铜及其合金的现代加工方法
2019-02-14 10:39:39
一、概 述 铜及铜合金产品有: 铸造产品, 压力加工产品, 后者又可分为板、带、管、棒、线、条、箔、型材、粉末制品等多种形式; 铜及铜合金出产技能首要是指合金熔炼、铸锭、压力加工以及特殊工艺等. 近半个世纪以来, 铜加工技能得到了敏捷的开展, 铜加工业现已高度主动化, 成为现代化大工业的重要组成部分, 其间严重的技能进步有: 感应电炉熔炼、半接连铸造、卧式连铸、上引连铸、连铸连轧、板带材卷式出产法、盘管位伸、无氧化退火等等, 这些技能进步使出产工艺流程缩短、耗费下降、产品质量安稳、经济效益进步,就铜加工技能开展方向而言, 往后将沿着习惯产品高、精优、尖要求的方向开展, 不断地引入和开发高精技能, 进一步缩短传统的出产工艺流程, 进一步进步产品的制品率和产品质量, 下降各种耗费; 对那些广泛运用的产品,应不断地树立专业化出产线, 而对小批量、多种类的产品, 将树立习惯性更强的出产办法, 关于特种材料的出产技能, 将向跨学科的技能方向开展. 二、合金熔炼与铸锭 1.真空熔炼与铸锭 铜合金真空熔炼首要用于出产电真空无氧铜、镍合金、含有易氧化烧损元素的铜合金, 如铜锆合金, 真空熔炼能够除掉铜中有害元素如砷、锑、铋、磷等元素, 电真空无氧铜的铜含量可达99.99%, 氧含量小于3PPM; 在真空熔炼合金的进程中, 还能够充氩气, 以削减金属的损耗. 我国自产真空炉容量为10~1000千元, 在真空室内单模铸造, 铸模为铁模、酸性或碱性捣制坩锅、石墨坩锅等. 高强高导电铜-铬-锆-镁合金一般均选用真空熔炼, 锆含量可达0.2~0.4%, 其工艺为:电铜+铜铬合金→合炉、抽真空, 真空度6X10PA-熔化, 铜液温度1250~1300摄式度→磷铜才、镁铜脱氧→充氩气, 参加铜锆中间合金和铜镁中间合金→生铁模浇注. 国外用于铜合金真空熔炼的熔炉可达1.5升容量, 在真空室中可多模铸锭, 接连推锭至真空室外, 真空半连铸造、真空卧式连铸也开端运用, 德国莱宝公司所出产的真空感应炉配有主动加料、主动捣料、主动测温等设备. 跟着电子工业开展,我国电真空无尚不能满意其纯度和质量要求,其间含铜99.99%,含氧量小于3PPM的无氧铜,有必要在真空条件下出产;此外,钢铁卧式连铸结晶器用铜-铬-锆-镁合金的需求量添加,铸件规格要求295~500毫米, 因而大容量真空感应炉及熔炼技能开展更显重要. 2.非真空感应熔炼、半接连铸造感应熔炼炉又有低频、高频、有铁芯、无铁芯之分,无铁芯感应炉适用于杂乱合金出产, 有铁芯感应熔炼炉用于单一种类大批量铜及合金铸锭出产. 在熔炼铸造技能中广泛选用--维护、新式掩盖剂和熔剂, 电磁铸造、熔过滤技能也开端试用; 我国感应熔炼炉的容量从150千克至10吨,熔炼炉与保温炉联合炉组,一为熔炼,一为精粹和向半连铸机供注, 具有较高的出产效益率和杰出的密封功能, 能够出产普通电真空用无氧铜和集成电路引线结构用合金锭, 铸锭规格可达170X640X4800毫米,单重达7吨之多;国外最大感应熔炼炉组中遍及配有液面主动操控、主动测温、主动测氧、测氢设备. [next] 3.非真空感应熔炼、卧式接连铸造 卧式接连铸造技能近叁十年来有巨大的开展,首要表现为: 卧式连铸供带材出产的卷坯,能够直接进行冷轧,运用最广泛的是卧式连铸锡磷青铜,卷坯,宽度200-250毫米, 厚度10~15毫米,在卧式连铸的进程中,主动完成卷坯双面铣屑, 铣屑厚度0.4~0.6毫米,意图是去除锡元素的反偏析,我国70年代末以来引入的卧式卷坯接连机组首要是瑞士WERTLI公司2-440MM机组、原西德TECHNICA-GUSS公司1-650MM 机组、奥地利MCTA-THERM公司2X450MM 机组. 卧式接连铸管,供盘管拉伸,省去热揉捏工序,最为成功的比如是卧式连铸加磷脱氧铜90X8.5-105X10毫米管坯,经铣面后送去高速轧管,然后运用盘管出产法,直接出产空调器管. 我国大都工厂还运用小型卧式接连铸造机列出产杂乱合金管棒线坯料,其间运用英国洛同美德式卧式接连铸造组元黄铜管材, 供出产轿车同步器环运用. 4.上引接连铸造 这种办法七十年代芬兰首要运用,能够出产管、棒、线坯料, 我国烟台铜材厂规划与制作的上引紫铜管规格为42X4毫米,直接供空调管出产; 上引机组与Y 型轧机相配合, 完成了铜线杆连铸连轧, 出产6~8毫米亮光铜盘条,替代了铜线杆横列式轧制办法,为专长导线出产打下了根底,在出产高速列车用导线方面具有广泛的运用远景. 上引铸管的功能和内涵质量现已完全能满意空调散热管的要求,山东烟台铜材厂已建成年产8000 铜管车间, 悉数运用上引管坯,管坏的功能和空调管制品功能列入表1.现在广泛运用联炉,一为合金熔炼,一为上引管坯运用, 处理了合金元素均匀分布的技能难题, 使上引合金管坯成为实际. 表1 上引铸管坯的机械功能 管坯规格(MM) 抗拉强度(MPA) 伸长率(%) 40X4 187 51 50X5 186 50 60X5 184 48 70X6 180 48 80X8 181 49 三、板带材现代出产技能 在铜及其合金板带材出产中,手艺作坊式出产已被现代化卷式出产办法所替代,这种办法首要包含有:大铸锭热轧卷坯出产、双面铣屑、高精度轧制、经过式垫退火和维护 氛罩式退火、拉弯矫真、主动剪切等, 在出产中广泛选用微机操控、工艺参数主动记录、压力、张力、辊型主动调量和调整、主动对中、板型操控、在线查看等先进技能; 为完成板带材现代化出产, 八十年代以来, 我国先后引入了一系列先进的四辊带材轧机设备和西德容克公司垫炉. 在板带材产品中, 集成电路用高精度引线结构带材集中反映了这一领域中的技能进步, 其出产工艺为: KFC(99.80%CU-0.05%FE-0.015%P)→铸锭170X620、1070X4-5米、重4-5→煤 加热850-870℃, 微氧化 氛→热轧13MMX650.1070 卷, 纵向厚度误差±0.15MM→双面铣削12.4MM→四辊冷轧机450/直径1070X1250MM 冷轧中轧至1.2MM,纵、横厚度误差±0.02MM→氮维护罩式退火炉480 ℃软化退火→四辊冷轧机 260/ 700X750MM轧机, 板型操控,ESSON60光滑, 加工率15-35%, 制品加工率20-30%→ 垫式退火炉500℃、10-30米/分经过速度→碱洗除油清洗→拉弯矫直,剩余变形小于10I→制品剪切630纵剪制品厚度0.25、0.2、0.15、0.1毫米,宽度≥16MM,长度200-500米,功能6B6390-440MPA、10%4.5-15.5HV115-135,导电率82-90%IACS→包装. 在取得杰出板型产品的出产中, 拉弯矫直技能十分重要, 其作业原理是带材在张力效果下, 经过重复曲折矫直, 在带材横断面上发生不同程度的塑性变形, 而使沿带材断面上的金属延伸趋于均匀共同, 一起带材在遭到替换拉应力和压应力的效果, 使剩余应力得以开释, 拉弯矫直机列一般包含有:前张力辊组,张力丈量辊、多辊矫直机、对中装轩、前后弯曲机列等. [next] 四、管棒线现代出产技能 为习惯管、棒、线多牌号、多品 的需求, 现代出产技能也是多种多样的, 首要有铸造、揉捏---拉伸、挤--轧--拉、盘拉、直线式串拉等, 可是最重要的办法仍然是揉捏--轧管-拉抻出产办法,在出产中运用老练的技能有:铸锭感应加热、水封揉捏、横向移动模座、高速环孔型轧管、游动芯头拉伸、内螺纹管行星模滚轧、舒马格局拉拔与校直、经过式维护--亮光退火等,其间以盘管出产技能开展最为敏捷,这种技能的思路是:增大管坯的单根分量,能够热揉捏,也能够卧式接连铸造,长管坯经过高速冷轧或者是直线式长拉床拉伸,使管材成盘,然后运用园盘拉伸,最后按用户需求的长度精正,也就是改动曩昔落后的直条法出产方式,然后进步管材的制品率和产品质量,完成出产进程的高度主动化;这种办法首要用于加磷铜水道管与空调管的出产,典型出产工艺如下: (1)英国CERRO 黄铜公司: 铸锭 254X560MM→50MN油压机50X2.5MM、70米长管坯→盘拉20X1.0MM制品管; (2) 芬兰奥托昆管,水平接连铸造90X23MM管坯长13000MM→铣面89.4X22.8MM→行星轧机47X2.3MM→盘拉空调管; 上引连铸管坯110X12MM, 长度12000毫米→120度方向铣外表面→皮尔格轧机、47X2.0MM,长157米→在线退火、300米/分→串拉、盘拉、水平卷→亮光退火650℃、1.8小时→合精整→光管、包塑; 为进步空调管散热功能, 管内带有槽的内螺纹管出产技能敏捷开展, 这种材与同规格光管比较, 因为散热面积添加介质破坏了平流状况, 使传热功率进步1.5倍,对流阴力仅添加3-5%, 然后空调器中制冷设备向矮小轻浮方向开展;现在内螺纹空调管出产技能有直拉和园盘拉伸两 办法, 但其关键技能是内螺纹成型, 运用最广泛的办法是在带有沟槽内芯的管材外面,经过高速旋转的行星模滚轧而成,成型进程包含光管整径、内螺纹滚轧、定径空拉等叁部分; 跟着内螺纹管齿形改变, 运用带有沟槽的带材,经氩弧焊接而成螺纹管的出产技能, 正在悄然兴起. 内螺纹管和盘管出产技能,倍受我国铜加工厂商的注重,80年代以来,从国外引入先进的出产技能装备,树立了专业化出产线, 我国空调管出产能力已达4万吨, 基本上满意了空调职业的需求. 五、特殊加工技能 为习惯国民经济和高科技对铜材的多需求,特殊加工技能得到了开展,首要包含有:高精度异型铜带、超薄电解铜箔、内氧化质点强化、多种金属、激光表面强化、半固态成型、异型铸造、微粒子强化质点操控等, 现要点介绍如下: 1.高精度异型铜带 晶体管异型结构用高精度型铜带, 一般为含磷和银的高强高导合金, 断面由厚边和薄边组成, 厚边为1.27毫米, 薄边为0.38毫米, 带宽68毫米, 长度大于200米, 出产办法叁种, 即孔型轧制、铣屑、高速铸造出产异型断面坯料, 然后经高精度轧制, 其技能关键是高精度轧制时, 有必要确保厚边与薄连延伸系数持平, 不然异型带板型不能满意用户需求. 2.内氧化弥散强化无氧铜 电真空器材要求无氧铜, 在930℃气焊时不发生变形,运用合金化的办法很难完成,国内外遍及运用氧化质点弥散强化办法,常用氧化质点AL2O3. 3.大面积 杂断面异型铸造技能 为满意铜工艺品, 特别巨型铜像的缔造, 需求铸造大面积、薄壁异型铜铸件, 铸件面积可达6米平方, 壁板厚度6~10毫米, 运用一般砂型铸造办法很困难的, 近年业国内外遍及选用和开展了树脂砂造型, 熔模铸造, 在金属液 浇入砂型之后, 模型被烧蚀, 为金属熔 所充溢, 具有工艺流程短、铸件表面光洁、艺术形象完美的特色,1997年洛阳铜加工厂研制成功铜--铝--镍--铟系仿金材料, 并运用该合金运用树脂砂熔模技能, 成功的缔造了总高20米, 总重70的"南海观音铜像",经海洋大 露天腐蚀,仍然金光闪灿, 被国外媒 称为国际第一大仿金铜像.