[發(fā)明專利]一種鋅基合金異形管材的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110407645.3
• 申請日: 2011-12-09
• 公開（公告）號: CN103157692A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭勝利
• 申請（專利權(quán)）人: 北京有色金屬研究總院
• 主分類號: B21C37/06
• 分類號: B21C37/06;C22F1/16
• 代理公司: 北京北新智誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11100
• 代理人: 劉徐紅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋅基合金異形管材的制備方法，屬于有色金屬加工成形領(lǐng)域。

背景技術(shù)

銅及銅合金作為重要的原材料，在電力、電子、通訊、航空、航天、交通等領(lǐng)域廣泛地應(yīng)用。隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，我國已成為世界銅資源消費第一大國，但我國的銅資源十分貧乏，近年來自給率嚴(yán)重不足，已影響到我國銅工業(yè)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展。因此，研究開發(fā)其它新型金屬材料來替代銅合金材料、節(jié)約銅資源，已迫在眉睫。

鋅的礦物儲量、產(chǎn)量和用量在有色金屬中僅次于鋁和銅。我國鋅資源非常豐富，鋅基合金制備工藝簡單，能耗低，污染小。高性能鋅合金材料具有比重輕（約6噸/m³，而鉛黃銅約8.3噸/m³）、強度適中、硬度高、成本低的特點。其強度、硬度、摩擦等性能與銅合金相近。因此，研究開發(fā)新型鋅合金，以廉價的鋅代替昂貴的銅是一種較為理想的選擇，也是緩解國內(nèi)銅資源緊張的最有前途的解決方法，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。

鋅合金異形管材主要用于通訊連接器、制筆、衛(wèi)浴和五金等行業(yè)，替代部分黃銅異形管材。目前，鋅合金異形管材主要通過鋅合金的實心型材機加工制造，存在材料利用率低，成本高，生產(chǎn)效率低等問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于解決鋅基合金異形管材的制備加工技術(shù)中存在的問題，提供一種短流程、低成本的鋅基合金異形管材的制備加工新方法。本發(fā)明以Zn-Al系列、Zn-Cu系列等鋅合金為研究對象，采用分流組合模熱擠壓，制備出近終尺寸的異形管材，或直接生產(chǎn)管壁較厚的異形管材。擠壓異形管坯經(jīng)固定短芯桿拉拔，獲得成品異形管材。鋅合金鑄錠的柱狀晶和樹枝晶在熱擠壓過程中被破碎，組織得到細(xì)化，顯著提高材料的綜合性能。利用該方法制備鋅合金異形管材具有工序少，流程短，生產(chǎn)效率高，成本低等優(yōu)點。制備的鋅合金異形管材可替代部分黃銅異形管材。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：

一種鋅基合金異形管材的制備方法，包括如下步驟：

（1）將半連鑄鋅合金鑄錠，機加工后，在Gleeble熱模擬試驗機上進(jìn)行高溫壓縮試驗，建立鋅合金的本構(gòu)方程和加工圖，獲得鋅合金適宜加工的變形條件；

（2）在鋅合金適宜加工的變形條件下，選擇熱擠壓工藝參數(shù)；根據(jù)異形管材的尺寸，初步設(shè)計分流組合模；然后采用有限元數(shù)值模擬優(yōu)化設(shè)計分流組合模的結(jié)構(gòu)和擠壓工藝；

（3）將半連鑄鋅合金鑄錠在感應(yīng)爐中加熱，采用步驟（2）優(yōu)化的分流組合模和擠壓工藝進(jìn)行擠壓，獲得近終尺寸的異形管坯或成品尺寸的異形管材；

（4）將步驟（3）所得的異形管坯進(jìn)行固定短芯桿拉拔，獲得成品尺寸的異形管材；

（5）將步驟（4）所得的異形管材進(jìn)行清洗和熱處理；

（6）然后進(jìn)行矯直，獲得成品管材。

一種優(yōu)選的技術(shù)方案，其特征在于：所述的鋅合金為Zn-Al系列、Zn-Cu系列等鋅合金。

一種優(yōu)選的技術(shù)方案，其特征在于：?所述的鋅合金為Zn-Al-Cu系列或Zn-Cu-Ti系列鋅合金，Zn-Al-Cu系列鋅合金中Al的含量為2～20?wt.%，Cu的含量為0.1～2?wt.%；Zn-Cu-Ti系列鋅合金中Cu的含量為0.1～4?wt.%，Ti的含量為0.1～2?wt.%。

一種優(yōu)選的技術(shù)方案，其特征在于：步驟（1）中所述的高溫壓縮試驗中，高溫壓縮的溫度范圍為200～420℃，溫度間隔為40℃，應(yīng)變速率范圍為0.001～10s^-1；所述的適宜加工的變形條件為熱加工溫度范圍為200～380℃，應(yīng)變速率范圍為0.01～5s^-1。

步驟（2）中采用有限元數(shù)值模擬優(yōu)化設(shè)計分流組合模結(jié)構(gòu)和擠壓工藝，為分析擠壓工藝參數(shù)和模具結(jié)構(gòu)對鋅合金擠壓溫度場、應(yīng)力場以及應(yīng)變速率場等相關(guān)場量梯度分布的影響，以及對變形均勻性和擠壓出口溫度的影響規(guī)律，在此基礎(chǔ)上確定合理的擠壓工藝參數(shù)和模具結(jié)構(gòu)。

一種優(yōu)選的技術(shù)方案，其特征在于：步驟（2）中所述的分流組合模的分流孔數(shù)為三孔、四孔或六孔，分流橋結(jié)構(gòu)為固定式分流橋，分流橋截面形狀為矩形和水滴形。

一種優(yōu)選的技術(shù)方案，其特征在于：步驟（2）中優(yōu)化的擠壓工藝為：擠壓比為20～60，擠壓溫度為220～380℃，擠壓速度為1mm/s～15mm/s，模具預(yù)熱溫度為180～380℃。

一種優(yōu)選的技術(shù)方案，其特征在于：步驟（3）中所述的擠壓工藝參數(shù)和分流組合模結(jié)構(gòu)，為步驟（2）優(yōu)化的擠壓工藝參數(shù)和模具結(jié)構(gòu)。