一種高性能大尺寸鈹銅管材的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高性能大尺寸鈹銅管材的制備方法，包括步驟：鈹銅的鑄錠、對(duì)上述鑄錠進(jìn)行均勻化熱處理、鉆孔、開坯、對(duì)上述擠壓開坯后的管坯進(jìn)行淬火熱處理、表面加工、軋制、矯直、時(shí)效熱處理、表面鈍化處理、無(wú)損探傷、壁厚測(cè)定等工藝。采用本工藝生產(chǎn)的鈹銅管材具有成材率和材料利用率高，最終得到的鈹銅管材的抗拉強(qiáng)度在1280～1420MPa之間，延伸率在3%～5%之間，表面硬度在HRC38～42之間，晶粒度在7～10μm之間，大大高于現(xiàn)有技術(shù)的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)；利用本技術(shù)可加工的鈹銅管材長(zhǎng)度尺寸可達(dá)4000毫米，內(nèi)外管徑及管壁厚度的尺寸精度可達(dá)±0.2毫米/米以下。
【專利說(shuō)明】一種高性能大尺寸鈹銅管材的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種管材加工方法，特別是一種高性能大尺寸鈹銅管材的制備方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]鈹銅合金是一種析出硬化型合金，它是機(jī)械性能、物理性能、化學(xué)性能及抗蝕性能良好結(jié)合的唯一有色合金，具有高強(qiáng)度、高硬度、高導(dǎo)電性、高彈性、耐磨、耐疲勞、抗腐蝕性及彈性滯后小等特點(diǎn)，還具有良好的鑄造性能、非磁性和沖擊時(shí)無(wú)火花放電性能。
[0003]由于鈹銅合金具備許多優(yōu)異性能，它的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，已經(jīng)成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中不可缺少的重要工業(yè)材料。國(guó)外鈹銅合金主要應(yīng)用于汽車電器制造、計(jì)算機(jī)和電訊行業(yè)。此外，鈹銅合金在航空航天、電子儀器、海底電纜、家用電器、機(jī)械、石油、煤炭等行業(yè)也有著廣泛的應(yīng)用。
[0004]鈹銅的顯微組織均勻性和晶粒度大小是決定鈹銅管材性能的重要參數(shù)。平均晶粒度越細(xì)小均勻，越有利于提高鈹銅產(chǎn)品的機(jī)械性能和表面耐磨性能，同時(shí)可以保證鈹銅管材尤其是大尺寸管材的變形均勻性，最終可以獲得高性能、高精度和大尺寸的管材產(chǎn)品。
[0005]然而，由于鈹?shù)囊恍┨匦裕阢~中加入少量鈹后，與常規(guī)銅合金(如紫銅、黃銅等)相比其性質(zhì)發(fā)生巨大改變，具體表現(xiàn)為硬態(tài)效應(yīng)明顯，非常難以軋制或擠壓加工，熱處理工藝控制極為敏感。如果控制稍微不當(dāng)，就會(huì)造成加工或熱處理過(guò)程中的管材嚴(yán)重變形，這樣只有通過(guò)加大壁厚尺寸，最后通過(guò)機(jī)械加工的辦法車削至最終尺寸，以保證精度要求。
[0006]鈹銅管材的制備方法主要是典型的鑄坯擠壓法和軋制法，同時(shí)結(jié)合淬火和時(shí)效熱處理工藝。通過(guò)此工藝可以獲得各種性能和尺寸的鈹銅管材，如《鈹銅管的制造方法》，專利申請(qǐng)?zhí)?00410084660.9 、《一種鈹青銅合金及管材》，專利申請(qǐng)?zhí)?01010144758.4，但這些專利基本上都是制備一些抗拉強(qiáng)度500MPa左右的典型性能和長(zhǎng)度在I米以下的常規(guī)尺寸的鈹銅管材。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種采用嚴(yán)密的組合工藝技術(shù)，精確控制加工工藝以及工序間的熱處理工藝，控制鈹銅微觀金相組織結(jié)構(gòu)的均勻性和晶粒細(xì)小的一種高性能大尺寸鈹銅管材的制備方法。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)方案，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種高性能大尺寸鈹銅管材的制備方法，包括步驟:
a)鈹銅的鑄錠:按鈹銅管材要求的成分，將鈹銅母合金錠和高純電解銅錠及其它微量元素加入真空熔煉爐中，抽真空，加熱至熔化后，攪拌使合金熔液充分脫氣并使合金中各成分均勻，保溫20?40分鐘，然后在真空爐內(nèi)澆注，冷卻至室溫后，將鑄錠從真空熔煉爐中取出；
b)對(duì)上述鑄錠進(jìn)行均勻化熱處理，使鑄錠內(nèi)部組織均勻化；
c)鉆孔、開坯:對(duì)上述均勻化熱處理后的鑄錠表面進(jìn)行機(jī)械加工，將鑄錠表面車成規(guī)整的圓柱狀、兩端車平，然后在鑄錠中心鉆通孔后擠壓開坯；
d)對(duì)上述擠壓開坯后的管坯進(jìn)行淬火熱處理；
e)表面加工:對(duì)淬火熱處理后毛坯外圓表面車削，以提高其外圓表面的光潔度，然后采用超聲清洗加工后的毛坯，獲得清潔的坯錠表面；
f)軋制:對(duì)上述管坯進(jìn)行冷軋至產(chǎn)品要求的尺寸；
g)使用矯直機(jī)對(duì)上述鈹銅管進(jìn)行矯直，滿足產(chǎn)品的彎曲度的要求；
h)對(duì)矯直后的鈹銅管材進(jìn)行時(shí)效熱處理；
i)對(duì)熱處理后的鈹銅管材表面鈍化處理，以防止表面氧化。
[0009]j)最后對(duì)產(chǎn)品管材進(jìn)行無(wú)損探傷、壁厚測(cè)定合格的為最終產(chǎn)品。
[0010]上述步驟a)中的真空熔煉爐為真空感應(yīng)電爐，真空度達(dá)到IXKT3Pa以上，加熱至熔化溫度為980?1120°C，攪拌裝置為磁力攪拌裝置。
[0011]上述步驟b)的均勻化熱處理是將鑄錠放入真空爐中，充入氮?dú)饧訜嶂?80?480°C，加熱速率為10°C /分鐘，保溫2小時(shí)后自然冷卻至室溫。
[0012]上述步驟c)的開坯工藝中，擠壓開坯的速度為0.2?0.5米/分鐘，擠壓比2:1?3:1。
[0013]上述所述步驟d)的淬火處理為:將擠壓開坯后的管坯加熱至740?820°C，保溫2小時(shí)，然后置入水槽中進(jìn)行淬火熱處理，水槽中的水溫保持在30?50°C之間。
`[0014]上述步驟f )的軋制使用四輥軋機(jī)對(duì)坯料進(jìn)行冷軋；軋制進(jìn)料量3?7毫米/次，第一道次加工率為20%?25%，第二道次加工率為16%?18%，道次之間對(duì)軋制的鈹銅管進(jìn)行淬火處理，兩次淬火間道次加工率不超過(guò)50%。
[0015]上述步驟h)的時(shí)效處理是采用帶機(jī)械抽真空(真空度IXl(T1Pa)的臺(tái)車爐，時(shí)效溫度保持在280?360°C之間，保溫2?4小時(shí)，時(shí)效期間充入氮?dú)獗Ｗo(hù)管材表面，時(shí)效處理
完畢空冷至室溫。
[0016]上述步驟i)的鈍化處理是將鈹銅管材放置在處理液中浸泡4?6分鐘即可；處理液是由重量百分比濃度為75%重鉻酸鈉的水溶液。
[0017]本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下特點(diǎn):1、通過(guò)鈹銅的鑄錠、對(duì)鑄錠進(jìn)行均勻化熱處理和鉆孔、開坯等工藝，進(jìn)行冷軋至產(chǎn)品要求的尺寸，大大提高了成材率和材料利用率；2、在鈹銅管的制備工藝中，在不同的工藝階段加入不同的熱處理工藝，最終得到的鈹銅管材的抗拉強(qiáng)度在1280?1420MPa之間，延伸率在3%?5%之間，表面硬度在HRC38?42之間，晶粒度在7?10 μ m之間,大大聞?dòng)诂F(xiàn)有技術(shù)的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)；3、利用本技術(shù)可加工的被銅管材長(zhǎng)度尺寸可達(dá)4000毫米，內(nèi)外管徑及管壁厚度的尺寸精度可達(dá)±0.2毫米/米以下，高于現(xiàn)有技術(shù)的±0.4毫米/米。
【具體實(shí)施方式】
[0018]實(shí)施例1:
a)根據(jù)鈹銅管材的成分要求，配比鈹銅母合金錠和高純電解銅錠，然后將混合料放入石墨坩堝中，將盛料坩堝置于真空熔煉爐中，關(guān)閉爐門抽真空，緩慢升溫加熱，直至熔化。抽真空的真空度在lX10_3Pa以上，加熱溫度為980°C后，石墨坩堝中的鈹銅合金熔化后，啟動(dòng)磁力攪拌，使溶液充分脫氣并合金預(yù)均勻化。然后保溫40分鐘后，開始在真空爐內(nèi)澆注。澆注采用傾斜頂澆注方式，這樣可使?jié)沧⑺俣染鶆蚩煽亍沧⑼瓿珊?，斷電降溫，使鑄錠冷卻至室溫，打開爐門，取出坩堝和鑄錠，并清理鑄錠表面；
b)對(duì)冷卻后的鑄錠進(jìn)行均勻化熱處理。將鑄錠放入帶機(jī)械泵的真空爐中緩慢加熱至480°C，保溫時(shí)間為2小時(shí)，然后自然冷卻至室溫；
c)對(duì)上述均勻化熱處理后的鑄錠表面進(jìn)行機(jī)械加工，即將鑄錠表面車成規(guī)整的圓柱狀、兩端車平，然后在鑄錠中心鉆通孔后擠壓開坯，孔徑尺寸可根據(jù)最終產(chǎn)品尺寸確定，擠壓開坯的速度為0.2米/分鐘，擠壓比2:1;
d)對(duì)擠壓開坯后的管坯進(jìn)行淬火處理；將擠壓開坯后的管坯加熱至740°C，保溫2小時(shí)，然后置入水槽中進(jìn)行淬火處理，水槽中的水溫保持在30°C左右。通過(guò)水冷淬火處理，可使管坯得到后續(xù)軋制所要求的金相組織；
e)對(duì)上述淬火處理后管坯外圓表面加工至表面粗糙度Ra小于6.3后，采用超聲清洗加工后的毛坯，獲得清潔的坯錠表面；
f )開始坯料的冷態(tài)軋制，軋制使用四輥軋機(jī)，以保證軋制的精度。軋制進(jìn)料量3毫米/次，第一道次加工率為20%，第二道次加工率為16%，道次之間對(duì)軋制的鈹銅管進(jìn)行淬火處理，淬火處理的方式與上述步驟d相同。兩次淬火間道次加工率不超過(guò)50%。經(jīng)過(guò)以上各工序的工藝控制，最終軋制到產(chǎn)品要求的尺寸；
g)軋制完畢后，根據(jù)需要，使用九輥矯直機(jī)對(duì)鈹銅管進(jìn)行矯直，以滿足產(chǎn)品的彎曲度的要求；
h)對(duì)成品管材進(jìn)行最終時(shí)效處理:時(shí)效 處理是采用帶機(jī)械抽空的臺(tái)車爐，時(shí)效溫度保持在360°C左右，保溫2小時(shí)，時(shí)效期間充入氮?dú)獗Ｗo(hù)管材表面，時(shí)效處理完畢空冷至室溫；
i)冷卻后，對(duì)鈹銅管材進(jìn)行表面鈍化處理，以防止表面氧化。將鈹銅管材放置于盛有75%重鉻酸鈉的水溶液池中，浸泡4分鐘左右，取出后用酒精擦拭干凈；
j)最后對(duì)產(chǎn)品管材進(jìn)行無(wú)損探傷檢測(cè)，觀察內(nèi)部是否存在缺陷，同時(shí)進(jìn)行壁厚檢測(cè)，合格的為最終廣品。
[0019]實(shí)施例2:
在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，改變的工藝條件如下:
a)加熱溫度為1120。。；
b)緩慢加熱至380°C；
c)擠壓開坯的速度為0.5米/分鐘，擠壓比3:1;
d)將擠壓開坯后的管坯加熱至820°C，水槽中的水溫保持在50°C左右；
f)軋制進(jìn)料量7毫米/次，第一道次加工率為25%，第二道次加工率為18%；
h)時(shí)效溫度保持在280°C左右；
i)浸泡6分鐘左右，取出后用酒精擦拭干凈。
[0020]實(shí)施例3:
在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，改變的工藝條件如下:
a)加熱溫度為10800C；
b)緩慢加熱至430°C；
c)擠壓開坯的速度為0.3米/分鐘，擠壓比2.5:1 ;
d)將擠壓開坯后的管坯加熱至780°C，水槽中的水溫保持在40°C左右；f)軋制進(jìn)料量5毫米/次，第一道次加工率為22%，第二道次加工率為17% ；
h)時(shí)效溫度保持在320°C左右；
i)浸泡5分鐘左右，取出后用酒精擦拭干凈。
[0021]在上述實(shí)施例中，最終得到的鈹銅管材的長(zhǎng)度尺寸為4000毫米，內(nèi)外管徑及管壁厚度的尺寸精度可達(dá)±0.2毫米/米以下，鈹銅管材的抗拉強(qiáng)度在1280?1420MPa之間，延伸率在3%?5%之間，表面硬度在HRC38?42之間，晶粒度在7?10 μ m之間，大大高于現(xiàn)有技術(shù)的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。
[0022]在上述實(shí)施例中，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的專業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，也可對(duì)本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修改，這些改進(jìn)和修改也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范 圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種高性能大尺寸鈹銅管材的制備方法，包括步驟: a)鈹銅的鑄錠:按鈹銅管材要求的成分，將鈹銅母合金錠和高純電解銅錠及其它微量元素加入真空熔煉爐中，抽真空，加熱至熔化后，攪拌使合金熔液充分脫氣并使合金中各成分均勻，保溫20?40分鐘，然后在真空爐內(nèi)澆注，冷卻至室溫后，將鑄錠從真空熔煉爐中取出； b)對(duì)上述鑄錠進(jìn)行均勻化熱處理，使鑄錠內(nèi)部組織均勻化； c)鉆孔、開坯:對(duì)上述均勻化熱處理后的鑄錠表面進(jìn)行機(jī)械加工，將鑄錠表面車成規(guī)整的圓柱狀、兩端車平，然后在鑄錠中心鉆通孔后擠壓開坯； d)對(duì)上述擠壓開坯后的管坯進(jìn)行淬火熱處理； e)表面加工:對(duì)淬火熱處理后毛坯外圓表面車削，以提高其外圓表面的光潔度，然后采用超聲清洗加工后的毛坯，獲得清潔的坯錠表面； f)軋制:對(duì)上述管坯進(jìn)行冷軋至產(chǎn)品要求的尺寸； g)使用矯直機(jī)對(duì)上述鈹銅管進(jìn)行矯直，滿足產(chǎn)品的彎曲度的要求； h)對(duì)矯直后的鈹銅管材進(jìn)行時(shí)效熱處理； i)對(duì)熱處理后的鈹銅管材表面鈍化處理，以防止表面氧化； j)最后對(duì)產(chǎn)品管材進(jìn)行無(wú)損探傷、壁厚測(cè)定合格的為最終產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高性能大尺寸鈹銅管材的制備方法，其特征在于上述步驟a)中的真空熔煉爐為真空感應(yīng)電爐，真空度達(dá)到IXKT3Pa以上，加熱至熔化溫度為980?1120°C，攪拌裝置為磁力`攪拌裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高性能大尺寸鈹銅管材的制備方法，其特征在于上述步驟b)的均勻化熱處理是將鑄錠放入真空爐中，充入氮?dú)饧訜嶂?80?480°C，加熱速率為IO0C /分鐘，保溫2小時(shí)后自然冷卻至室溫。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高性能大尺寸鈹銅管材的制備方法，其特征在于上述步驟c)的開坯工藝中，擠壓開坯的速度為0.2?0.5米/分鐘，擠壓比2:1?3:1。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高性能大尺寸鈹銅管材的制備方法，其特征在于上述所述步驟d)的淬火處理為:將擠壓開坯后的管坯加熱至740?820°C，保溫2小時(shí)，然后置入水槽中進(jìn)行淬火熱處理，水槽中的水溫保持在30?50°C之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高性能大尺寸鈹銅管材的制備方法，其特征在于上述步驟f)的軋制使用四輥軋機(jī)對(duì)坯料進(jìn)行冷軋；軋制進(jìn)料量3?7毫米/次，第一道次加工率為20%?25%，第二道次加工率為16%?18%，道次之間對(duì)軋制的鈹銅管進(jìn)行淬火處理，兩次淬火間道次加工率不超過(guò)50%。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種高性能大尺寸鈹銅管材的制備方法，其特征在于上述步驟h)的時(shí)效處理是采用帶機(jī)械抽真空(真空度I X I(T1Pa)的臺(tái)車爐，時(shí)效溫度保持在280?360°C之間，保溫2?4小時(shí)，時(shí)效期間充入氮?dú)獗Ｗo(hù)管材表面，時(shí)效處理完畢空冷至室溫。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種高性能大尺寸鈹銅管材的制備方法，其特征在于上述步驟i)的鈍化處理是將鈹銅管材放置在處理液中浸泡4?6分鐘即可；處理液是由重量百分比濃度為75%重鉻酸鈉的水溶液。
【文檔編號(hào)】C22F1/08GK103436830SQ201310360743
【公開日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年8月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月19日
【發(fā)明者】趙皓, 舒永春, 鄧鐵明 申請(qǐng)人:寧夏新和新材科技有限公司