CN108384988A - 一种用于高压电器控制柜配重块的锡铋合金材料的制备方法 - Google Patents

一种用于高压电器控制柜配重块的锡铋合金材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于高压电器控制柜配重块的锡铋合金材料的制备方法，合金材料中含有以下含量的各元素：Bi：21.0‑24.0％，Zn：1.5‑2.5％，Cu：1.2‑1.6％，余量为：Sn和由于加入原料本身所含有的微量杂质，合金材料的原材料包括锡锭、铋锭、锌锭、H62黄铜车屑；制备方法是：先根据各元素的配比进行配料，然后采用感应熔炼炉进行熔炼，再通过压铸获得配重块。本发明制得的锡铋合金易成型，具有稳定的化学性能和物理性能，且材料可以反复熔铸，适用于生产高压电器控制柜配重块。

Description

一种用于高压电器控制柜配重块的锡铋合金材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种金属材料的制备方法，具体涉及一种用于高压电器控制柜配重块的锡铋合金材料的制备方法。
背景技术
合金，是由两种或两种以上的金属与金属或非金属经一定方法所合成的具有金属特性的物质。一般通过熔合成均匀液体和凝固而得。
锡铋合金是以锡和铋为主要合金元素的合金，是一种环保型合金，其突出特点是熔点低，易成型，同时还具有流动性好，固液间体积收缩率小，化学性能稳定，合金易制备，原材料可回收利用等优点，广泛应用于冲压模具，熔断器、保险丝等热敏元件等。锡铋合金中研究和应用比较多的是熔点低于232℃(Sn的熔点)。
当锡铋合金中加入适量的Zn，Cu元素，可以显著提高合金的熔点和机械强度；同时还可以增强合金的抗拉强度、屈服强度、延伸率。
现有技术中，常见的配重块多为铸铁材料，但是在高压电器控制柜中，用铸铁生产配重块有以下缺点：1、不易成型；2、铁的化学性能不是很稳定，易腐蚀；3、铁在高压配电柜中容易产生磁场，存在安全隐患；4：铸件表面上粘附有一层难以清除的砂粒称为粘砂，粘砂既影响铸件外观，又增加铸件清理和切削加工的工作量；5：铸铁液态金属充型能力不足，或充型条件较差，在型腔被填满之前，金属液便停止流动，将使铸件产生浇不足或冷隔缺陷，浇不足时，会使铸件不能获得完整的形状，冷隔时，铸件虽可获得完整的外形，但因存有未完全融合的接缝，铸件的力学性能严重受损。因此，铸铁材料在高压电器控制柜配重块中的应用受到限制。一种能替代铸铁的新型材料对于高压电器配重块的应用推广就显得非常重要。
发明内容
本发明提供了一种化学性能稳定及易成型的用于高压电器控制柜配重块的锡铋合金材料的制备方法。
本发明的技术方案为：一种用于高压电器控制柜配重块的锡铋合金材料，合金材料中含有以下元素，各元素及其质量百分比具体如下：
Bi：21.0-24.0％，
Zn：1.5-2.5％，
Cu：1.2-1.6％，
余量为：Sn，还包括由于加入原料本身所含有的微量杂质。
进一步的，合金材料的原料包括锡锭、铋锭、锌锭、H62黄铜车屑；其中，锡锭中含有Sn元素，铋锭中含有Bi元素，锌锭中含有Zn元素，H62黄铜车屑中含有Cu和Zn元素。
一种用于高压电器控制柜配重块的锡铋合金材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)配料：根据合金材料中各元素的质量百分比，选择并称取相应的原材料；
(2)感应熔炼：采用感应熔炼炉对各元素进行熔炼；熔炼过程中，元素Cu以黄铜的形式加入，熔炼完成后得到铸锭；
(3)下料：熔炼完的铸锭先加工掉铸造缺陷，再锯断成为小块；
(4)压铸：根据产品图纸设计模具，在进行压铸前，先将小料块熔化至熔融状态，再在压铸机上压铸为产品，再通过去毛刺而成为最终产品。
进一步的，步骤(2)中，熔炼过程具体为先加入锡锭、H62黄铜屑、锌锭；待熔化后二次加入铋锭，在400-450℃的温度范围内进行浇铸，浇铸的原则为先慢后快再慢，后期放慢速度为了保证充分的补缩，并进行多次补浇。
进一步的，步骤(2)中，得到铸锭后对铸锭进行成分分析，成分分析采用ICP，若成分分析合格，进入步骤(3)；若成分分析不合格，返回步骤(1)。成分分析是否合格的判断依据是各元素的含量是否在其相应的质量百分比范围内，即：Bi：21.0-24.0％，Zn：1.5-2.5％，Cu：1.2-1.6％，用ICP进行成分分析，不仅可以同时分析出样品中多种元素的含量，而且ICP的分析速度快,检出限可低至数量级。
进一步的，步骤(3)中，下料前先将铸锭冒口和底板锯掉，再将铸锭表面缺陷车削干净，再锯断成30*30*60mm3的小料块，较小的料块，接触面增大，分子碰撞加快，有助于铸锭熔化。
进一步的，步骤(4)中，压铸前先根据产品的图纸尺寸设计模具，铸浆完全熔化后可以直接进行压铸，把握最佳的压铸时间。
进一步的，所述步骤(4)中，模具完成后安装至压铸机上，将步骤(3)中制成的小料块加入坩埚中，将坩埚温度升至320±10℃，使料块成熔融状态，用不锈钢条进行搅拌，搅拌后将表面浮渣捞出，避免浮渣在铸锭表面形成气泡，影响铸锭品质。
进一步的，步骤(4)中，压铸过程中将原料从坩埚通过喷嘴喷入模腔中，保持3-6s后开模，开模后产品会自动脱落至料框中，铸浆经过一段时间冷却，会与模具表面分离，形成最终产品，过早开模，铸浆有可能还没有完全凝固，极易变形。
进一步的，步骤(4)中，将压铸出的产品用锉刀及砂纸100％进行去毛刺，在去毛刺的过程中挑出有缺料、凹坑、裂纹等缺陷的产品放入坩埚中重新进行步骤(4)，提高打磨质量和产品光洁度，保证其一致性，缩短产品改型换代的周期，减少相应的投资设备。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明中的锡铋合金材料同时具有熔点低，易成型，化学性能稳定等优点，当锡铋合金中加入适量的Zn，Cu元素，可以显著提高合金的熔点和机械强度；同时还可以增强合金的抗拉强度、屈服强度、延伸率，是能够取代铸铁材料成为生产高压电器控制柜配重块的新型合金材料。
具体实施方式
实施例1：
一种用于高压电器控制柜配重块的锡铋合金材料，通过以下方法制得：
第一步：配料；
所采用的原料以及各种原料的质量百分比用量如表1所示；
表1：原料成分表
成分 规格 质量百分比用量
锡锭 Sn99.9 71％
铋锭 Bi99.9 25.5％
锌锭 Zn99.9 1.1％
H62黄铜 Cu62.5，Zn37.5 2.4％
第二步：感应熔炼；
在中频感应熔炼炉中熔炼，锡锭放在坩埚底部，在坩埚下部四周放入H62黄铜车屑，然后将锌锭放在坩埚的中部位置，将剩余的锡锭全部放在最上面，将功率加至20KW开始加热，进行搅拌，待料全部熔化后加入铋锭，加热至充分熔化，搅拌均匀，熔炼过程具体为先加入锡锭、H62黄铜屑、锌锭，待熔化后二次加入铋锭；将熔液加热至400℃进行浇注，浇注的原则是“先慢后快再慢”后期放慢速度为了保证充分的补缩，并进行多次补浇；浇注完成后得到铸锭，进行成分分析，成分分析采用ICP，若成分分析合格，进入步骤(3)；若成分分析不合格，返回步骤(1)，成分分析是否合格的判断依据是各元素的含量是否在其相应的质量百分比范围内，即：Bi：21.0-24.0％，Zn：1.5-2.5％，Cu：1.2-1.6％；
第三步：下料；
下料前，先将铸锭冒口和底板锯掉，再将铸锭表面缺陷车削干净，再锯断成30*30*60mm3的小料块；
第四步：压铸；
压铸前，先根据配重块产品图纸设计模具，模具完成后安装至压铸机上，将第三步中制成的小料块加入坩埚中，将坩埚温度升至320℃，使料块成熔融状态，用不锈钢条进行搅拌，搅拌后将表面浮渣捞出；开始压铸，压铸过程中将原料从坩埚通过喷嘴喷入模腔中，保持3s后开模，开模后产品会自动脱落至料框中，将压铸出的产品用锉刀及砂纸100％进行去毛刺，在去毛刺的过程中挑出有缺料、凹坑、裂纹等缺陷的产品放入坩埚中重新进行第四步。
将去毛刺后的配重块检测外观，检测尺寸、密度及单重。检测结果如表4所示。
实施例2：
一种用于高压电器控制柜配重块的锡铋合金材料，通过以下方法制得：
第一步：配料；
所采用的原料以及各种原料的质量百分比用量如表2所示；
表2：原料成分表
成分 规格 质量百分比用量
锡锭 Sn99.9 71.5％
铋锭 Bi99.9 25.0％
锌锭 Zn99.9 1.2％
H62黄铜 Cu62.5，Zn37.5 2.3％
第二步：感应熔炼；
在中频感应熔炼炉中熔炼，锡锭放在坩埚底部，在坩埚下部四周放入H62黄铜车屑，然后将锌锭放在坩埚的中部位置，将剩余的锡锭全部放在最上面，将功率加至20KW开始加热，进行搅拌，待料全部熔化后加入铋锭，加热至充分熔化，搅拌均匀，熔炼过程具体为先加入锡锭、H62黄铜屑、锌锭，待熔化后二次加入铋锭；将熔液加热至425℃进行浇注，浇注的原则是“先慢后快再慢”后期放慢速度为了保证充分的补缩，并进行多次补浇；浇注完成后得到铸锭，进行成分分析，成分分析采用ICP，若成分分析合格，进入步骤(3)；若成分分析不合格，返回步骤(1)，成分分析是否合格的判断依据是各元素的含量是否在其相应的质量百分比范围内，即：Bi：21.0-24.0％，Zn：1.5-2.5％，Cu：1.2-1.6％；
第三步：下料；
下料前，先将铸锭冒口和底板锯掉，再将铸锭表面缺陷车削干净，再锯断成30*30*60mm3的小料块；
第四步：压铸；
压铸前，先根据配重块产品图纸设计模具，模具完成后安装至压铸机上，将第三步中制成的小料块加入坩埚中，将坩埚温度升至310℃，使料块成熔融状态，用不锈钢条进行搅拌，搅拌后将表面浮渣捞出；开始压铸，压铸过程中将原料从坩埚通过喷嘴喷入模腔中，保持5s后开模，开模后产品会自动脱落至料框中，将压铸出的产品用锉刀及砂纸100％进行去毛刺，在去毛刺的过程中挑出有缺料、凹坑、裂纹等缺陷的产品放入坩埚中重新进行第四步。
将去毛刺后的配重块检测外观，检测尺寸、密度及单重。检测结果如表4所示。
实施例3：
一种用于高压电器控制柜配重块的锡铋合金材料，通过以下方法制得：
第一步：配料；
所采用的原料以及各种原料的质量百分比用量如表3所示；
表3：原料成分表
成分 规格 质量百分比用量
锡锭 Sn99.9 72.0％
铋锭 Bi99.9 24.5％
锌锭 Zn99.9 1.0％
H62黄铜 Cu62.5，Zn37.5 2.5％
第二步：感应熔炼；
在中频感应熔炼炉中熔炼，锡锭放在坩埚底部，在坩埚下部四周放入H62黄铜车屑，然后将锌锭放在坩埚的中部位置，将剩余的锡锭全部放在最上面，将功率加至20KW开始加热，进行搅拌，待料全部熔化后加入铋锭，加热至充分熔化，搅拌均匀，熔炼过程具体为先加入锡锭、H62黄铜屑、锌锭，待熔化后二次加入铋锭；将熔液加热至450℃进行浇注，浇注的原则是“先慢后快再慢”后期放慢速度为了保证充分的补缩，并进行多次补浇；浇注完成后得到铸锭，进行成分分析，成分分析采用ICP，若成分分析合格，进入步骤(3)；若成分分析不合格，返回步骤(1)，成分分析是否合格的判断依据是各元素的含量是否在其相应的质量百分比范围内，即：Bi：21.0-24.0％，Zn：1.5-2.5％，Cu：1.2-1.6％；
第三步：下料；
下料前，先将铸锭冒口和底板锯掉，再将铸锭表面缺陷车削干净，再锯断成30*30*60mm3的小料块；
第四步：压铸；
压铸前，先根据配重块产品图纸设计模具，模具完成后安装至压铸机上，将第三步中制成的小料块加入坩埚中，将坩埚温度升至330℃，使料块成熔融状态，用不锈钢条进行搅拌，搅拌后将表面浮渣捞出；开始压铸，压铸过程中将原料从坩埚通过喷嘴喷入模腔中，保持6s后开模，开模后产品会自动脱落至料框中，将压铸出的产品用锉刀及砂纸100％进行去毛刺，在去毛刺的过程中挑出有缺料、凹坑、裂纹等缺陷的产品放入坩埚中重新进行第四步。
将去毛刺后的配重块检测外观，检测尺寸、密度及单重。检测结果如表4所示：
表4：检测结果表
合金序号 外观 尺寸 密度g/cm3 单重/g
实施例1 OK 符合图纸要求 7.36 5.64
实施例2 OK 符合图纸要求 7.36 5.68
实施例3 OK 符合图纸要求 7.35 5.59
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种用于高压电器控制柜配重块的锡铋合金材料，其特征在于，所述合金材料中含有以下元素，各元素及其质量百分比具体如下：
Bi：21.0-24.0％，
Zn：1.5-2.5％，
Cu：1.2-1.6％，
余量为：Sn。
2.根据权利要1所述的一种用于高压电器控制柜配重块的锡铋合金材料的制备方法，其特征在于，所述合金材料的原料包括锡锭、铋锭、锌锭、H62黄铜车屑；
其中，锡锭中含有Sn元素，铋锭中含有Bi元素，锌锭中含有Zn元素，H62黄铜车屑中含有Cu和Zn元素。
3.根据权利要求2所述的一种用于高压电器控制柜配重块的锡铋合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)配料：根据合金材料中各元素的质量百分比，选择并称取相应的原材料；
(2)感应熔炼：采用感应熔炼炉对各元素进行熔炼；熔炼过程中，元素Cu以黄铜的形式加入，熔炼完成后得到铸锭；
(3)下料：熔炼完的铸锭先加工掉铸造缺陷，再锯断成为小块；
(4)压铸：根据产品图纸设计模具，在进行压铸前，先将小料块熔化至熔融状态，再在压铸机上压铸为产品，再通过去毛刺而成为最终产品。
4.权利要求1所述的一种用于高压电器控制柜配重块的锡铋合金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，熔炼过程具体为先加入锡锭、H62黄铜屑、锌锭；待熔化后二次加入铋锭，在400-450℃的温度范围内进行浇铸，浇铸的原则为先慢后快再慢。
5.根据权利要3所述的一种用于高压电器控制柜配重块的锡铋合金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，下料前先将铸锭冒口和底板锯掉，再将铸锭表面缺陷车削干净，再锯断成30*30*60mm3的小料块。
6.根据权利要3所述的一种用于高压电器控制柜配重块的锡铋合金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，压铸前先根据产品的图纸尺寸设计模具。
7.根据权利要3所述的一种用于高压电器控制柜配重块的锡铋合金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，模具完成后安装至压铸机上，将步骤(3)中制成的小料块加入坩埚中，将坩埚温度升至320±10℃，使料块成熔融状态，用不锈钢条进行搅拌，搅拌后将表面浮渣捞出。
8.根据权利要3所述的一种用于高压电器控制柜配重块的锡铋合金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，压铸过程中将原料从坩埚通过喷嘴喷入模腔中，保持3-6s后开模。
9.根据权利要3所述的一种用于高压电器控制柜配重块的锡铋合金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，将压铸出的产品用锉刀及砂纸100％进行去毛刺，在去毛刺的过程中挑出有缺料、凹坑、裂纹等缺陷的产品放入坩埚中重新进行步骤(4)。
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