一種黃銅合金的晶粒細(xì)化方法及其裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】一種黃銅合金的晶粒細(xì)化方法，其特征在于步驟：將黃銅合金熔化成熱熔體；將熱熔體通過(guò)澆鑄嘴流入結(jié)晶器；在鑄錠開(kāi)始引出長(zhǎng)度達(dá)到200～300mm時(shí)，將與熱熔體相同成分的黃銅合金粉末、帶材或線材加入熱熔體中，加入的黃銅合金粉末、帶材或線材的量占鑄錠重量的1.0～1.8％。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單、易操作，在鑄錠規(guī)格及拉鑄速度、冷卻水強(qiáng)度不變情況下，通過(guò)添加相同成分的黃銅合金粉末或帶材、線材，起到冷卻作用，增大熔體中心與邊部的溫度梯度，提高熔體過(guò)冷度，熔體中形成大量晶核，增大鑄造形核率，使鑄錠組織明顯細(xì)化；而且在單位時(shí)間內(nèi)相同黃銅合金粉末與熔體重量的比值，以及帶材、線材加入的根數(shù)和位置，可以改變細(xì)化凝固區(qū)域和范圍，可用于黃銅合金的半連續(xù)鑄造。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種黃銅合金的晶粒細(xì)化方法及其裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種銅合金的晶粒細(xì)化方法及其裝置，特別涉及一種黃銅合金的晶粒細(xì)化方法及其裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技的發(fā)展，各領(lǐng)域?qū)︺~合金的組織和性能提出了更高的要求，細(xì)化晶粒是改善材料組織和性能一種有效方法之一，既能提高材料強(qiáng)度，又能提高材料的塑性和韌性；晶粒越細(xì)，單位體積內(nèi)晶粒越多，形變時(shí)同樣的形變量可分散到更多的晶粒中，產(chǎn)生較均勻的形變而不會(huì)造成局部應(yīng)力過(guò)度集中，避免引起裂紋的過(guò)早產(chǎn)生與發(fā)展。然而當(dāng)前，在銅合金鑄造過(guò)程中，往往存在鑄坯晶粒大小不均，結(jié)晶偏析，疏松、縮孔等缺陷，則影響銅合金的性能(如力學(xué)性能、斷口質(zhì)量等)。
[0003]目前細(xì)化銅合金晶粒的常用方法是添加晶粒細(xì)化劑或變質(zhì)劑，前者是通過(guò)增加外來(lái)晶核使晶粒細(xì)化；后者是通過(guò)加入變質(zhì)劑合金的共晶組織形態(tài)或者第二相的形態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)細(xì)化。但是細(xì)化劑或變質(zhì)劑具有時(shí)效性，如澆鑄時(shí)間長(zhǎng)，細(xì)化效果不明顯；如采用有芯工頻爐熔鑄時(shí)，容易使細(xì)化劑或變質(zhì)劑中的雜質(zhì)積累，影響鑄坯質(zhì)量；而且細(xì)化劑或變質(zhì)劑中含有Zr、B等聞溶點(diǎn)金屬兀素，價(jià)格聞，損耗大，生廣成本聞。
[0004]經(jīng)查，現(xiàn)有專(zhuān)利號(hào)為201310261716.2的中國(guó)專(zhuān)利《一種多元多相銅合金的晶粒細(xì)化方法》，其特征在于方法包括以下步驟:(I)將多元多相銅合金熔化，制成過(guò)熱熔體；(2)將制成過(guò)熱熔體澆注到鑄型中；對(duì)鑄型中過(guò)熱熔體進(jìn)行電磁攪拌至合金凝固。它是對(duì)鑄型中的熱熔體進(jìn)行電磁攪拌至合金凝固，可使鑄坯組織細(xì)化和等軸晶范圍比率上升。但對(duì)于厚壁結(jié)晶器，無(wú)法利用磁場(chǎng)對(duì)熔體進(jìn)行攪拌；而且裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如安裝不到位或調(diào)試不好，在批量化生產(chǎn)應(yīng)用時(shí)存在較大的安全生產(chǎn)隱患，冷卻水容易進(jìn)入裝置內(nèi)，引起爆炸。因此需要設(shè)計(jì)出一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作安全的裝置以及黃銅合金的晶粒細(xì)化方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的第一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供一種工藝簡(jiǎn)單、操作方便且細(xì)化效果好的黃銅合金的晶粒細(xì)化方法。
[0006]本發(fā)明所要解決的第二個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便的黃銅合金的晶粒細(xì)化裝置。
[0007]本發(fā)明解決上述第一個(gè)技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為:一種黃銅合金的晶粒細(xì)化方法，其特征在于包括以下步驟:
[0008]I)將黃銅合金熔化，制成熱熔體；
[0009]2)將制成的熱熔體通過(guò)澆鑄嘴流入結(jié)晶器；
[0010]3)在鑄錠開(kāi)始引出長(zhǎng)度達(dá)到200?300mm時(shí)，將與熱熔體相同成分的黃銅合金粉末、帶材或線材加入熱熔體中，加入的黃銅合金粉末、帶材或線材的量占鑄錠重量的1.0?
1.8%。
[0011]作為優(yōu)選，所述黃銅合金的元素(普通黃銅)組成包括:Cu57?64.5%，F(xiàn)e0.01?
0.3%，PbO ?0.8%，SnO ?0.4%，N1 ?0.2%，其他雜質(zhì) 0.1 ?0.15%，Zn 余量，上述百分比為質(zhì)量百分比。
[0012]作為進(jìn)一步優(yōu)選,所述黃銅合金的元素(復(fù)雜黃銅)組成包括:Cu57?58.5%,Fe0.05 ?0.3%,Pb0.5 ?0.7%, Sn0.1 ?0.35%，N1 ?0.05%,Mnl.8 ?2.1%，All.5 ?
1.8%, S1.6?0.8%，其他雜質(zhì)0.2?0.3%, Zn余量，上述百分比為質(zhì)量百分比。
[0013]作為優(yōu)選，所述步驟I)制成熱熔體的熔煉溫度為1050°C?1350°C。
[0014]作為改進(jìn)，所述步驟3)的黃銅合金粉末、帶材或線材加入熱熔體的具體過(guò)程為:黃銅合金粉末通過(guò)粉末噴嘴向結(jié)晶器內(nèi)的熔體表面直接噴射或通過(guò)送料裝置送入熔體中，黃銅合金帶材或線材通過(guò)送料裝置向結(jié)晶器內(nèi)位于結(jié)晶器與澆鑄嘴中間部位熔體中直接插入。
[0015]再改進(jìn)，所述黃銅合金粉末的粒度為60?80目，黃銅合金粉末的噴入速度與拉鑄速度成正比。
[0016]本發(fā)明解決上述第二個(gè)技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為:一種黃銅合金的晶粒細(xì)化裝置，包括結(jié)晶器以及澆鑄嘴，其特征在于:所述結(jié)晶器的上方與澆鑄嘴之間設(shè)有用于黃銅合金粉末、帶材或線材加入的送料裝置，送料裝置的尾部安裝有可實(shí)時(shí)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度以達(dá)到恒速加料的異步電動(dòng)機(jī)。
[0017]作為改進(jìn)，所述送料裝置為左右二個(gè)，分別與澆管成20?70°角傾斜設(shè)置在結(jié)晶器上方。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:在鑄錠規(guī)格及拉鑄速度、冷卻水強(qiáng)度不變情況下，通過(guò)在結(jié)晶器表面添加相同成分的黃銅合金粉末或帶材、線材，起到冷卻作用，增大熔體中心與邊部的溫度梯度，提高熔體過(guò)冷度，熔體中形成大量晶核，增大鑄造形核率，晶粒細(xì)小，鑄錠組織明顯細(xì)化；而且在單位時(shí)間內(nèi)相同黃銅合金粉末與熔體重量的比值，以及帶材、線材加入的根數(shù)和位置，可以改變細(xì)化凝固區(qū)域和范圍。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單、易操作，對(duì)黃銅晶粒細(xì)化效果顯著，可用于黃銅合金的半連續(xù)鑄造。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是本發(fā)明提供的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2是實(shí)施例1未添加銅線的鑄錠金相組織圖；
[0021]圖3是實(shí)施例1添加銅線的鑄錠金相組織圖；
[0022]圖4是對(duì)比例I的鑄錠金相組織圖。

【具體實(shí)施方式】
[0023]以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0024]如圖1所示，一種黃銅合金的晶粒細(xì)化裝置，包括結(jié)晶器I以及澆鑄嘴2，結(jié)晶器I的上方與澆鑄嘴2之間設(shè)有用于黃銅合金粉末、帶材或線材4加入的送料裝置3，送料裝置3可以由上、下組并且能夠轉(zhuǎn)動(dòng)的輸送輥構(gòu)成，送進(jìn)裝置3的尾部安裝有可實(shí)時(shí)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度以達(dá)到恒速加料的異步電動(dòng)機(jī)，送進(jìn)裝置3為左右二個(gè)，對(duì)稱(chēng)設(shè)置，分別與澆管成20?70°角傾斜設(shè)置在結(jié)晶器I上方，工作時(shí)，黃銅合金熔化后從澆鑄嘴2進(jìn)入結(jié)晶器1，當(dāng)鑄錠5開(kāi)始引出長(zhǎng)度達(dá)到約200?300mm時(shí),將與熱熔體相同成分的黃銅合金粉末、帶材或線材通過(guò)送料裝置3加入熱熔體中，其中黃銅合金粉末也可通過(guò)粉末噴嘴噴入，利用熔體的流動(dòng)性而將粉末帶入熔體內(nèi)部。黃銅合金帶材或線材通過(guò)送料裝置向結(jié)晶器內(nèi)位于結(jié)晶器與澆鑄嘴中間部位熔體中直接插入。
[0025]實(shí)施例1
[0026]在有芯工頻爐中熔煉300Kg黃銅合金，所含元素成分為:Cu64?64.5%，0.01%< Fe < 0.05%, Pb < 0.01%, Sn < 0.05%, Ni < 0.03%，其他雜質(zhì) 0.1 ?0.15%, Zn 余量。控制熔煉溫度為1100°C?1350°C，待原料全部熔化后，將熔體溫度降低至1120°C時(shí)，熔體通過(guò)澆鑄嘴流入結(jié)晶器，在鑄錠開(kāi)始引出長(zhǎng)度達(dá)到230mm時(shí)，向結(jié)晶器內(nèi)位于結(jié)晶器與澆鑄頭中間部位銅水中插入兩根烘烤后的Φ4.6mmH65銅線；銅線的加入速度與拉鑄速度成正比，銅線總加入量占銅水重量的1.5% ;在接近澆鑄后期，停止加入銅線。此時(shí)，鑄錠邊部組織還有少量細(xì)長(zhǎng)柱狀晶組織，心部完全變?yōu)闃O細(xì)的等軸晶組織，細(xì)化鑄造組織晶粒明顯。
[0027]圖2是未添加銅線的鑄錠組織，可以看到鑄錠靠近中心部70%以上區(qū)域內(nèi)全部為粗大的等軸晶，晶粒平均直徑約為2.5mm,最大晶粒直徑約6mm。
[0028]圖3為添加銅線的鑄錠組織，可以看到鑄錠靠近中心部70%以上區(qū)域內(nèi)全部為極細(xì)小的等軸晶，晶粒平均直徑約為0.2mm。
[0029]實(shí)施例2
[0030]在有芯工頻爐中熔煉300Kg黃銅合金，所含元素成分為:Cu57.3?57.8 %，F(xiàn)e0.1 ?0.3%，Pb0.5 ?0.7%，Mnl.9 ?2.1%，All.6 ?1.8%，S1.6-0.8%, Sn0.1 ?0.3%，其他雜質(zhì)0.2?0.3%，Zn余量，控制熔煉溫度為1030°C?1090°C。原料全部熔化后，升溫大噴火，加清渣劑，然后攪拌扒渣，成分合格后加Cu-P中間合金攪拌，并在銅水表面覆蓋一層石墨鱗片，覆蓋厚度以銅液不裸露為宜并靜置5分鐘；將熔體溫度降低至1060°C時(shí)，熔體通過(guò)澆鑄嘴流入結(jié)晶器，在鑄錠開(kāi)始引出長(zhǎng)度達(dá)到280mm時(shí)，通過(guò)粉末噴嘴向結(jié)晶器表面均勻噴射粒度為60?80目的相同成分金屬粉末；粉末的噴入速度與拉鑄速度成正比，粉末總加入量占鑄錠重量的1.6%;在接近澆鑄后期，停止噴入粉末。此時(shí)，鑄錠除了邊部為激冷組織外，80%以上組織完全變?yōu)闃O細(xì)的等軸晶組織，細(xì)化鑄造組織晶粒明顯。
[0031]實(shí)施例3
[0032]所含元素成分為:Cu60?60.4 %，0.01 % < Fe < 0.2 %，Pb < 0.02 %，Sn<0.l%，Ni<0.2%，其他雜質(zhì)0.1?0.15%,Zn余量?？刂迫蹮挏囟葹?060°C?1180°C，待原料全部熔化后，將熔體溫度降低至1090°C時(shí)，熔體通過(guò)澆鑄嘴流入結(jié)晶器，在鑄錠開(kāi)始弓丨出長(zhǎng)度達(dá)到210mm時(shí)，向結(jié)晶器內(nèi)位于結(jié)晶器與澆鑄頭中間部位銅水中插入兩根烘烤后的厚度為0.70mmH62銅帶；銅帶的加入速度與拉鑄速度成正比，銅帶加入總量占拉鑄出的鑄錠重量的1.1% ;在接近澆鑄后期，將帶材從結(jié)晶器中抽出，停止加入銅帶。此時(shí)，鑄錠邊部組織還有少量細(xì)長(zhǎng)柱狀晶組織，心部完全變?yōu)闃O細(xì)的等軸晶組織，細(xì)化鑄造組織晶粒明顯。
[0033]對(duì)比例1:
[0034]在有芯工頻爐中熔煉300Kg黃銅合金，所含元素成分為:Cu64?64.5%，0.01%< Fe < 0.05%, Pb < 0.01%, Sn < 0.05%, Ni < 0.03%，其他雜質(zhì) 0.1 ?0.15%，Zn 余量?？刂迫蹮挏囟葹?100°C?1350°C ;待原料全部熔化后，將熔體溫度降低至1120°C，用鐘罩將紫銅包裹著的晶粒細(xì)化劑壓入銅水底部并充分?jǐn)嚢?，靜置5min后將熔體通過(guò)澆鑄嘴流入結(jié)晶器。所得鑄錠的宏觀金相組織如圖4所示，可以看到鑄錠邊部組織仍有少量細(xì)長(zhǎng)柱狀晶組織，心部完全變?yōu)檩^細(xì)的等軸晶組織，細(xì)化鑄造組織晶粒較明顯。
【權(quán)利要求】
1.一種黃銅合金的晶粒細(xì)化方法，其特征在于包括以下步驟: 1)將黃銅合金熔化，制成熱熔體； 2)將制成的熱熔體通過(guò)澆鑄嘴流入結(jié)晶器； 3)在鑄錠開(kāi)始引出長(zhǎng)度達(dá)到200?300mm時(shí)，將與熱熔體相同成分的黃銅合金粉末、帶材或線材加入熱熔體中，加入的黃銅合金粉末、帶材或線材的量占鑄錠重量的1.0?1.8%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶粒細(xì)化方法，其特征在于:所述黃銅合金元素的組分包括:Cu57 ?64.5%,Fe0.01 ?0.3%，PbO ?0.8%，SnO ?0.4%，N1 ?0.2%，其他雜質(zhì) 0.1 ?0.15%，Zn余量，上述百分比為質(zhì)量百分比。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶粒細(xì)化方法，其特征在于:所述黃銅合金的元素組成包括:Cu57 ?58.5%,Fe0.05 ?0.3%,Pb0.5 ?0.7%, Sn0.1 ?0.35%,N1 ?0.05%,Mnl.8 ?2.1%, AlL 5?L8%，S1.6?0.8%，其他雜質(zhì)0.2?0.3%，Zn余量，上述百分比為質(zhì)量百分比。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶粒細(xì)化方法，其特征在于:所述步驟I)制成熱熔體的熔煉溫度為 1050°C ?1350°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶粒細(xì)化方法，其特征在于:所述步驟3)的黃銅合金粉末、帶材或線材加入熱熔體的具體過(guò)程為:黃銅合金粉末通過(guò)粉末噴嘴向結(jié)晶器內(nèi)的熔體表面直接噴射或通過(guò)送料裝置送入熔體中，黃銅合金帶材或線材通過(guò)送料裝置向結(jié)晶器內(nèi)位于結(jié)晶器與澆鑄嘴中間部位熔體中直接插入。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的晶粒細(xì)化方法，其特征在于:所述黃銅合金粉末的粒度為60?80目，黃銅合金粉末的噴入速度與拉鑄速度成正比。
7.一種黃銅合金的晶粒細(xì)化裝置，包括結(jié)晶器以及澆鑄嘴，其特征在于:所述結(jié)晶器的上方與澆鑄嘴之間設(shè)有用于黃銅合金粉末、帶材或線材加入的送料裝置，送料裝置的尾部安裝有可實(shí)時(shí)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度以達(dá)到恒速加料的異步電動(dòng)機(jī)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的晶粒細(xì)化裝置，其特征在于:所述送料裝置為左右二個(gè)，分別與澆管成20?70°角傾斜設(shè)置在結(jié)晶器上方。
【文檔編號(hào)】C22C9/04GK104148620SQ201410391871
【公開(kāi)日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年8月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月11日
【發(fā)明者】唐文豪, 巢國(guó)輝, 李國(guó)華 申請(qǐng)人:寧波金田銅業(yè)(集團(tuán))股份有限公司