CN111745322A - 一种新型铜铁焊丝的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种新型铜铁焊丝的制备方法，具体包括：配料：按百分含量计，原料中Fe元素的百分含量为5～15％，余料为Cu元素；采用真空熔炼的方式进行熔炼；浇铸、出炉，浇铸速度是先慢、再适当加快，最后再减慢；热锻、车外圆；热轧、盘圆；拉拔及中间退火；矫直、裁剪分切；本发明所制备的铜铁焊丝铁相程纤维状，均匀的分布于铜基体内，合金整体组织均匀；且所制备的铜铁焊丝因其同时含有铜、铁的成分，能够很好的满足铜材料与铁材料之间的焊接。

Description

一种新型铜铁焊丝的制备方法
技术领域
本发明涉及CuFe合金制备工艺技术领域，具体涉及一种新型铜铁焊丝的制备方法。
背景技术
随着工业化进程的发展，工程结构件的使用也由原先的同种合金焊接结构件发展为异种合金焊接结构件。铜与钢异种合金复合构件不仅能结合铜、钢两种材料的优势，更能节省贵重金属降低成本。但是铜、钢两种材料的化学成分、热物理性能差别较大，特别容易形成气孔、裂纹等缺陷，热物性的差异会导致熔化及凝固进程不一致，将会直接影响焊接过程中的热循环过程，结晶条件等；铜、钢之间的线膨胀系数差异较大会造成焊接接头存在较大的焊接残余应力和变形。因此异种合金焊接相比于同种材料的焊接更为复杂、更为困难。
目前针对铜、钢的异种焊接方式有激光焊接技术、搅拌摩擦焊接技术、等离子体焊接技术、电子束焊接技术，这些技术方式使用设备昂贵，成本较高，并不能满足产业化的发展。
铜铁焊丝因同时含有铜、铁的成分，作为连接铜和钢之间的焊接材料是最为理想的，而且焊接方式简单，采用传统的焊接方式即可。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提供了一种新型铜铁焊丝的制备方法，本发明制备的铜铁焊丝因同时含有铜、铁的成分，非常适合铜和钢的焊接，焊接接头缺陷少，强度高，适合工业化应用。
本发明的技术方案为：一种新型铜铁焊丝的制备方法，具体包括：
步骤一：配料
按百分含量计，原料中Fe元素的百分含量为5～15％，余料为Cu元素；
步骤二：熔炼
采用真空熔炼的方式进行熔炼；
步骤三：浇铸
进行浇铸得到铸锭；其中，浇铸速度是先慢、再适当加快，最后再减慢；
步骤四：热锻、车外圆
将铸锭在电炉内加热到910～950℃，保温2～3h，然后进行锻造至Φ30～40mm的棒材，并进行车外圆，去掉表面氧化皮；
步骤五：热轧、盘圆
将去掉氧化皮的棒料再次加热到910～950℃，保温2～3h，然后在行星轧机上进行轧制，外径轧制到Φ10mm，进行盘圆；
步骤六：拉拔及中间退火
将盘圆料在盘拉机上进行多道次拉拔，并在过程中进行退火处理，退火温度控制在500～550℃，拉拔至Φ1.5～2mm；
步骤七：矫直、裁剪分切
将拉拔的丝材进行矫直处理，并按所需长度进行裁剪分切。
进一步地，步骤一所述Fe元素以CuFe母合金的形式加入；保证原材料高纯度的特性，从源头上保证了合金的纯度。
进一步地，步骤一所述Cu元素以CuFe母合金和电解铜板的形式加入；能够有效地避免原料中含有较多杂质的问题，保证原材料高纯度的特性，能够从源头上保证了合金的纯度。
进一步地，步骤二所述真空熔炼的具体步骤为：将配好的原料放入真空熔炼炉中，当真空度抽到р≤4Pa时，加热升温，将加热功率升至20～30KW，保温3～4min；再以1KW/s的上升速率将加热功率升至40～50KW，保温12～15min；然后以2KW/s的上升速率将加热功率升至80～90KW，保持，待坩埚内原料上下达到均匀后，降功率至10～20KW，打开惰性气体阀门，然后缓慢向炉体内充入惰性气体，炉内压力升至0.08Mpa时，关闭惰性气体阀门，升功率至70KW±5KW，精炼1～2min。
更进一步地，所述步骤三的具体步骤为：将真空熔炼炉的功率从70KW±5KW降功率至30KW±5KW，保持60～90s后开始浇铸，浇铸速度是先慢、再适当加快，最后再减慢；浇铸完成后，关闭加热，冷却60～80min后出炉，得到铸锭。
进一步地，步骤二所述真空熔炼的具体步骤为：将配好的原料放入真空熔炼炉中，当真空度抽到р≤4Pa时，加热升温，将加热功率升至20～30KW，保温5～10min；再将加热功率升至40～50KW，保温5～10min；然后将加热功率升至60～70KW，保持，待坩埚内原料上下达到均匀后，降功率至5～20KW，打开惰性气体阀门，然后缓慢向炉体内充入惰性气体，炉内压力升至0.08Mpa时，关闭惰性气体阀门，升功率至70KW±5KW，精炼1～2min。
更进一步地，所述步骤三的具体步骤为：将真空熔炼炉的功率从70KW±5KW降功率至40KW±5KW，保持20～40s后开始浇铸，浇铸速度是先慢、再适当加快，最后再减慢；浇铸完成后，关闭加热，冷却60～80min后出炉，得到铸锭。
更进一步地，步骤二所述惰性气体采用氦气或者氩气的任意一种；氦气具体采用浓度为99.999％的高纯氦气，氩气具体采用浓度为99.999％的高纯氩气；高纯度的惰性气体能够更好的控制真空度，并且能够有效地避免杂质气体溶解到合金中带来杂质。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明所提出的铜铁焊丝的制备工艺，从原料的筛选到整体的制备工艺而言能够有效地保证不掺杂杂质的要求，所制备的铜铁焊丝铁相程纤维状，均匀的分布于铜基体内，合金整体组织均匀；且所制备的铜铁焊丝因其同时含有铜、铁的成分，能够很好的满足铜材料与铁材料之间的焊接。
附图说明
图1是本发明实施例1制备的铜铁焊丝的实物图；
图2是本发明实施例1制备的CuFe5的100X金相图。
具体实施方式
实施例1：一种新型铜铁焊丝的制备方法，其特征在于，具体包括：
步骤一：配料
按百分含量计，原料中Fe元素的百分含量为5％，余料为Cu元素；Fe元素以CuFe母合金的形式加入，余量的Cu元素以电解铜板的形式加入；
步骤二：熔炼
采用真空熔炼的方式进行熔炼；熔炼的具体步骤为：将配好的原料放入真空熔炼炉中，当真空度抽到2Pa时，加热升温，将加热功率升至20KW，保温3min；再以1KW/s的上升速率将加热功率升至40KW，保温12min；然后以2KW/s的上升速率将加热功率升至80KW，保持，待坩埚内原料上下达到均匀后，降功率至10KW，打开惰性气体阀门，然后缓慢向炉体内充入惰性气体，炉内压力升至0.08Mpa时，关闭惰性气体阀门，升功率至70KW±5KW，精炼1min；其中，惰性气体采用采用浓度为99.999％的高纯氦气；
步骤三：浇铸
将真空熔炼炉的功率从70KW±5KW降功率至30KW±5KW，保持60s后开始浇铸，浇铸速度是先慢、再适当加快，最后再减慢；浇铸完成后，关闭加热，冷却70min后出炉，得到铸锭；其中，浇铸速度是先慢、再适当加快，最后再减慢；
步骤四：热锻、车外圆
将铸锭在电炉内加热到910℃，保温2h，然后进行锻造至Φ30mm的棒材，并进行车外圆，去掉表面氧化皮；
步骤五：热轧、盘圆
将去掉氧化皮的棒料再次加热到910℃，保温2h，然后在行星轧机上进行轧制，外径轧制到Φ10mm，进行盘圆；
步骤六：拉拔及中间退火
将盘圆料在盘拉机上进行多道次拉拔，并在过程中进行退火处理，退火温度控制在500℃，拉拔至Φ1.5mm；
步骤七：矫直、裁剪分切
将拉拔的丝材进行矫直处理，并按所需长度进行裁剪分切。
实施例2：一种新型铜铁焊丝的制备方法，其特征在于，具体包括：
步骤一：配料
按百分含量计，原料中Fe元素的百分含量为10％，余料为Cu元素；Fe元素以CuFe母合金的形式加入，余量的Cu元素以电解铜板的形式加入；
步骤二：熔炼
采用真空熔炼的方式进行熔炼；熔炼的具体步骤为：将配好的原料放入真空熔炼炉中，当真空度抽到4Pa时，加热升温，将加热功率升至30KW，保温4min；再以1KW/s的上升速率将加热功率升至50KW，保温15min；然后以2KW/s的上升速率将加热功率升至90KW，保持，待坩埚内原料上下达到均匀后，降功率至20KW，打开惰性气体阀门，然后缓慢向炉体内充入惰性气体，炉内压力升至0.08Mpa时，关闭惰性气体阀门，升功率至70KW±5KW，精炼2min；其中，惰性气体采用采用浓度为99.999％的高纯氦气；
步骤三：浇铸
将真空熔炼炉的功率从70KW±5KW降功率至30KW±5KW，保持90s后开始浇铸，浇铸速度是先慢、再适当加快，最后再减慢；浇铸完成后，关闭加热，冷却80min后出炉，得到铸锭；其中，浇铸速度是先慢、再适当加快，最后再减慢；
步骤四：热锻、车外圆
将铸锭在电炉内加热到950℃，保温3h，然后进行锻造至Φ40mm的棒材，并进行车外圆，去掉表面氧化皮；
步骤五：热轧、盘圆
将去掉氧化皮的棒料再次加热到950℃，保温3h，然后在行星轧机上进行轧制，外径轧制到Φ10mm，进行盘圆；
步骤六：拉拔及中间退火
将盘圆料在盘拉机上进行多道次拉拔，并在过程中进行退火处理，退火温度控制在550℃，拉拔至Φ2mm；
步骤七：矫直、裁剪分切
将拉拔的丝材进行矫直处理，并按所需长度进行裁剪分切。
实施例3：本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：
步骤二：熔炼
采用真空熔炼的方式进行熔炼；熔炼的具体步骤为：将配好的原料放入真空熔炼炉中，当真空度抽到2Pa时，加热升温，将加热功率升至20KW，保温5min；再将加热功率升至40KW，保温5min；然后将加热功率升至60KW，保持，待坩埚内原料上下达到均匀后，降功率至5KW，打开惰性气体阀门，然后缓慢向炉体内充入惰性气体，炉内压力升至0.08Mpa时，关闭惰性气体阀门，升功率至70KW±5KW，精炼1min；其中，惰性气体采用浓度为99.999％的高纯氩气；
步骤三：浇铸
将真空熔炼炉的功率从70KW±5KW降功率至40KW±5KW，保持20s后开始浇铸，浇铸速度是先慢、再适当加快，最后再减慢；浇铸完成后，关闭加热，冷却60min后出炉，得到铸锭。
实施例4：本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：
步骤二：熔炼
采用真空熔炼的方式进行熔炼；熔炼的具体步骤为：将配好的原料放入真空熔炼炉中，当真空度抽到4Pa时，加热升温，将加热功率升至30KW，保温10min；再将加热功率升至50KW，保温10min；然后将加热功率升至70KW，保持，待坩埚内原料上下达到均匀后，降功率至20KW，打开惰性气体阀门，然后缓慢向炉体内充入惰性气体，炉内压力升至0.08Mpa时，关闭惰性气体阀门，升功率至70KW±5KW，精炼2min；其中，惰性气体采用浓度为99.999％的高纯氩气；
步骤三：浇铸
将真空熔炼炉的功率从70KW±5KW降功率至40KW±5KW，保持40s后开始浇铸，浇铸速度是先慢、再适当加快，最后再减慢；浇铸完成后，关闭加热，冷却80min后出炉，得到铸锭。
实验例：对实施例1～4制备的铜铁焊丝分别进行化学含量检测，具体检测如下表：
Figure BDA0002504601970000071
如图2所示深色纹路部位为铁相，浅色纹路部位为铜基体相，从图中可以看出，铁相程纤维状，均匀的分布于铜基体内。

Claims (8)

1.一种新型铜铁焊丝的制备方法，其特征在于，具体包括：
步骤一：配料
按百分含量计，原料中Fe元素的百分含量为5～15％，余料为Cu元素；
步骤二：熔炼
采用真空熔炼的方式进行熔炼；
步骤三：浇铸
进行浇铸得到铸锭；其中，浇铸速度是先慢、再适当加快，最后再减慢；
步骤四：热锻、车外圆
将铸锭在电炉内加热到910～950℃，保温2～3h，然后进行锻造至Φ30～40mm的棒材，并进行车外圆，去掉表面氧化皮；
步骤五：热轧、盘圆
将去掉氧化皮的棒料再次加热到910～950℃，保温2～3h，然后在行星轧机上进行轧制，外径轧制到Φ10mm，进行盘圆；
步骤六：拉拔及中间退火
将盘圆料在盘拉机上进行多道次拉拔，并在过程中进行退火处理，退火温度控制在500～550℃，拉拔至Φ1.5～2mm；
步骤七：矫直、裁剪分切
将拉拔的丝材进行矫直处理，并按所需长度进行裁剪分切。
2.如权利要求1所述的一种新型铜铁焊丝的制备方法，其特征在于，步骤一所述Fe元素以CuFe母合金的形式加入。
3.如权利要求1所述的一种新型铜铁焊丝的制备方法，其特征在于，步骤一所述Cu元素以CuFe母合金和电解铜板的形式加入。
4.如权利要求1所述的一种新型铜铁焊丝的制备方法，其特征在于，步骤二所述真空熔炼的具体步骤为：将配好的原料放入真空熔炼炉中，当真空度抽到р≤4Pa时，加热升温，将加热功率升至20～30KW，保温3～4min；再以1KW/s的上升速率将加热功率升至40～50KW，保温12～15min；然后以2KW/s的上升速率将加热功率升至80～90KW，保持，待坩埚内原料上下达到均匀后，降功率至10～20KW，打开惰性气体阀门，然后缓慢向炉体内充入惰性气体，炉内压力升至0.08Mpa时，关闭惰性气体阀门，升功率至70KW±5KW，精炼1～2min。
5.如权利要求4所述的一种新型铜铁焊丝的制备方法，其特征在于，所述步骤三的具体步骤为：将真空熔炼炉的功率从70KW±5KW降功率至30KW±5KW，保持60～90s后开始浇铸，浇铸速度是先慢、再适当加快，最后再减慢；浇铸完成后，关闭加热，冷却60～80min后出炉，得到铸锭。
6.如权利要求1所述的一种新型铜铁焊丝的制备方法，其特征在于，步骤二所述真空熔炼的具体步骤为：将配好的原料放入真空熔炼炉中，当真空度抽到р≤4Pa时，加热升温，将加热功率升至20～30KW，保温5～10min；再将加热功率升至40～50KW，保温5～10min；然后将加热功率升至60～70KW，保持，待坩埚内原料上下达到均匀后，降功率至5～20KW，打开惰性气体阀门，然后缓慢向炉体内充入惰性气体，炉内压力升至0.08Mpa时，关闭惰性气体阀门，升功率至70KW±5KW，精炼1～2min。
7.如权利要求6所述的一种新型铜铁焊丝的制备方法，其特征在于，所述步骤三的具体步骤为：将真空熔炼炉的功率从70KW±5KW降功率至40KW±5KW，保持20～40s后开始浇铸，浇铸速度是先慢、再适当加快，最后再减慢；浇铸完成后，关闭加热，冷却60～80min后出炉，得到铸锭。
8.如权利要求1所述的一种新型铜铁焊丝的制备方法，其特征在于，所述原料中Fe元素的百分含量为5～15％。
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