CN110523791B - 一种铝铜合金管件的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种铝铜合金管件的制造方法，包括以下步骤：S1、将铝铜合金锭坯进行加热、保温处理；S2、在真空条件下，采用分流模挤压机将步骤S1所得铝铜合金锭进行挤压处理，挤压温度为360～400℃，制得铝铜合金管坯件；S3、将步骤S2所得的铝铜合金管坯件进行固溶、冷却和时效处理，制得铝铜合金管件成品。与现有技术相比，采用本发明所述铝铜合金管件的制造方法，最终得到铝铜合金管件内部组织均匀、致密、晶粒细小，无裂纹缺陷，且具有优良的综合力学性能，大大提高了成品合格率；铝铜合金管件的纯度≥99.99％，平均晶粒为150～200μm，具有较高的生产质量指标，满足产品要求。

Description

一种铝铜合金管件的制造方法

技术领域

本发明涉及金属加工技术领域，特别是涉及一种铝铜合金管件的制造方法。

背景技术

铝铜合金很坚硬，熔点是640℃，一般是约由97％的铝和3％的铜组成。跟金属铝的化学性质相似，轻而抗张强度大。由于铝通过掺杂少量铜，制得的铝铜合金电线的电阻率大大降低，导电性能大大提升，可代替昂贵的铜线作为电线使用。同时，随着触摸屏电极工艺的快速发展，触摸屏尺寸的不断加大，对电极线路的导电性要求也越来越高。铜铝合金导线，相对与铝导线来说，电阻率成倍下降。故铝铜合金导线有望成为下一代主流电极工艺，具有广阔的应用前景。

目前，现有技术制造铝铜合金管件多采用自由锻造工艺和挤压工艺。

自由锻造是指利用冲击力或压力使金属在上下砧面间各个方向自由变形，不受任何限制而获得所需形状及尺寸和一定机械性能的锻件的一种加工方法。由于自由锻造所用工具和设备简单，通用性好，成本低，同铸造毛坯相比，自由锻造消除了缩孔、缩松、气孔等缺陷。但是自由锻造是靠人工操作来控制锻件的形状和尺寸的，所以锻件精度低，加工余量大，加热不充分、劳动强度大，生产率也不高，因此它主要应用于单件、小批量生产。自由锻造的大致步骤如下：1)加热铝铜合金锭坯至450-520℃；2)对加热后的铝铜合金锭坯进行自由锻造，以消除铝铜合金锭坯材料内的缩孔、缩松及气孔等缺陷，使锭坯具有更高的力学性能；3)然后采用直径为50mm的冲头对铝铜合金锭坯进行冲孔处理，制得铝铜合金管材；4)最后冷却铝铜合金管材。该制造方法中，由于自由锻造设备的上下砧面温度为常温，易使加热后的铝铜合金锭坯在自由锻造时降温较快，从而导致铝铜合金材料的韧性较差；故在后续冲孔操作时，铝铜合金材料容易产生裂纹，无法顺利完成冲孔工序，极大的降低了成品合格率。且对操作人员来说，自由锻造作业的生产一线面临着高温、噪音、刺鼻气体、粉尘等恶劣条件，工作环境极差，无法使操作人员长期、高效的工作，极大的降低了生产效率。

挤压工艺是指用冲头或凸模对放置在凹模中的坯料加压，使之产生塑性流动，从而获得相应于模具的型孔或凹凸模形状的制件的一种压力加工方法。分流模挤压机是挤压工艺使用较多的设备，其工作原理是在不带独立穿孔系统的挤压机上，采用分流模使实心坯锭在挤压力作用下发生塑性变形。但是该分流模挤压机依坯料的不同，在坯料处理、挤压道次、挤压力、模具寿命等方面的控制要求均不同。目前，尚没有基于分流模挤压机针对制造铝铜合金管件的较优控制工艺和操作参数，故无法获得内部组织均匀、致密、晶粒细小，且具有优良的综合力学性的铝铜合金管件。

发明内容

基于此，为了克服现有技术的缺陷和不足，本发明提供了一种铝铜合金管件的制造方法，采用该制造方法制造的铝铜合金管件内部组织均匀、致密、晶粒细小，且具有优良的综合力学性能。

本发明所述铝铜合金管件的制造方法，包括以下步骤：

S1、将铝铜合金锭坯进行加热、保温处理；

S2、采用分流模挤压机将步骤S1所得铝铜合金锭进行挤压处理，挤压温度为360～400℃，真空度为0～100Pa，制得铝铜合金管坯件；

S3、将步骤S2所得的铝铜合金管坯件进行固溶、冷却和时效处理，制得铝铜合金管件成品。

与现有技术相比，本发明基于分流模挤压机针对制造铝铜合金管件提供了一种较优的控制工艺和操作参数，特别是在真空条件下，对挤压温度的合理控制。通过深入研究和试验发现，在真空条件下，随着挤压温度的升高，铝铜合金的晶粒增大；当挤压温度在360～400℃的范围内时，铝铜合金的晶粒长大不十分明显；但超过此温度区间，铝铜合金的晶粒会有一个明显长大的过程，且铝铜合金管件成品探伤检测的不合格率增加。因此，本发明基于分流模挤压机，在真空条件下，通过对挤压温度的合理控制，可获得内部组织均匀、致密、晶粒细小，且具有优良的综合力学性的铝铜合金管件。

进一步，本发明依次通过加热、保温、挤压、固溶、冷却和时效工艺，各工艺环环相扣，协同作用，通过本发明制得的铝铜合金管件成品的纯度≥99.99％，平均晶粒为150～200μm，密度约为2.725g/cm³，具有较高的生产质量指标，满足产品要求。

进一步地，在所述步骤S2中，所述分流模挤压机为1500～1800吨分流模挤压机；所述1500～1800吨分流模挤压机的操作参数为：模具工作带为10～12mm，挤压速度为6～7m/s，挤压比为4～6。

本发明针对1500～1800吨的分流模挤压机，并合理控制所述1500～1800吨分流模挤压机的模具工作带、挤压速度和挤压比等操作参数，在相应挤压工艺条件下，制造的铝铜合金管件综合力学性能优良，成品合格率高。

进一步地，在所述步骤S2中，真空度为0～100Pa。

在挤压过程中，当真空度在0～100Pa的范围内时，随着真空度越高，所制得的物料分布越均匀、变形越小、致密度越高、机械强度越大及产品质量越高；但是当真空度大于100Pa时，对挤压设备的密封度要求较高，易导致挤压设备运行成本高及设备制造昂贵的问题。故发明选择的真空度范围为0～100Pa。

进一步地，所述步骤S1中的加热、保温处理，是将铝铜合金锭坯先升温至480～520℃，再保温4～6h。

本发明中保温处理的目的是为了提高铝铜合金锭坯的机械强度和硬度，改善金相组织，保证铝铜合金锭坯具有一定的塑性、切削加工和焊接等性能。

进一步地，所述步骤S3中的固溶处理，是将挤压处理后的铝铜合金管坯件在450～520℃下保温1～1.2h。

固溶处理是指将铝铜合金材料加热到高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体中后快速冷却，以得到过饱和固溶体的热处理工艺。可以消除铝铜合金锭坯在结晶凝固时因冷却速度不均匀所造成的内应力。

进一步地，所述步骤S3中的冷却处理，是将固溶处理后的铝铜合金管坯件进行水冷淬火，冷却水的水温为15～35℃，冷却时间为20～40min。

水冷淬火是把钢加热到临界温度以上，保温一定时间，然后通过冷水以大于临界冷却速度对铝铜合金管坯件进行冷却，从而获得均匀、细化的内部组织。。

进一步地，所述步骤S3中的时效处理，是将经冷却处理后的铝铜合金管坯件在100～150℃条件下，保持1.5～2h。

经水冷淬火后的铝铜合金管坯件，再经时效处理，可以保持铝铜合金管坯件的形状、尺寸，且其硬度和强度会有所增加，塑性、韧性和内应力则有所降低，提高了铝铜合金材料的力学性能和耐腐蚀性能。

进一步地，在所述步骤S1中，所述铝铜合金锭坯的尺寸为直径178mm*长600mm。

进一步地，在所述步骤S1中，所述铝铜合金锭坯的铝铜重量组分比约为99.2～99.5/0.8～0.5％WT。

进一步地，还包括步骤S4，将经时效处理后的铝铜合金管件成品置于空气中，冷却至室温。

具体实施方式

本发明提供了一种铝铜合金管件的制造方法，包括以下步骤：

S1、将铝铜合金锭坯进行加热、保温处理；

作为优选，所述铝铜合金锭坯的铝铜重量组分比约为99.2～99.5/0.8～0.5％WT，尺寸为直径178mm*长600mm。将所述铝铜合金锭坯先升温至480～520℃，再保温4～6h。

S2、在真空条件下，采用分流模挤压机将步骤S1所得铝铜合金锭进行挤压处理，挤压温度为360～400℃，制得铝铜合金管坯件；

作为优选，所述分流模挤压机为1500～1800吨分流模挤压机；所述1500～1800吨分流模挤压机的操作参数为：真空度为0～100Pa，模具工作带为10～12mm，挤压速度为6～7m/s，挤压比为4～6。

分流模挤压机适应于高温焊合性能好的金属，如铅、镁、锌、铝及其合金，主要包括挤压室和焊合室。铝铜合金锭在不带独立穿孔系统的挤压机上，采用分流模使铝铜合金实心坯锭在挤压力作用下发生塑性变形。具体的，本发明中经过加热保温后的铝铜合金锭坯先进入挤压室的挤压套筒中，在强大挤压力的作用下，被分流模挤压机模子的刀(桥部分)分成几股金属流流入模子焊合室；分流的金属流再在焊合室内被重新焊合，并从模孔与针形成的间隙中流出，形成产品所需要形状和尺寸的空心铝铜合金管坯件，铝铜合金管坯件的焊缝数与金属流的股数相同。

而且，本发明所述加热、保温后的铝铜合金锭坯是置于分流模挤压机的挤压套筒中进行挤压操作的，故可以保证整个挤压过程在恒温条件下进行，避免了加热后的铝铜合金锭坯在挤压时降温，从而使铝铜合金材料具有优良的韧性。进一步，本发明所述铝铜合金管件的制造方法中的挤压工序在完全真空的环境下进行，故铝铜合金锭坯的挤压工序环境是完全封闭的，对操作挤压工序的人员来说，仅需根据产品规格要求，在分流模挤压机上设置好工艺条件等要求，分流模挤压机即可完成挤压工序，操作人员无需面临高温、噪音、刺鼻气体、粉尘等恶劣工作条件，可保证操作人员高效工作，提高了生产效率。

S3、将步骤S2所得的铝铜合金管坯件进行固溶、冷却和时效处理，制得铝铜合金管件成品。

作为优选，所述步骤S3中的固溶处理，是将挤压处理后的铝铜合金管坯件在450～520℃下保温1～1.2h。

作为优选，所述步骤S3中的冷却处理，是将固溶处理后的铝铜合金管坯件进行水冷淬火，冷却水的水温为15～35℃，冷却时间为20～40min。

作为优选，所述步骤S3中的时效处理，是将经冷却处理后的铝铜合金管坯件在100～150℃条件下，保持1.5～2h。

步骤S4，将经时效处理后的铝铜合金管件成品置于空气中，冷却至室温。

以下通过具体实施例详细说明本发明的技术方案。

实施例1：

本实施例提供一种铝铜合金管件的制造方法，包括以下步骤：

S1：加热、保温处理：将铝铜合金锭坯放入电阻热处理炉内，先升温至500℃，再保温5h；所述铝铜合金锭坯的铝铜重量组分比约为99.2～99.5/0.8～0.5％WT，尺寸为直径178mm*长600mm。

S2：挤压处理：采用1800吨分流模挤压机将加热、保温处理所得铝铜合金锭进行挤压处理，制得铝铜合金管坯件；真空度为50Pa，模具工作带为10mm，挤压温度为300℃，挤压速度为7m/s，挤压比为5。

S3：固溶处理：将铝铜合金管坯件在480℃下保温1.1h；

冷却处理：将铝铜合金管坯件进行水冷淬火，冷却水的水温为20℃，冷却时间为30min；

时效处理：将经冷却处理后的铝铜合金管坯件在130℃条件下，保持1.8h。

S4：将时效处理后的铝铜合金管件成品在空气中冷却至室温。

实施例2～实施例4：

本实施例2～4与实施例1的铝铜合金管件的制造步骤相同，其区别在于挤压温度的不同。由实施例1-4制造的铝铜合金管件1-4对应的主要控制参数和性能情况，见表1所示。

表1实施例1-4所制造的铝铜合金管件1-4的主要控制参数和性能对比情况

由表1可知，随着加压温度的增加；基于1800吨的分流模挤压机所制造的铝铜合金管件成品的晶粒度先变细再变粗，而探伤检测仅在挤压温度为360℃和400℃时合格。说明挤压温度对铝铜合金管件的晶粒度和探伤影响较大；即在制造铝铜合金管件的过程中，将挤压温度控制在360～400℃的范围内，并合理控制其他工艺条件参数，可得到晶粒度为150～200μm及探伤检测合格的铝铜合金管件。

实施例5:

本实施例5与实施例1～4的铝铜合金管件的制造步骤相同，其区别在于制造过程中各条件参数的不同。

S1：加热、保温处理：将铝铜合金锭坯放入电阻热处理炉内，先升温至480℃，再保温5.8h；所述铝铜合金锭坯的铝铜重量组分比约为99.2～99.5/0.8～0.5％WT，尺寸为直径178mm*长600mm。

S2：挤压处理：采用1500吨分流模挤压机将加热、保温处理所得铝铜合金锭进行挤压处理，制得铝铜合金管坯件；真空度为50Pa，模具工作带为10mm，挤压温度为400℃，挤压速度为6m/s，挤压比为5。

S3：固溶处理：将铝铜合金管坯件在480℃下保温1.1h；

冷却处理：将铝铜合金管坯件进行水冷淬火，冷却水的水温为20℃，冷却时间为30min；

时效处理：将经冷却处理后的铝铜合金管坯件在130℃条件下，保持1.8h。

S4：将时效处理后的铝铜合金管件成品在空气中冷却至室温。

实施例6:

本实施例6与实施例1～5的铝铜合金管件的制造步骤相同，其区别在于制造过程中各条件参数的不同。具体如下：

S1：加热、保温处理：将铝铜合金锭坯放入电阻热处理炉内，先升温至500℃，再保温5h；所述铝铜合金锭坯的铝铜重量组分比约为99.2～99.5/0.8～0.5％WT，尺寸为直径178mm*长600mm。

S2：挤压处理：采用1650吨分流模挤压机将加热、保温处理所得铝铜合金锭进行挤压处理，制得铝铜合金管坯件；真空度为95Pa，模具工作带为11mm，挤压温度为380℃，挤压速度为7m/s，挤压比为4。

S3：固溶处理：将铝铜合金管坯件在450℃下保温1.2h；

冷却处理：将铝铜合金管坯件进行水冷淬火，冷却水的水温为35℃，冷却时间为40min；

时效处理：将经冷却处理后的铝铜合金管坯件在150℃条件下，保持1.5h。

S4：将时效处理后的铝铜合金管件成品在空气中冷却至室温。

实施例7:

本实施例7与实施例1～6的铝铜合金管件的制造步骤相同，其区别在于制造过程中各条件参数的不同。具体如下：

S1：加热保温处理：将铝铜合金锭坯放入电阻热处理炉内，先升温至520℃，再保温4h；所述铝铜合金锭坯的尺寸为直径178mm*长600mm；

S2：挤压处理：采用1800吨分流模挤压机将加热、保温处理所得铝铜合金锭进行挤压处理，制得铝铜合金管坯件；真空度为0Pa，模具工作带为12mm，挤压温度为360℃，挤压速度为7m/s，挤压比为5.8；

S3：固溶处理：将铝铜合金管坯件在520℃下保温1h；

冷却处理：将铝铜合金管坯件进行水冷淬火，冷却水的水温为15℃，冷却时间为20min；

时效处理：将经冷却处理后的铝铜合金管坯件在100℃条件下，保持2h。

S4：将时效处理后的铝铜合金管件成品在空气中冷却至室温。

性能对比

由实施例5-7制造的铝铜合金管件5-7对应的主要控制参数和性能情况，见表2所示。

表2实施例5-7所制造的铝铜合金管件5-7对应的主要控制参数和性能对比情况

由表2可知，在制造铝铜合金管件的过程中，基于1500～1800吨的分流模挤压机，并将挤压温度控制在360～400℃，挤压速度控制在6～7m/s，模具工作带选择在10～12mm的范围内，并合理控制其他工艺条件参数，可得到晶粒度为150～200μm及探伤检测合格的铝铜合金管件。

与现有技术相比，本发明所述铝铜合金管件的制造方法具有如下特点：

(1)本发明在不带独立穿孔系统的分流模挤压机上，采用分流模使铝铜合金实心坯锭在挤压力作用下发生塑性变形，制造铝铜合金管件。通过对制造过程中的工艺条件和操作参数，特别是挤压工序的挤压温度，及基于分流挤压机的真空度、模具工作带、挤压速度和挤压比等操作参数的合理控制；制造内部组织均匀、致密、晶粒细小，无裂纹缺陷的铝铜合金管件。同时，可以保证整个挤压过程在恒温条件下进行，避免了加热后的铝铜合金锭坯在挤压时降温，从而使铝铜合金材料具有优良的韧性，及优良的综合力学性能，大大提高了成品合格率。

(2)本发明所述加热、保温后的铝铜合金锭坯是置于分流模挤压机的挤压套筒中进行挤压操作的，故可以保证整个挤压过程在恒温条件下进行，避免了加热后的铝铜合金锭坯在挤压时降温，从而使铝铜合金材料具有优良的韧性。

(3)本发明所述铝铜合金管件的制造方法中的挤压工序在完全真空的环境下进行，故铝铜合金锭坯的挤压工序环境是完全封闭的，对操作挤压工序的人员来说，仅需根据产品规格要求，在分流模挤压机上设置好工艺条件等要求，分流模挤压机即可完成挤压工序，操作人员无需面临高温、噪音、刺鼻气体、粉尘等恶劣工作条件，可保证操作人员高效工作，提高了生产效率。

(4)按照本发明所述制造方法制造的铝铜合金管件的纯度≥99.99％，平均晶粒为150～200μm，密度约为2.725g/cm³，具有较高的生产质量指标，满足产品要求。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种铝铜合金管件的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、将铝铜重量组分比为99.2~99.5/0.8~0.5 WT%的铝铜合金锭坯进行加热、保温处理，其中，所述铝铜合金锭坯的尺寸为直径178mm*长600mm；

S2、在真空度为0~100 Pa的真空条件下，采用1500~1800吨分流模挤压机将步骤S1所得铝铜合金锭进行挤压处理，所述1500~1800吨分流模挤压机的操作参数为：模具工作带为10~12mm，挤压速度为6~7m/s，挤压比为4~6，挤压温度为360~400 ℃，制得铝铜合金管坯件；

S3、将步骤S2所得的铝铜合金管坯件进行固溶、冷却和时效处理，制得铝铜合金管件成品。

2.根据权利要求1所述铝铜合金管件的制造方法，其特征在于：所述步骤S1中的加热、保温处理，是将铝铜合金锭坯先升温至480~520 ℃，再保温4~6 h。

3.根据权利要求2所述铝铜合金管件的制造方法，其特征在于：所述步骤S3中的固溶处理，是将挤压处理后的铝铜合金管坯件在450~520 ℃下保温1~1.2 h。

4.根据权利要求3所述铝铜合金管件的制造方法，其特征在于：所述步骤S3中的冷却处理，是将固溶处理后的铝铜合金管坯件进行水冷淬火，冷却水的水温为15~35 ℃，冷却时间为20~40 min。

5.根据权利要求4所述铝铜合金管件的制造方法，其特征在于：所述步骤S3中的时效处理，是将经冷却处理后的铝铜合金管坯件在100~150 ℃条件下，保持1.5~2 h。

6.根据权利要求5所述铝铜合金管件的制造方法，其特征在于：还包括步骤S4，将经时效处理后的铝铜合金管件成品置于空气中，冷却至室温。