塑性和延展性差，难以加工，在挤压、拉拔过程中极易出现断丝、开裂等问题，产品成品率和生产效率低下。AgSnO2材料加工困难是实现其工业化生产的瓶颈之一，限制了其作为电接触材料的广泛应用。
近年来，随着装备技术的升级及制备工艺的优化，等静压成型、热挤压的工艺方法可以较成功地生产AgSnO2板坯和线坯，后续还可以对半成品的板坯或线坯进行热轧、热拉拔等多道次的加工，但是每道次变形量要控制在6％左右，累计变形量每达到20％左右要进行热处理，用以消除加工硬化(拉拔对AgSnO2线材力学物理性能的影响，电工材料)；而冷轧、冷拔则每道次加工后都需要进行退火热处理，加工效率低。为提高 AgSnO2可加工能力，郑冀等人从减小SnO2颗粒尺寸和优化热处理工艺入手，采用纳米级SnO2制备了AgSnO2材料，并且研究了退火热处理制度对AgSnO2材料加工性能的影响，结果发现纳米SnO2可以减小对基体的割裂作用，有利于提高加工性(退火工艺对纳米AgSnO2触头材料加工性能的影响，电工材料)；优化出当变形量为13％时，最佳的退火工艺为650℃×2h。但是在对纳米AgSnO2材料进行拉伸过程中仍然需要多次的退火处理，效率不高。中国专利CN101982558A(银镍电触头材料晶粒细化工艺以及银氧化锡电触头材料晶粒细化工艺)将不同直径的AgSnO2丝材剪断，在H2气氛保护下加热至800～900℃退火1.5h；混合并镦粗成直径80～90mm的锭坯，再将锭坯加热至 800～900℃并保温1.5～3.0h；经2～3次镦粗后，锭坯直径达到85～105mm左右；在挤压比大于220，加热温度为750～850℃的条件下进行挤压。上述步骤至少重复一次，以获得晶粒细化加工性较好的AgSnO2丝材,该方法的优点在于镦粗可以细化晶粒，破碎粉末颗粒边界上的氧化膜，大挤压比可以消除材料中的孔洞，提高材料的致密性，提高材料的加工性能，但是工艺流程复杂，能耗大，效率低下。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种多模冷旋锻及冷拉加工AgSnO2线材的方法。
为解决上述问题，本发明的解决方案是：
提供一种多模冷旋锻及冷拉加工AgSnO2线材的方法，包括以下步骤：
(1)以挤压后直径为φ6mm的AgSnO2丝材作为原料，进行退火处理；
(2)依次布置放线盘、旋锻机和收线盘，在旋锻机上安装旋锻模；
将退火处理后的丝材置于放线盘上，连续送入旋锻模中进行旋锻处理，并以收线盘进行收料；将收线盘上的丝材重置于放线盘上，更换旋锻模后再次进行旋锻处理，重复该操作两次；三次旋锻处理中使用的旋锻模规格分别是4.5mm、3.5mm和2.0mm；
(3)将旋锻处理后的丝材整卷后，移至热处理炉中进行退火处理，退火后的丝材进行酸洗处理；
(4)利用首次变形量小于10％的拉丝模具，对酸洗后的丝材进行冷拉加工，拉丝过程中使用润滑剂进行润滑；
(5)选择比拟加工成品直径多出0.05～0.1mm余量的丝材，进行软化退火处理，退火后的丝材进行酸洗处理；
(6)选择与成品规格相匹配的拉丝加工模具，对酸洗后的丝材进行拉丝处理；拉丝过程中使用润滑剂进行润滑；
(7)以乙醇溶液清洗拉丝所得丝材，成品送包装。
本发明中，步骤(1)、(3)、(5)中的退火处理均为空气气氛下进行；其中，步骤(1)中控制退火的温度为650～800℃，时间2～5h；步骤(3)中控制退火的温度为 650～750℃，时间2～5h；步骤(5)中控制退火的温度为650～750℃，时间2～5h。
本发明中，步骤(1)、(3)、(5)中的退火处理时，使用钟罩式电阻炉作为热处理设备。
本发明中，步骤(2)中，三次旋锻处理时，设置收料盘的转速分别为6～8m/min、 8～10m/min和10～12m/min；出丝直径分别为4.5～4.7mm、3.0～3.2mm和2.0～2.2mm；所使用的旋锻模的垫片厚度均为0.1～0.3mm。
本发明中，步骤(3)、(5)中，酸洗处理时使用5％体积比的稀硫酸。
本发明中，步骤(4)、(6)中拉丝处理时使用的润滑剂是质量浓度为3％～5％的肥皂水。
本发明中，步骤(6)中，与成品规格相匹配的拉丝加工模具是聚晶模。
本发明中，步骤(7)中所述乙醇溶液是按乙醇∶水的体积比为6.5∶3.5配制而成。
发明原理描述：
本发明中，通过1-7步骤制备的材料，通过旋锻工艺在微观层面提高材料内部SnO2增强颗粒与银基体的界面结合力，降低挤压过程形成的密度梯度差异，具有良好的加工性能，实现冷拉拔加工，缩短材料加工周期。
与其它加工工艺相比：
本发明的第1步骤退火处理目的在于消除热挤压后材料的内应力，为旋锻加工提供必要塑性变形条件；
本发明的第2-3步骤旋锻加工的目的在于通过旋锻机的高速锻造加工消除AgSnO2材料的截面密度的梯度分布；同时，外力旋锻做功使SnO2颗粒与银基体界面之间不断磨擦形成二次合金化，提高材料致密度和塑性。
本发明4-7步骤冷拉加工工艺设计目的在于通过冷拉拔在得到具备良好塑性和物理性能的线材，具备良好制打性能，满足铆钉制打需要。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明提出了旋锻和拉拔相结合的冷加工工艺，通过利用旋锻加工具有低应力应变、小应力梯度的加工优势，实现其他工艺(如挤压、轧制和拉拔)难以完成的加工目的。
2、本发明工艺方法的操作简单，生产率和产品成材率高。
具体实施方式
下面通过实施实例对本发明进行具体的描述，只适用于对本发明的进一步说明。
实施例一
S1：挤压后的AgSnO2丝材(φ6mm)进行退火：退火工艺650℃，5h,空气；热处理设备为钟罩式电阻炉；
S2：在旋锻机上安装4.5mm规格旋锻模，垫片厚度为0.2mm；
S3：将丝材放置到放线盘上手工送丝至旋锻模中，旋锻出丝绕到收料盘上，调整收料盘转速，设置为6m/min，出丝直径为4.6mm；
S4：再更换为3.5mm规格旋锻模，垫片厚度为0.2mm；
S5：将丝材放置到放线盘上手工送丝至旋锻模中，旋锻出丝绕到收料盘上，调整收料盘转速，设置为8m/min，出丝直径为3.1mm；
S6：再更换为2.0mm规格旋锻模，垫片厚度为0.2mm；
S7：将丝材放置到放线盘上手工送丝至旋锻模中，旋锻出丝绕到收料盘上，调整收料盘转速，设置为10m/min，出丝直径为2.1mm；
S8：将旋锻后的丝材整卷卷好，放置到热处理炉中进行退火：退火工艺650℃，5h,空气；热处理设备为钟罩式电阻炉；
S9：退火后的丝材进行5％体积比稀硫酸酸洗处理；
S10：选择道次变形量小于10％的拉丝模进行冷拉加工，拉丝过程润滑剂采用质量浓度3％肥皂水；
S11：成品规格尺寸前，预留0.08mm余量进行软化退火处理；退火工艺650℃，5h,空气；热处理设备为钟罩式电阻炉；
S12：退火后的丝材进行5％体积比稀硫酸酸洗处理；
S13：选择对应成品丝加工模具(模具类型为聚晶模)，拉丝过程润滑剂采用质量浓度3％肥皂水，出料口采用乙醇溶液(乙醇：水体积比＝6.5:3.5)清洗后收料包装。
本实施例中，成品线材直径1.45mm，抗拉强度为213MPa，断后延伸率为29％。而利用常规技术所得到的直径1.35mm的线材，其抗拉强度为205MPa，断后延伸率为16％。
实施例二
S1：挤压后的AgSnO2丝材(φ6mm)进行退火：退火工艺700℃，3h,空气；热处理设备为钟罩式电阻炉；
S2：在旋锻机上安装4.5mm规格旋锻模，垫片厚度为0.1mm；
S3：将丝材放置到放线盘上手工送丝至旋锻模中，旋锻出丝绕到收料盘上，调整收料盘转速，设置为7m/min，出丝直径为4.7mm；
S4：再更换为3.5mm规格旋锻模，垫片厚度为0.1mm；
S5：将丝材放置到放线盘上手工送丝至旋锻模中，旋锻出丝绕到收料盘上，调整收料盘转速，设置为9m/min，出丝直径为3.2mm；
S6：再更换为2.0mm规格旋锻模，垫片厚度为0.1mm；
S7：将丝材放置到放线盘上手工送丝至旋锻模中，旋锻出丝绕到收料盘上，调整收料盘转速，设置为11m/min，出丝直径为2.2mm；
S8：将旋锻后的丝材整卷卷好，放置到热处理炉中进行退火：退火工艺700℃，3h,空气；热处理设备为钟罩式电阻炉；
S9：退火后的丝材进行5％体积比稀硫酸酸洗处理；
S10：选择道次变形量小于10％的拉丝模进行冷拉加工，拉丝过程润滑剂采用质量浓度5％肥皂水；
S11：成品规格尺寸前，预留0.1mm余量进行软化退火处理；退火工艺700℃，3h, 空气；热处理设备为钟罩式电阻炉；
S12：退火后的丝材进行5％体积比稀硫酸酸洗处理；
S13：选择对应成品丝加工模具(模具类型为聚晶模)，拉丝过程润滑剂采用质量浓度5％肥皂水，出料口采用乙醇溶液(乙醇：水体积比＝6.5:3.5)清洗后收料包装。
本实施例中，成品线材直径1.85mm，抗拉强度为227MPa，断后延伸率为35％。而利用常规技术所得到的直径1.85mm线材抗拉强度为200MPa，断后延伸率为18％。
实施例三
S1：挤压后的AgSnO2丝材(φ6mm)进行退火：退火工艺800℃，2h,空气；热处理设备为钟罩式电阻炉；
S2：在旋锻机上安装4.5mm规格旋锻模，垫片厚度为0.3mm；
S3：将丝材放置到放线盘上手工送丝至旋锻模中，旋锻出丝绕到收料盘上，调整收料盘转速，设置为8m/min，出丝直径为4.5mm；
S4：再更换为3.5mm规格旋锻模，垫片厚度为0.3mm；
S5：将丝材放置到放线盘上手工送丝至旋锻模中，旋锻出丝绕到收料盘上，调整收料盘转速，设置为10m/min，出丝直径为3.0mm；
S6：再更换为2.0mm规格旋锻模，垫片厚度为0.3mm；
S7：将丝材放置到放线盘上手工送丝至旋锻模中，旋锻出丝绕到收料盘上，调整收料盘转速，设置为12m/min，出丝直径为2.0mm；
S8：将旋锻后的丝材整卷卷好，放置到热处理炉中进行退火：退火工艺750℃，2h,空气；热处理设备为钟罩式电阻炉；
S9：退火后的丝材进行5％体积比稀硫酸酸洗处理；
S10：选择道次变形量小于10％的拉丝模进行冷拉加工，拉丝过程润滑剂采用质量浓度4％肥皂水；
S11：成品规格尺寸前，预留0.05mm余量进行软化退火处理；退火工艺750℃，2h,空气；热处理设备为钟罩式电阻炉；
S12：退火后的丝材进行5％体积比稀硫酸酸洗处理；
S13：选择对应成品丝加工模具(模具类型为聚晶模)，拉丝过程润滑剂采用质量浓度4％肥皂水，出料口采用乙醇溶液(乙醇：水体积比＝6.5:3.5)清洗后收料包装。
本实施例中，成品线材直径1.35mm，抗拉强度为240MPa，断后延伸率为30％。而利用常规技术所得到的直径1.35mm线材抗拉强度为210MPa，断后延伸率为15％。
从上述实施例的数据可以看出，通过本发明获得的线材抗拉强度和延伸率均优于常规工艺生产的线材，尤其在延伸率方面获得明显提升，为触点产品制备加工提供良好的塑性变形能力。本发明所得产品具有良好加工性能，可用于工业化生产中以替代AgCdO 材料。

Claims (7)

1.一种多模冷旋锻及冷拉加工AgSnO2线材的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)以挤压后直径为φ6mm的AgSnO2丝材作为原料，进行退火处理；
(2)依次布置放线盘、旋锻机和收线盘，在旋锻机上安装旋锻模；
将退火处理后的丝材置于放线盘上，连续送入旋锻模中进行旋锻处理，并以收线盘进行收料；将收线盘上的丝材重置于放线盘上，更换旋锻模后再次进行旋锻处理，重复该操作两次；三次旋锻处理中使用的旋锻模规格分别是4.5mm、3.5mm和2.0mm；
(3)将旋锻处理后的丝材整卷后，移至热处理炉中进行退火处理，退火后的丝材进行酸洗处理；
(4)利用首次变形量小于10％的拉丝模具，对酸洗后的丝材进行冷拉加工，拉丝过程中使用润滑剂进行润滑；
(5)选择比拟加工成品直径多出0.05～0.1mm余量的丝材，进行软化退火处理，退火后的丝材进行酸洗处理；
(6)选择与成品规格相匹配的拉丝加工模具，对酸洗后的丝材进行拉丝处理；拉丝过程中使用润滑剂进行润滑；
(7)以乙醇溶液清洗拉丝所得丝材，成品送包装；
所述步骤(1)、(3)、(5)中，退火处理均为空气气氛下进行；其中，步骤(1)中控制退火的温度为650～800℃，时间2～5h；步骤(3)中控制退火的温度为650～750℃，时间2～5h；步骤(5)中控制退火的温度为650～750℃，时间2～5h。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)、(3)、(5)中的退火处理时，使用钟罩式电阻炉作为热处理设备。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，三次旋锻处理时，设置收料盘的转速分别为6～8m/min、8～10m/min和10～12m/min；出丝直径分别为4.5～4.7mm、3.0～3.2mm和2.0～2.2mm；所使用的旋锻模的垫片厚度均为0.1～0.3mm。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)、(5)中，酸洗处理时使用5％体积比的稀硫酸。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)、(6)中拉丝处理时使用的润滑剂是质量浓度为3％～5％的肥皂水。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(6)中，与成品规格相匹配的拉丝加工模具是聚晶模。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(7)中所述乙醇溶液是按乙醇∶水的体积比为6.5∶3.5配制而成。
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