CN108687323A - 一种锡青铜合金半固态连续触变挤压方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种锡青铜合金半固态连续触变挤压方法及装置，属于半固态成形领域。本发明所述方法为：首先将经过流变处理过的锡青铜合金半固态铸锭通过皮带输送到进料口，然后在氩气氛围下通入到石墨圆桶内，在坯料进入石墨圆筒后通过加热外桶将坯料加热到固相线温度以上20‑50℃并保温10‑15分钟，随后锡青铜半固态浆料通过进料口进入搅拌区内，对石墨圆筒内的半固态浆料进行搅拌，促进形成固液相组分均匀的半固态浆料，搅拌后通过石墨圆筒下部的挤压系统将锡青铜合金的半固态浆料挤压到相应的模具中，最后冷却后获得相应的产品。本发明实现半固态浆料加工的连续性，进而实现多种形状工件的连续生产，提高生产效率，整个工艺都在封闭的系统中完成减少了外部熔融金属的处理和传输工序。
Description
技术领域
本发明涉及一种锡青铜合金半固态连续触变挤压方法及装置，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。
铜合金线材一般采用传统铸造方法制备，但是传统铸造方法生产出来的铜合金线材一方面由于液态成形组织不均匀，容易产生缩孔、缩松等缺陷；另一方面，材料利用率低，容易产生很多废料，造成资源浪费。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锡青铜合金半固态连续触变挤压方法，具体包括以下步骤：
（1）首先将经过流变处理过的锡青铜合金半固态铸锭输送到进料口，然后进入石墨圆桶内；所述石墨圆桶上半部分为保温区，下半部分为搅拌区，保温区和搅拌区之间设有通道；
（2）坯料进入石墨圆筒的保温区后，将坯料加热到固相线温度以上20-50℃并保温10-15分钟，该过程属于二次加热过程，此时锡青铜合金由半固态坯料转变为半固态浆料；
（3）随后锡青铜半固态浆料通过通道进入搅拌区内，搅拌装置对石墨圆筒内的半固态浆料进行搅拌，形成固液相组分均匀的半固态浆料；
（4）搅拌后的浆料进入到挤压系统，挤压系统将锡青铜合金的半固态浆料挤压到相应的模具中，模具和挤压系统外部设置有冷却管，管内通有冷却水。
优选的，本发明步骤（3）中搅拌速率为400-500r/min。
优选的，本发明步骤（4）中通冷却水的流量为100-150 L/min。
本发明的另一目的在于提供一种锡青铜合金半固态连续触变挤压装置，包括进料口1、石墨圆筒2、加热外桶3、冷却管7、模具8、支座9、电动机10、固定轴承11、螺旋输送杆12、挤压系统冷却管13；进料口1设置在石墨圆筒2上端，石墨圆筒2外镶嵌有加热外桶3，石墨圆筒2侧壁上设有底座6，将石墨圆筒2分为两部分，底座6中间设有通道，上部为保温区，下部为搅拌区，搅拌区设有搅拌系统；石墨圆筒2的下端与挤压装置的挤压腔连通，所述挤压装置包括螺旋输送杆12、固定轴承11、支座9、挤压系统冷却管13、电机10、冷却管7、模具8，螺旋输送杆12位于挤压腔的内部，螺旋输送杆12一端穿过挤压腔通过固定轴承11与电机10连接，电机10固定在支座9上；模具8固定在挤压装置的一侧，电机10控制螺旋输送杆12将进入到挤压腔的半固态浆料挤压到模具8中；模具8的外部设置冷却管7，挤压装置的外面设有挤压系统冷却管13。
本发明所述搅拌系统包括轴承4、电动机5、搅拌螺杆14，底座6与桶壁之间设有放置电动机5的封闭区域；电动机5固定在石墨圆筒2的侧壁上，电动机5通过轴承4与搅拌螺杆14连接。
本发明所述进料口1一侧设有传送皮带15。
本发明所述石墨圆筒2高度在1.5m，厚度为50mm。
本发明所述底座6中间的通道尺寸小于坯料的尺寸。
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，具有短流程，环保节能，减少材料制备的道次，显著降低成本，提高生产效率的优点。
本发明的有益效果：
（1）铜合金坯料进入石墨圆筒后会被加热到固相线温度以上20-50℃并保温10-15分钟，这属于二次加热过程，使得半固态组织致密，成分均匀。
（2）本发明所述石墨圆筒内设置有搅拌系统，在机械搅拌的作用下半固态固液两相更加均匀分布。
（3）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。
（4）本发明所述挤压系统，外部设置有冷却管，管内通有冷却水，对半固态浆料进行一定冷却防止挤压摩擦作用下半固态浆料温度过高，损坏模具，同时在激冷作用下有利于形成近球形的半固态颗粒组织。
（5）本发明将半固态加工和连续挤压成形相互结合，减少材料制备的道次，显著降低成本，提高生产效率。
附图说明
图1是本发明工艺设备结构示意图。
图2是实施例2所得到的锡青铜合金微观组织。
图1中：l-进料口；2-石墨圆筒；3-加热外桶；4-轴承；5-电动机；6-底座；7-冷却管；8-模具；9-支座；10-电动机；11-固定轴承；12-螺旋输送杆；13-挤压系统的冷却管；14-搅拌螺杆；15-传送皮带。
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。
本发明实施例所用装置如图1所示，包括进料口1、石墨圆筒2、加热外桶3、冷却管7、模具8、支座9、电动机10、固定轴承11、螺旋输送杆12、挤压系统冷却管13；进料口1设置在石墨圆筒2上端，石墨圆筒2外镶嵌有加热外桶3，加热外桶3对保温区内的半固态坯料进行加热和保温；石墨圆筒2侧壁上设有底座6，将石墨圆筒2分为两部分，底座6中间设有通道，上部为保温区，下部为搅拌区，搅拌区设有搅拌系统；石墨圆筒2的下端与挤压装置的挤压腔连通，所述挤压装置包括螺旋输送杆12、固定轴承11、支座9、挤压系统冷却管13、电机10、冷却管7、模具8，螺旋输送杆12位于挤压腔的内部，螺旋输送杆12一端穿过挤压腔通过固定轴承11与电机10连接，电机10固定在支座9上；模具8固定在挤压装置的一侧，电机10控制螺旋输送杆12将进入到挤压腔的半固态浆料挤压到模具8中，模具8为线材模具；模具8的外部设置冷却管7，挤压装置的外面设有挤压系统冷却管13；进料口1一侧设有传送皮带15，所述底座6中间的通道尺寸小于坯料的尺寸。
本实施所述搅拌系统包括轴承4、电动机5、搅拌螺杆14，底座6与桶壁之间设有放置电动机5的封闭区域；电动机5固定在石墨圆筒2的侧壁上，电动机5通过轴承4与搅拌螺杆14连接，电动机5控制搅拌螺杆14转动对保温后的半固态浆料进行搅拌。
本发明实施例以ZCuSn10P1铜合金为处理对象，熔炼的合金的化学成分（质量分数，%）为：Cu 87.65，Sn 9.87，P 1.21，其他元素含量1.27。
实施例1
一种锡青铜合金半固态连续触变挤压方法，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，采用差示扫描量热法测得该合金固相线温度为876.1℃，液相线温度为1024.2℃。
（2）将经流变处理后的长方体锡青铜合金坯料通过皮带送入进料口。
（3）将石墨圆筒内温度设置在896℃，锡青铜合金半固态坯料在石墨圆筒内保温10分钟，并缓慢向搅拌区流动。
（4）待锡青铜合金坯料完成二次加热后，开启与搅拌器相连的电动机，使得石墨圆筒内螺杆开始转动，对锡青铜合金半固态浆料进行搅拌，转速为400r/min。
（5）随后半固态浆料进入挤压系统，通过螺旋输送杆在电动机的传动作用下，将浆料输送到模具中，模具外冷却水的作用下形成具有半固态球形组织的铜合金线材。
实施例2
一种锡青铜合金半固态连续触变挤压方法，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，采用差示扫描量热法测得该合金固相线温度为876.1℃，液相线温度为1024.2℃。
（2）将经流变处理后的长方体锡青铜合金坯料通过皮带送入进料口。
（3）将石墨圆筒内温度设置在910℃，锡青铜合金半固态坯料在石墨圆筒内保温12分钟，并缓慢向搅拌区流动。
（4）待锡青铜合金坯料完成二次加热后，开启与搅拌器相连的电动机，使得石墨圆筒内螺杆开始转动，对锡青铜合金半固态浆料进行搅拌，转速为450r/min。
（5）随后半固态浆料进入挤压系统，通过螺旋输送杆在电动机的传动作用下，将浆料输送到模具中，模具外冷却水的作用下形成具有半固态球形组织的铜合金线材。
实施例3
一种锡青铜合金半固态连续触变挤压方法，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，采用差示扫描量热法测得该合金固相线温度为876.1℃，液相线温度为1024.2℃。
（2）将经流变处理后的长方体锡青铜合金坯料通过皮带送入进料口。
（3）将石墨圆筒内温度设置在926℃，锡青铜合金半固态坯料在石墨圆筒内保温15分钟，并缓慢向搅拌区流动。
（4）待锡青铜合金坯料完成二次加热后，开启与螺杆相连的电动机，使得石墨圆筒内螺杆开始转动，对锡青铜合金半固态浆料进行搅拌，转速为500r/min。
（5）随后半固态浆料进入挤压系统，通过螺旋输送杆在电动机的传动作用下，将浆料输送到模具中，模具外冷却水的作用下形成具有半固态球形组织的铜合金线材。
三个实施例轴套零件的延伸率、平均晶粒尺寸和抗拉强度结果如表1所示，传统液态挤压铜合金线材抗拉强度为64MPa，由表可知，半固态连续触变挤压方法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所得到的锡青铜合金半固态组织如图2所示，图中固液相分布均匀，球状颗粒均匀分布，没有团聚现象、组织均匀性较好。
Claims (8)
1.一种锡青铜合金半固态连续触变挤压方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
（1）首先将经过流变处理过的锡青铜合金半固态铸锭输送到进料口，然后进入石墨圆桶内；所述石墨圆桶上半部分为保温区，下半部分为搅拌区，保温区和搅拌区之间设有通道；
（2）坯料进入石墨圆筒的保温区后，将坯料加热到固相线温度以上20-50℃并保温10-15分钟，该过程属于二次加热过程，此时锡青铜合金由半固态坯料转变为半固态浆料；
（3）随后锡青铜半固态浆料通过通道进入搅拌区内，搅拌装置对石墨圆筒内的半固态浆料进行搅拌，形成固液相组分均匀的半固态浆料；
（4）搅拌后的浆料进入到挤压系统，挤压系统将锡青铜合金的半固态浆料挤压到相应的模具中，模具和挤压系统外部设置有冷却管，管内通有冷却水。
2.根据权利要求1所述锡青铜合金半固态连续触变挤压方法，其特征在于：步骤（3）中搅拌速率为400-500r/min。
3.根据权利要求1所述锡青铜合金半固态连续触变挤压方法，其特征在于：步骤（4）中通冷却水的流量为100-150 L/min。
4.权利要求1~3任意一项所述方法所用装置，其特征在于：包括进料口（1）、石墨圆筒（2）、加热外桶（3）、冷却管（7）、模具（8）、支座（9）、电动机（10）、固定轴承（11）、螺旋输送杆（12）、挤压系统冷却管（13）；进料口（1）设置在石墨圆筒（2）上端，石墨圆筒（2）外镶嵌有加热外桶（3），石墨圆筒（2）侧壁上设有底座（6），将石墨圆筒（2）分为两部分，底座（6）中间设有通道，上部为保温区，下部为搅拌区，搅拌区设有搅拌系统；石墨圆筒（2）的下端与挤压装置的挤压腔连通，所述挤压装置包括螺旋输送杆（12）、固定轴承（11）、支座（9）、挤压系统冷却管（13）、电机（10）、冷却管（7）、模具（8），螺旋输送杆（12）位于挤压腔的内部，螺旋输送杆（12）一端穿过挤压腔通过固定轴承（11）与电机（10）连接，电机（10）固定在支座（9）上；模具（8）固定在挤压装置的一侧，电机（10）控制螺旋输送杆（12）将进入到挤压腔的半固态浆料挤压到模具（8）中；模具（8）的外部设置冷却管（7），挤压装置的外面设有挤压系统冷却管（13）。
5.根据权利要求4所述装置，其特征在于：所述搅拌系统包括轴承（4）、电动机（5）、搅拌螺杆（14），底座（6）与桶壁之间设有放置电动机（5）的封闭区域；电动机（5）固定在石墨圆筒（2）的侧壁上，电动机（5）通过轴承（4）与搅拌螺杆（14）连接。
6.根据权利要求4所述装置，其特征在于：进料口（1）一侧设有传送皮带（15）。
7.根据权利要求4所述装置，其特征在于：石墨圆筒（2）高度在1.5m，厚度为50mm。
8.根据权利要求4所述装置，其特征在于：底座（6）中间的通道尺寸小于坯料的尺寸。
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