CN111979448A - 一种QAl10-5-4铝青铜合金棒材生产工艺 - Google Patents

一种QAl10-5-4铝青铜合金棒材生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种QAl10‑5‑4铝青铜合金棒材生产工艺，以废杂铜或紫杂铜为主要原料，选用中频无芯感应炉进行熔炼，加入富Ce稀土熔剂进行精炼和除杂，可达到除气、除渣、净化熔体、细化晶粒和微合金化作用，有效改善组织，提高综合性能，在立式半连续铸机上进行铸锭，结晶器内熔体采用炭灰和冰晶石覆盖，铸锭内部质量和表面质量显著提高，铸锭综合成材率提高20‑30％，优化热挤压工艺和挤压工模具，显著提高工模具的使用寿命，生产效率提高，本发明公开的生产工艺生产成本低，能源利用率高，挤制棒成材率达90％以上，并且所得棒材有着优异的综合力学性能，可以达到核电设备与军工的要求。

Description

一种QAl10-5-4铝青铜合金棒材生产工艺
技术领域
本发明涉及有色金属材料加工技术领域，尤其是一种QAl10-5-4铝青铜合金棒材生产工艺。
背景技术
铝青铜QAl10-5-4主要应用于制造高强度耐磨零件和在400℃以下工作的结构件，如齿轮、轴承、圆盘、导向摇臂衬套、飞轮、固定螺帽、接管嘴等，高品质的铝青铜QAl10-5-4还可用于制造核电设施、航空航天、兵器工业、电子工业等领域的关键耐磨耐蚀结构件，还广泛应用于燃料发电厂的涡轮机蒸汽冷凝器制造中。
QAl10－5－4铝青铜因为有相当含量的镍和铁，所以熔点高，熔铸较困难，因合金中有较高的铝含量和很低的蒸汽压，所以在高温下容易吸气氧化，浇铸成形后的铸件经常会产生夹渣、气孔、集中缩孔等缺陷，降低铸件致密性，影响铸件质量；QAl10－5－4铝青铜棒材是一类较难挤压的产品，棒材挤压成形过程中容易出现表面精度差、几何形状发生变化等问题。
发明内容
为了克服现有技术中存在的上述问题，本发明提出如下技术方案。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：1.一种QAl10-5-4铝青铜合金棒材生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
一种QAl10-5-4铝青铜合金棒材生产工艺，包括以下步骤：
(1)配料：按照标准或客户要求进行备料，各元素质量百分比为：Al：9.5-11％wt，Fe：3.5-5.5％wt，Ni：3.5-5.5％wt，废杂铜或紫杂铜：余量，对废杂铜或紫杂铜进行除杂、脱脂等初步常规处理，其中Al以Cu-35％Al中间合金的形式加入；制备稀土熔剂：向以冰晶石、硼砂、炭灰为主要成分的熔剂中加入0.5-1.5％wt的富Ce稀土，得到稀土熔剂。
(2)熔炼：采用中频无芯感应炉熔炼，将Fe、Ni、初步处理后的废杂铜或紫杂铜投入熔炼炉中进行熔化，采用木炭覆盖，待以上原料熔化后，将Cu-35％Al中间合金加入，熔炼温度控制在1200-1250℃，待全部原料熔化成熔体后，将稀土熔剂加入熔体中进行精炼和变质处理。
(3)半连续铸造：在立式半连续铸机上进行铸锭，结晶器内熔体采用33％wt炭灰和67％wt冰晶石覆盖，随结晶器的振动均匀连续撒在熔体表面，撒入的覆盖剂厚度<1mm。
(4)热挤压：采用挤压锭加热炉对挤压锭进行加热，挤压锭加热温度控制在780-900℃；采用880T卧式双动挤压机进行挤压，挤出速度控制在30-45mm/s；采用脱皮挤压，压余厚度控制在15-20mm；挤压工模具采用高合金钢做穿孔针，钢结陶瓷材料做挤压模圈，挤压时使用润滑剂。
(5)矫直：采用BJ100型二辊矫直机，通过二辊斜轧的方式进行棒材矫直。
(6)检验包装入库：挤压所得棒材产品经检验合格后包装入库。
上述的QAl10-5-4铝青铜合金棒材生产工艺，所述富Ce稀土中Ce含量为75-95％wt。
上述的QAl10-5-4铝青铜合金棒材生产工艺，所述废杂铜或紫杂铜废料比例可在80％-90％之间。
上述的QAl10-5-4铝青铜合金棒材生产工艺，所述稀土熔剂加入量为20-50kg/吨。
由于目前QAl10－5－4铝青铜管、棒材产品主要以挤压态供货，因此尚无热处理工序。
本发明的有益效果是，(1)以废杂铜为主要原料生产高质量铜，成本较低，能源利用率高；(2)采用中频无芯感应炉熔炼，因无需像有芯感应炉一样留底料，所以显著节约电能，也有利于提高炉子的使用寿命；采用“一炉一铸次”的方式实施熔铸生产，既可提高生产效率，又便于洗炉和更换合金，灵活机动，尤其有利于小批量铜合金的熔铸生产；(3)在铜熔体中加入适量稀土元素可达到除气、除渣、净化熔体、细化晶粒和微合金化作用，可有效改善组织，提高综合性能，为后续加工创造有利条件；(4)覆盖剂中的冰晶石使熔体表面的Al2O3膜溶解，显著提高熔体表面的流动性，从而避免Al2O3在结晶器内壁附近聚集结渣，并折入铸锭表层，形成夹杂和冷隔缺陷；同时加入的炭灰可减少熔体与空气的接触，并随熔体表面金属流入结晶器内壁后可起到润滑作用，从而明显提高铸锭内部质量和表面质量，使铝青铜铸锭综合成材率提高20-30％；(5)对挤压工艺进行优化，采用此挤压工艺，可保证QAl10－5－4铝青铜棒材的稳定挤压成形，挤制棒成材率达90％以上；(6)采用此种材料的挤压工模具，显著提高工模具的使用寿命，寿命达到3000-5000次，显著提高了生产效率，并且通过减少粘模、裂纹等缺陷，提高了挤制产品的表面质量。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为实施例1铸造组织电镜图；
图2为对比例2铸造组织电镜图；
图3为实施例1铸锭车皮后外观图；
图4为对比例1铸锭车皮后外观图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。
【实施例1】
一种QAl10-5-4铝青铜合金棒材生产工艺，包括以下步骤：
(1)配料：按照标准或客户要求进行备料，各元素质量百分比为：Al：9.5-11％wt，Fe：3.5-5.5％wt，Ni：3.5-5.5％wt，废杂铜或紫杂铜：余量，对废杂铜或紫杂铜进行除杂、脱脂等初步常规处理，其中Al以Cu-35％Al中间合金的形式加入；制备稀土熔剂：向以冰晶石、硼砂、炭灰为主要成分的熔剂中加入0.5-1.5％wt的富Ce稀土，得到稀土熔剂。
(2)熔炼：采用中频无芯感应炉熔炼，将Fe、Ni、初步处理后的废杂铜或紫杂铜投入熔炼炉中进行熔化，采用木炭覆盖，待以上原料熔化后，将Cu-35％Al中间合金加入，熔炼温度控制在1200-1250℃，待全部原料熔化成熔体后，将稀土熔剂加入熔体中进行精炼和变质处理。
(3)半连续铸造：在立式半连续铸机上进行铸锭，结晶器内熔体采用33％wt炭灰和67％wt冰晶石覆盖，随结晶器的振动均匀连续撒在熔体表面，撒入的覆盖剂厚度<1mm。
(4)热挤压：采用挤压锭加热炉对挤压锭进行加热，挤压锭加热温度控制在780-900℃；采用880T卧式双动挤压机进行挤压，挤出速度控制在30-45mm/s；采用脱皮挤压，压余厚度控制在15-20mm；挤压工模具采用高合金钢做穿孔针，钢结陶瓷材料做挤压模圈，挤压时使用润滑剂。
(5)矫直：采用BJ100型二辊矫直机，通过二辊斜轧的方式进行棒材矫直。
(6)检验包装入库：挤压所得棒材产品经检验合格后包装入库。
进一步的，所述富Ce稀土中Ce含量为75-95％wt。
进一步的，所述废杂铜或紫杂铜废料比例可在80％-90％之间。
进一步的，所述稀土熔剂加入量为20-50kg/吨。
【对比例1】
对比例1中棒材生产工艺，半连续铸造时，结晶器内结晶器内熔体采用炭灰、冰晶石和硼砂覆盖，随结晶器的振动均匀连续撒在熔体表面，撒入的覆盖剂厚度20-30mm，其他工艺与实施例1相同。
【对比例2】
(1)配料：按照标准或客户要求进行备料，各元素质量百分比为：Al：9.5-11％wt，Fe：3.5-5.5％wt，Ni：3.5-5.5％wt，废杂铜或紫杂铜：余量，对废杂铜或紫杂铜进行除杂、脱脂等初步常规处理，其中Al以Cu-35％Al中间合金的形式加入。
(2)熔炼：采用中频无芯感应炉熔炼，将Fe、Ni、Cu投入熔炼炉中进行熔化，采用木炭覆盖，待以上原料熔化后，将Cu-35％Al中间合金加入，熔炼温度控制在1200-1250℃，待全部原料熔化成熔体后，加入普通精炼剂进行精炼和变质处理。
(3)半连续铸造：在立式半连续铸机上进行铸锭，结晶器内熔体采用33％wt炭灰和67％wt冰晶石覆盖，随结晶器的振动均匀连续撒在熔体表面，撒入的覆盖剂厚度<1mm。
(4)热挤压：采用挤压锭加热炉对挤压锭进行加热，挤压锭加热温度控制在780-900℃；采用880T卧式双动挤压机进行挤压，挤出速度控制在30-45mm/s；采用脱皮挤压，压余厚度控制在15-20mm；挤压工模具采用高合金钢做穿孔针，钢结陶瓷材料做挤压模圈，挤压时使用润滑剂。
(5)矫直：采用BJ100型二辊矫直机，通过二辊斜轧的方式进行棒材矫直。
(6)检验包装入库：挤压所得棒材产品经检验合格后包装入库。
进一步的，所述废杂铜或紫杂铜废料比例可在80％-90％之间。
对实施例1、对比例1及对比例2进行力学性能测试，所得到的测试结果如下表：
Figure BDA0002643456470000061
根据实施例1和对比例1的力学性能测试结果及附图3和附图4可以看出，采用稀薄方法加入适量的“冰晶石+炭灰”覆盖剂，能有效地减少铸锭表层的夹渣缺陷，从而提高铸锭的质量和成材率；此外这种加入稀薄方法并没有完全遮盖熔体，使工人可直接观察到结晶器内液面水平，因此便于工人的控流操作，使铝青铜铸锭综合成材率提高20-30％。
根据实施例1和对比例2的力学性能测试结果结合附图1和附图2可以看出，经过稀土复合变质处理的铸锭组织明显细化，且组织中的杂质和疏松也显著减少，合金致密性提高；结合其它分析检测，表明：在QAl10－5－4铝青铜熔体中加入适量稀土，能明显改善合金组织，减低有害杂质的作用，并且形成由Cu、Ce、Al等元素组成的第二相化合物，弥散分布在晶界或晶内；杂质的减低和组织细化又可有效提高合金的热加工塑性，有利于后续的挤压成形；根据稀土对铝青铜力学性能影响的相关试验结果，Ce在合金中的理想含量为0.01-0.05％wt。
以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种QAl10-5-4铝青铜合金棒材生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)配料：按照标准或客户要求进行备料，各元素质量百分比为：Al：9.5-11％wt，Fe：3.5-5.5％wt，Ni：3.5-5.5％wt，废杂铜或紫杂铜：余量，对废杂铜或紫杂铜进行除杂、脱脂等初步常规处理，其中Al以Cu-35％Al中间合金的形式加入；制备稀土熔剂：向以冰晶石、硼砂、炭灰为主要成分的熔剂中加入0.5-1.5％wt的富Ce稀土，得到稀土熔剂。
(2)熔炼：采用中频无芯感应炉熔炼，将Fe、Ni、初步处理后的废杂铜或紫杂铜投入熔炼炉中进行熔化，采用木炭覆盖，待以上原料熔化后，将Cu-35％Al中间合金加入，熔炼温度控制在1200-1250℃，待全部原料熔化成熔体后，将稀土熔剂加入熔体中进行精炼和变质处理。
(3)半连续铸造：在立式半连续铸机上进行铸锭，结晶器内熔体采用33％wt炭灰和67％wt冰晶石覆盖，随结晶器的振动均匀连续撒在熔体表面，撒入的覆盖剂厚度<1mm。
(4)热挤压：采用挤压锭加热炉对挤压锭进行加热，挤压锭加热温度控制在780-900℃；采用880T卧式双动挤压机进行挤压，挤出速度控制在30-45mm/s；采用脱皮挤压，压余厚度控制在15-20mm；挤压工模具采用高合金钢做穿孔针，钢结陶瓷材料做挤压模圈，挤压时使用润滑剂。
(5)矫直：采用BJ100型二辊矫直机，通过二辊斜轧的方式进行棒材矫直。
(6)检验包装入库：挤压所得棒材产品经检验合格后包装入库。
2.根据权利要求1所述的QAl10-5-4铝青铜合金棒材生产工艺，其特征在于，所述富Ce稀土中Ce含量为75-95％wt。
3.根据权利要求1所述的QAl10-5-4铝青铜合金棒材生产工艺，其特征在于，所述废杂铜或紫杂铜废料比例可在80％-90％之间。
4.根据权利要求1所述的QAl10-5-4铝青铜合金棒材生产工艺，其特征在于，所述稀土熔剂加入量为20-50kg/吨。
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