CN108405651A - 一种半固态连续挤压生产铜合金线材方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种半固态连续挤压生产铜合金线材方法，属于半固态成形领域。本发明所述半固态连续挤压生产铜合金线材方法为将长方形铸锭首先加热至再结晶温度以上10‑20℃，然后进行多向多道次热轧，冷却至室温后进行多向多道次冷轧，然后送至感应加热炉内加热，并将加热后坯料送至连续挤压机挤压轮槽内并通过模具实现连续挤压，在挤压轮中通入循环冷却水对挤压轮进行冷却确保模具温度在固定范围，从而控制半固态金属的凝固速度，挤压结束后将铜合金线材在卷取机上进行卷取和排线。本发明利用半固态连续挤压方法生产铜合金线材，可以实现多规格线材的连续生产，提高生产效率，降低模具承受的载荷从而提高模具寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种半固态连续挤压生产铜合金线材方法，属于半固态成形领域。
背景技术
半固态加工技术即在金属凝固过程中通过控制固液温度区间或者进行剧烈搅拌得到一种金属母液中存在一定悬浮固相颗粒的固液混合浆料的加工方法，而固液混合浆料称作为半固态浆料。
与传统铸造相比半固态加工得到的半固态浆料黏度比液态金属高，容易控制：模具夹带的气体少，减少氧化、改善加工性，减少模具粘接，改善表面光洁度，容易实现自动化和形成新加工工艺；流动应力比固态金属低：半固态浆料具有流变性和触变性，变形抗力非常小，可以更高的速度成形部件，而且可进行复杂件成形，缩短加工周期，提高材料利用率，有利于节能节材，并可进行连续形状的高速成形(如挤压)，加工成本低；应用范围广。
目前半固态技术在镁铝合金等低熔点合金上的应用和研究较多，但是在铜合金等高熔点合金的应用较少，这是因为铜合金熔点高，热导率大，易氧化，采用传统的流变挤压技术会产生操作困难，模具要求高，铜液易氧化产生组织偏析不均匀等缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种半固态连续挤压生产铜合金线材方法，具体包括以下步骤：将长方形铸锭首先加热至再结晶温度以上10-20℃，然后进行多向多道次热轧，冷却至室温后进行多向多道次冷轧，然后送至感应加热炉内加热，将加热后的坯料送至连续挤压机挤的压轮槽内并通过模具实现连续挤压，在挤压轮中通入循环冷却水对挤压轮进行冷却确保模具温度在固定范围内，从而控制半固态金属的凝固速度，挤压结束后，将铜合金线材进行冷处理，然后在卷取机上进行卷取和排线。
本发明所述多向多道次冷轧和热轧的具体过程为：首先沿着正向轧制第一道次，然后将坯料沿着长度方向旋转90°并逆向轧制第二道次，然后再旋转90°正向轧制，如此反复轧制。
本发明所述多向多道次热轧过程中：轧制速度为2-4m/min，轧制道次为2-4次，累积变形量为12-18%
本发明所述多向多道次冷轧过程中：轧制速度为1-3m/min，轧制道次为2-10次，累积变形量为20-60%。
本发明所述感应加热炉内的加热温度为坯料固相线温度以下20-50℃，坯料在感应加热炉内停留时间为10-20分钟。
本发明所述连续挤压机的挤压轮转速为600-1000转/分钟。
本发明所述连续挤压机的模具内温度控制在坯料固相线温度以上30-100℃。
本发明所述本发明所述卷取机的卷取速率为40-60m/min。
本发明所述冷处理为常规方法，具体过程为：采用喷淋管方式将25-30℃冷水喷淋到铜合金线材上对其进行冷却，喷淋后的冷水由收集箱进行收集，经过过滤冷却后，送至供给箱继续对线材进行冷处理；循环水压力为1.0-1.5MPa，冷却水的流量为50-100L/min。
本发明实现了机械化控制，可连续化生产，大大提高了生产效率，同时，挤压得到的轴套零件组织均匀，性能良好。锡青铜具有良好的强度、耐腐蚀性和优良的铸造性能，本发明将锡青铜的半固态加工技术同连续挤压成形技术相互结合，可以连续地生产制造线材产品，具有短流程、生产率高、环保节能，制造的产品耐腐蚀性好、力学性能优良等优点
本发明的有益效果：
（1）本发明所述加热保温方式为线感应加热，轧制变形后坯料在线感应加热的同时连续不断送入连续挤压机进行挤压，从而实现流程短、高效率、连续化生产。
（2）本发明所述感应加热温度为固相线以下20-50℃，确保加热后坯料为固态，从而保证坯料顺利送至连续挤压机，实现连续挤压。
（3）本发明所述连续挤压机挤压轮转速较高，一方面能够提高生产效率；另一方面表面粗糙挤压轮的高速旋转增大坯料摩擦力，产生更多热量，从而使坯料温度升高至半固态温度区间，实现半固态挤压，显著降低了成形力，提高了模具寿命。
（4）本发明依次采用多向多道次热轧和冷轧、感应加热和连续挤压方法实现半固态挤压，通过小变形量多道次轧制储备变形量，并通过感应加热和连续挤压产生的热量使坯料处于半固态温度区间，制备半固态坯料，并挤压成线材。本发明的方法不需要单独制备半固态坯料，因此生产成本较低。
（5）本发明通过半固态连续挤压，实现塑性较差铜合金的连续成形，解决了传统难以塑性变形铜合金的连续生产问题。
（6）在挤压轮中加入冷却循环水有效地解决了挤压坯料的快速冷却问题降低了对成型模块的冷却强度要求。同时对于保护模具、提高产品质量有重要意义。
（7）由该工艺制得的铜合金线材相比传统方法制得的铜合金产品具有更好的抗拉强度和韧性，合金微观组织球化明显，圆整度高。
附图说明
图1是本发明工艺设备结构示意图。
图1中：1-铸锭；2-可逆轧机；3-在线感应加热炉；4-连续挤压设备；5-冷却水循环装置；6-在线剪切机；7-卷取机。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1
一种半固态连续挤压生产铜合金线材方法，成形工艺如图1所示，具体步骤如下：
（1）本实施例材料为ZCuSn10P1铜合金，测量ZCuSn10P1铜合金的固液相线温度，采用差示扫描量热法（DSC）测量该合金固相线温度为876.1℃，液相线温度为1024.2℃。
（2）将长方形ZCuSn10P1铜合金铸锭加热至550℃。
（3）将加热后的长方形铸锭热轧，热轧工艺为：轧制速率为3m/min，轧制道次为2次，累积变形量为16%。
（4）将热轧后的长方形铸锭冷却至室温，然后冷轧，冷轧工艺为：轧制速度为1m/min，轧制道次分别为2次、4次、6次；累积变形量分别为20%、40%、60%。
（5）将冷轧后铸锭在线感应加热炉加热，铸锭从进入感应加热炉内至离开感应加热炉的时间为15分钟；感应加热炉内温度830℃。
（6）将感应加热后的ZCuSn10P1铜合金坯料送至连续挤压机的压轮槽内并通过模具实现连续挤压成不同规格的ZCuSn10P1铜合金线材，其中连续挤压机的挤压轮转速为600转/分钟，模具内温度控制在坯料固相线温度以上907℃；并用冷却水对挤压出的线材进行冷却，然后在卷取机上进行卷线和排线，达到一定重量后剪切并卸卷，得到ZCuSn10P1铜合金线材，卷取机的卷取速率为40m/min。
传统液态挤压生产的铜合金线材抗拉强度为64MPa，由表可知利用半固态连续挤压工艺制造出的铜合金线材的抗拉强度比传统工艺有大幅度提高，并且半固态组织晶粒尺寸小，组织细小均匀。
实施例2
一种半固态连续挤压生产铜合金线材方法，成形工艺如图1所示，具体步骤如下：
（1）本实施例材料为ZCuSn10P1铜合金，测量ZCuSn10P1铜合金的固液相线温度，采用差示扫描量热法（DSC）测量该合金固相线温度为876.1℃，液相线温度为1024.2℃。
（2）将长方形ZCuSn10P1铜合金铸锭加热至560℃。
（3）将加热后的长方形铸锭热轧，热轧工艺为：轧制速率为2m/min，轧制道次为4次，累积变形量为18%。
（4）将热轧后的长方形铸锭冷却至室温，然后冷轧，冷轧工艺为：轧制速度为2m/min，轧制道次为2次，累积变形量为20%。
（5）将冷轧后铸锭在线感应加热炉加热，铸锭从进入感应加热炉内至离开感应加热炉的时间为10分钟；感应加热炉内温度856℃。
（6）将感应加热后的ZCuSn10P1铜合金坯料送至连续挤压机的压轮槽内并通过模具实现连续挤压成不同规格的ZCuSn10P1铜合金线材，其中连续挤压机的挤压轮转速为800转/分钟，模具内温度控制在坯料固相线温度以上920℃；并用冷却水对挤压出的线材进行冷却，然后在卷取机上进行卷线和排线，达到一定重量后剪切并卸卷，得到ZCuSn10P1铜合金线材，卷取机的卷取速率为50m/min。
本实施例制备得到的ZCuSn10P1铜合金线材表现出来的抗拉强度良好，韧性相比传统工艺有明显提高，具体参数为抗拉强度277MPa，延伸率5.23%。
实施例3
一种半固态连续挤压生产铜合金线材方法，成形工艺如图1所示，具体步骤如下：
（1）本实施例材料为ZCuSn10P1铜合金，测量ZCuSn10P1铜合金的固液相线温度，采用差示扫描量热法（DSC）测量该合金固相线温度为876.1℃，液相线温度为1024.2℃。
（2）将长方形ZCuSn10P1铜合金铸锭加热至540℃。
（3）将加热后的长方形铸锭热轧，热轧工艺为：轧制速率为4m/min，轧制道次为2次，累积变形量为12%。
（4）将热轧后的长方形铸锭冷却至室温，然后冷轧，冷轧工艺为：轧制速度为3m/min，轧制道次为10次，累积变形量为60%。
（5）将冷轧后铸锭在线感应加热炉加热，铸锭从进入感应加热炉内至离开感应加热炉的时间为20分钟；感应加热炉内温度826℃。
（6）将感应加热后的ZCuSn10P1铜合金坯料送至连续挤压机的压轮槽内并通过模具实现连续挤压成不同规格的ZCuSn10P1铜合金线材，其中连续挤压机的挤压轮转速为1000转/分钟，模具内温度控制在坯料固相线温度以上980℃；并用冷却水对挤压出的线材进行冷却，然后在卷取机上进行卷线和排线，卷取机的卷取速率为60m/min，达到一定重量后剪切并卸卷，得到ZCuSn10P1铜合金线材，其抗拉强度为323MPa，延伸率为6.27%。
Claims (8)
1.一种半固态连续挤压生产铜合金线材方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
将长方形铸锭首先加热至再结晶温度以上10-20℃，然后进行多向多道次热轧，冷却至室温后进行多向多道次冷轧，然后送至感应加热炉内加热，将加热后的坯料送至连续挤压机挤的压轮槽内并通过模具实现连续挤压，在挤压轮中通入循环冷却水对挤压轮进行冷却确保模具温度在固定范围内，从而控制半固态金属的凝固速度，挤压结束后，将铜合金线材前进行冷处理，然后在卷取机上进行卷取和排线。
2.根据权利要求1所述半固态连续挤压生产铜合金线材方法，其特征在于：多向多道次冷轧和热轧的具体过程为：首先沿着正向轧制第一道次，然后将坯料沿着长度方向旋转90°并逆向轧制第二道次，然后再旋转90°正向轧制，如此反复轧制。
3.根据权利要求1或2所述半固态连续挤压生产铜合金线材方法，其特征在于：多向多道次热轧过程中：轧制速度为2-4m/min，轧制道次为2-4次，累积变形量为12-18%。
4.根据权利要求1或2所述半固态连续挤压生产铜合金线材方法，其特征在于：多向多道次冷轧过程中：轧制速度为1-3m/min，轧制道次为2-10次，累积变形量为20-60%。
5.根据权利要求1所述半固态连续挤压生产铜合金线材方法，其特征在于：感应加热炉内的加热温度为坯料固相线温度以下20-50℃，坯料在感应加热炉内停留时间为10-20分钟。
6.根据权利要求1所述半固态连续挤压生产铜合金线材方法，其特征在于：连续挤压机的挤压轮转速为600-1000转/分钟。
7.根据权利要求1或5所述半固态连续挤压生产铜合金线材方法，其特征在于：连续挤压机的模具内温度控制在坯料固相线温度以上30-100℃。
8.根据权利要求1所述半固态连续挤压生产铜合金线材方法，其特征在于：卷取机的卷取速率为40-60m/min。
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