CN116078845A - 一种高含量铜银合金微细线的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高含量铜银合金微细线的制造方法，包括无氧熔炼工序、无氧连铸工序、级联式旋压加工工序、表面处理工序、热处理工序和拉拔工序，所述无氧熔炼工序中在熔炼炉内坩埚的下引出水口设置有过滤装置，该过滤装置的侧壁开设有高出所述坩埚底部的导流过滤孔；本发明解决了通过下引连铸有时会产生炉底杂质带入铸杆的现象，造成材料断线，形成废品，浪费大量原材料银，加工成本高的技术问题。

Description

一种高含量铜银合金微细线的制造方法

技术领域

本发明涉及有色金属加工技术领域，尤其涉及一种高含量铜银合金微细线的制造方法。

背景技术

含银量1%~4%的铜银合金广泛用于高强高导高韧性线圈领域，具有耐疲劳震动的特点，高含量铜银合金具有高强度，成品能达到1000兆帕以上，因此加工难度大，传统的高银铜连续杆坯制造方法有上引连铸、水平连铸或下引连铸等，将杆坯进行冷轧再拉拔，由于存在铸造组织，拉成微细线难度大，上引和水平连铸往往有大量铜银合金滞留于炉底，产生浪费，下引连铸能有效解决合金滞留问题。

专利号为CN2021113022136的专利文献公开了一种高强高导Cu-Ag合金微细线材的制备方法，该制备方法的步骤为：采用下引真空熔铸的方式制备Cu-Ag合金铸杆；将得到Cu-Ag合金铸杆进行连续挤压，得到直径大于等于4mm的杆坯；将杆坯进行多模冷拉拔，退火后，在进行拉拔，最终制备0.016～0.055mm的Cu-Ag合金微细线。

但是，在实际使用过程中，发明人发现下引连铸有时会产生炉底杂质带入铸杆的现象，造成材料断线，形成废品，浪费大量原材料银，加工成本高的问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足之处，提供了一种高含量铜银合金微细线的制造方法，无氧熔炼工序时利用熔炼炉内坩埚的下引出水口设置的过滤装置，利用过滤装置的侧壁开设高出坩埚底部的导流过滤孔，减少杂质通过铜水冲刷进入铸杆，进而提高铸杆成型质量，从而解决了下引连铸有时会产生炉底杂质带入铸杆的现象，造成材料断线，形成废品，浪费大量原材料银，加工成本高的技术问题。

针对以上技术问题，采用技术方案如下：一种高含量铜银合金微细线的制造方法，包括无氧熔炼工序、无氧连铸工序、级联式旋压加工工序、表面处理工序、热处理工序和拉拔工序，所述无氧熔炼工序中在熔炼炉内坩埚的下引出水口设置有过滤装置，该过滤装置的侧壁开设有高出所述坩埚底部的导流过滤孔。

作为优选，所述无氧连铸工序采用连续下引铸造方式。

作为优选，所述过滤装置插设于所述坩埚底部的下引出水口上方。

作为优选，所述过滤装置包括多重嵌套设置的石墨网套，每个石墨网套上具有多个所述导流过滤孔，从内至外石墨网套上的所述导流过滤孔至所述坩埚底部的高度依序增加。

作为优选，所述级联式旋压加工工序包括两组及以上串联连接的旋压机构，具体包括以下步骤：

S1：矫直工序，将高含量铜银合金的连铸杆坯矫直后，在牵引机的牵引下连续式自动输出；

S2：旋压减径工序，矫直后的连铸杆坯通过多组旋压机构，每组旋压机构先压紧连铸杆坯，并连续对其进行扭转，扭转后立刻对连铸杆坯进行连续环压减径，每组旋压机构完成同样的动作，通过牵引机实现连续的级联型旋压减径；

S3：冷却工序，将形变后的杆坯进行冷却，得到细晶杆坯。

作为优选，所述每组所述旋压机构包括依次沿着所述连铸杆坯牵引输出方向设置的导向轮、扭转组件以及环压组件；

所述扭转组件包括多个环设于所述连铸杆坯周向上且与第一旋转部同步转动的咬合部以及用于控制多个所述咬合部同步动作对连续传输的连铸杆坯进行连续夹紧的第一控制部；

所述环压组件与所述扭转组件同轴设置，其包括多个与第二旋转部同步转动的环压部以及用于控制多个所述环压部在同步转动的过程中间歇式对连铸杆坯进行环压减径，减径后的连铸杆坯在环压部释放后通过牵引向后传输。

作为优选，所述扭转组件的扭转角度为90°~180°，每组旋压机构下压形变量为10%~20%。

作为优选，所述自牵引机的输入方向至输出方向，任意一组旋压机构的扭转组件作用力小于环压组件的作用力，且连铸杆坯在多组旋压机构的旋压处理下直径逐级变小。

作为优选，所述无氧熔炼工序中，无氧熔炼设备包括具有隔绝氧气的电磁感应加热熔炼炉。

作为又优选，所述高含量铜银合金，其成分按重量比为：银0.5%~50%，余量为铜及不可避免的微量杂质，氧含量低于20PP。

本发明的有益效果：

（1）本发明高含量铜银合金微细线加工采用旋压而不是连续挤压的目的在于，连续挤压或卧式挤压会产生大量溢料和废料，会浪费大量银子，而旋压同样可以细化晶粒，并且无任何废料产生，节约银原料，提高原材料的利用率；

（2）本发明通过真空下引连铸减少了铜银合金在炉内的残留，再利用过滤装置的导流过滤孔高出所述坩埚底部，进而将坩埚底部沉淀的杂质进行阻隔，减少杂质进入铸杆，提高铸杆成型质量，满足细微线的加工要求；

（2）本发明中连铸杆坯通过连续的多级扭转压力加工技术，实现了高含量铜银合金连续细晶化，结合表面处理、拉拔、退火等工艺，可以将较硬的高含量铜银合金材料加工成微细线，并结合高含量铜银合金技术能够制作出性能优异的微细丝，新的高强度材料的连续细晶化技术及旋压机构，有助于提高生产灵活性，降低生产成本，并可以应用于其他多种高强度铜合金微细丝材料的制造，材料组织细晶化可以增加韧性并消除铸造缺陷，满足细微线的加工要求；

（3）本发明通过变形的方式为扭转结合环压方式，且其连铸杆坯的传动是连续式的，其扭转、旋压及传输均为连续的，进而连铸杆坯可以实现连续输出，利用连续式的方式，工作效率大大提高，同时咬合部咬紧连铸杆坯后带动连铸杆坯转动，松开后，环压部立刻继续对其压实，实现连铸杆坯的变径及压平，利用扭转结合旋压的方式能保持连铸杆坯减径一致；另外其变形方式的通用性好，软硬合金皆宜，且没有废料及溢料生产，更适用于连续的微细线材加工。

综上所述，该设备具有通用性强、铜银合金微细线高强度的优点，尤其适用于有色金属加工技术领域。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为高含量铜银合金微细线的制造方法的工艺流程示意图。

图2为过滤装置的结构示意图。

图3为连铸杆坯一级进行扭转工序的断面晶相图。

图4为连铸杆坯一级进行环压工序的断面晶相图。

图5为连铸杆坯二级进行扭转工序的断面晶相图。

图6为连铸杆坯二级进行环压工序的断面晶相图。

图7为扭转组件和环压组件的传动状态示意图。

图8为环压组件或扭转组件的内部结构示意图。

图9为咬合部或环压部的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明。

实施例一

如图1所示，一种高含量铜银合金微细线的制造方法，包括无氧熔炼工序、无氧连铸工序、级联式旋压加工工序、表面处理工序、热处理工序和拉拔工序，所述无氧熔炼工序中在熔炼炉内坩埚3的下引出水口31设置有过滤装置4，该过滤装置4的侧壁开设有高出所述坩埚3底部的导流过滤孔41。

进一步，所述高含量铜银合金，其成分按重量比为：银0.5%~50%，余量为铜及不可避免的微量杂质，氧含量低于20PPM。

进一步，如图2所示，所述无氧连铸工序采用连续下引铸造方式。

需要说明的是，无氧连铸还包括上引连铸以及水平连铸，本实例优先采用下引铸造方式的原因在于，下引铸造能有效避免大量铜银合金滞留于炉底，产生浪费。

进一步，如图2所示，所述过滤装置4插设于所述坩埚3底部的下引出水口31上方。

详细的说，采用真空感应下引连铸熔炼铜银合金。坩埚3为石墨坩埚，石墨粉、熔炼剂粘在坩埚内壁，不易浮起，在铜水的冲刷下会流出，导致连铸拉线断裂，底部带有三层套石墨圆柱过滤装置，每层过滤套侧边均开有导流过滤侧孔41，同时护套上端高于坩埚炉下引出水口31液面，即通过护套出液的出液口a高于坩埚炉底传统出液口b,杂质流经过滤套会上浮滞留在套内顶部，铜水化开后按重量比例向铜水中加入银块，待成分均匀后进行下引连铸，得到直径为12毫米的铜银杆坯，另残存的少量合金很方便取出。

进一步，如图2所示，所述过滤装置4包括多重嵌套设置的石墨网套42，每个石墨网套42上具有多个所述导流过滤孔41，从内至外石墨网套上的所述导流过滤孔41至所述坩埚3底部的高度依序增加。

在本实施例中，利用从内至外石墨网套上的所述导流过滤孔41至所述坩埚3底部的高度依序增加，实现对坩埚3底部残留的杂质进行多级阻隔，进一步提高连铸成型质量。

进一步，所述无氧熔炼工序中，无氧熔炼设备包括具有隔绝氧气的电磁感应加热熔炼炉。

进一步，所述无氧熔炼工序中，高含量铜银合金，其成分按重量比为：银0.5%~50%，余量为铜及不可避免的微量杂质，氧含量低于20PPM。

需要说明的是，高含量铜银合金微细线成分按重量百分比为银4%，余量为无氧铜。

进一步，所述表面处理以去除表面缺陷及氧化物。

需要说明的是，表面处理工序用来去除杆坯表面缺陷及氧化物，扭转环压后的连铸杆坯外表面具有螺纹状，但是传统高含量铜银合金微细线的制造方法中原本在变径工序就设置有表面处理工序，因此对本工艺本身并未增加其他难度及繁琐工序，但是也可在热处理工序之前设置表面处理工序，通过采用惰性气体保护进行退火处理。

进一步，还包括热处理工序，采用惰性气体保护热处理，粗拉后的铜银合金退火温度为250℃~500℃，保温2小时，自然冷却。

进一步，还包括冷拉及精拉工序，加工过程中采用带有冷却润滑液的拉丝设备进行减径拉拔，得到可以达到0.02~0.2毫米直径的铜银细线成品尺寸，导电率不低于70%IACS。

实施例二

如图1、图3至图9所示，其中与实施例一中相同或相应的部件采用与实施例一相应的附图标记，为简便起见，下文仅描述与实施例一的区别点。该实施例二与实施例一的不同之处在于：

进一步，如图1所示，所述级联式旋压加工工序包括两组及以上串联连接的旋压机构2，具体包括以下步骤：

S1：矫直工序，将高含量铜银合金的连铸杆坯100矫直后，在牵引机的牵引下连续式自动输出；

S2：旋压减径工序，矫直后的连铸杆坯100通过多组旋压机构2，每组旋压机构2先压紧连铸杆坯100，并连续对其进行扭转，扭转后立刻对连铸杆坯100进行连续环压减径，每组旋压机构2完成同样的动作，通过牵引机实现连续的级联型旋压减径；

S3：冷却工序，将形变后的杆坯进行冷却，得到细晶杆坯。

在本实施例中，通过设置级联旋压技术及级联旋压机构，充分利用材料变形热实现材料的连续细晶化，有利于微细线的加工，并减少了材料浪费。该方法设备简单，灵活可靠，通用性强，模具更换方便，可以低成本实现多种高强度铜合金微细线的生产。

另外，采用旋压机构2，通过牵引机构将连铸杆坯送入第一组扭转组件2，咬合部22分咬合住杆坯，使杆坯产生120°扭转，扭转使杆坯材料晶粒破碎并再结晶，扭转后的坯料随即被牵引至环压减径，环压部32同步旋转并往复下压，下压变形量为20%，使杆坯变细，材料变形产生大量变形热，使材料温度达到250℃左右，第一道变形的连铸杆坯100随即进入第二道机组，重复上述变形过程，材料温度可继续上升至500℃左右，在旋压变形下产生再结晶，通过环压可使材料进一步焊合内部缺陷，并增加材料密实度，减径后的连铸杆坯100通过水槽冷却，再利用更换不同规格的咬合部22及环压部32，进行反复级联旋压后，可将杆坯直径减径为8毫米，完成高精度的微细线制作。

其中，旋压减径工序包括：

a:扭转工序，通过扭转组件2夹紧连铸杆坯100并在向后牵引传输的同时连续对其进行扭转，每次扭转角度为90°～180°；

b:环压工序，扭转后的连铸杆坯100通过牵引带至环压组件3立刻对其连续进行环压减径，使连铸杆坯100直径减小；

在本实施例中，第一旋转部21带动多个所述咬合部22同步转动的过程中在第一控制部23的作用下，对牵引带至环压组件3之前的连铸杆坯100进行间歇式夹紧，连铸杆坯100由咬合部22夹紧时同步进行连续扭转，针对级联式旋压加工工序中，连铸杆坯连续细晶化过程，其内部晶粒变化参见图3-6所示。

需要说明的是，夹紧连铸杆坯100时多个所述咬合部22进料端的夹紧空间直径大于其出料端的夹紧空间直径。

且连铸杆坯100由环压部32夹紧时同步进行连续扭转，且环压部成对相对设置，保证在挤压变形过程中，受力更加平稳且均匀。

另外，所述第一旋转部21和第二旋转部31在工作时为连续式转动，由于连铸杆坯100在环压组件3作用下进行环压减径过程中变细长，所述第二旋转部31的转动速度不小于所述第一旋转部21的转动速度，一方面利于保证位于扭转组件2与环压组件3之间这段连铸杆坯的质量，避免发生断裂现象；另一方面提高连铸杆坯经扭转组件3扭转变形细晶化后立即进入环压组件3内进行环压减径，利用扭转变形产生的热量的最大利用，进一步提高环压减径及再次细晶化质量。

进一步，如图7至图9所示，所述每组所述旋压机构2包括依次沿着所述连铸杆坯100牵引输出方向设置的导向轮21、扭转组件22以及环压组件23；

所述扭转组件22包括多个环设于所述连铸杆坯周向上且与第一旋转部同步转动的咬合部以及用于控制多个所述咬合部同步动作对连续传输的连铸杆坯进行连续夹紧的第一控制部；

所述环压组件23与所述扭转组件同轴设置，其包括多个与第二旋转部同步转动的环压部以及用于控制多个所述环压部在同步转动的过程中间歇式对连铸杆坯进行环压减径，减径后的连铸杆坯在环压部释放后通过牵引向后传输。

扭转组件2的工作原理为：电机通过皮带带动咬合部22旋转，并扭一下松开，咬合部22一张一合，咬合部22合着的时候瞬间扭动，连铸杆坯每扭转一次的行进尺寸不小于其同一时间内的牵引行进距离，进而在扭转过程中实现扭转变形，细化晶粒；

值得说明的是，扭转组件2及环压组件3组合形成模具工装，扭转组件2的第一旋转部21可采用圆环盘结构，咬合部22沿第一旋转部21圆周方向滑动设置若干组，咬合部22在第一旋转部21的驱动下同步转动，转动过程中通过第一控制部23的导向，实现咬合部22向轴心聚拢完成对连铸杆坯100的环抱夹紧工作；其中，如图9所示，为了提高传动的稳定性还可以在第一旋转部内设置弹性结构，用来支撑及导向对应安装的咬合部22；环压组件3的结构与工作原理与扭转组件相同或相似，在此不加以赘述。但所述扭转组件2作用在连铸杆坯100上的压力F1小于所述环压工序中环压组件3作用在连铸杆坯100上的压力F2，环压组件3对经扭转组件2进行一级细晶化后的连铸杆坯100再进行连续环压减径，实现二级细晶化，利于微细线的加工。

本实施例中的扭转组件2及环压组件3的具体结构为本技术方案为了实现该工艺的优选结构，但不仅仅只限于该结构，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明的技术提示下可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

另外，连铸杆坯前端设置有导向轮1，对连铸杆坯的传动进行定位及导向，咬合部咬紧连铸杆坯后带动连铸杆坯转动，松开后，环压部立刻继续对其环压即下压且同步旋转，实现连铸杆坯的变径及压平，相较于传统纯拉或纯挤的变径方式，该扭转结合环压的方式，产品表面质量一致，减径一致。

进一步，所述扭转组件22的扭转角度为90°~180°，每组旋压机构2下压形变量为10%~20%。

进一步，如图7所示，所述自牵引机的输入方向至输出方向，任意一组旋压机构2的扭转组件22作用力小于环压组件23的作用力，且连铸杆坯100在多组旋压机构2的旋压处理下直径逐级变小。

实施例三

一种高含量铜银合金微细线的制造方法，其中，高含量铜银合金，其成分按重量比为：银0.5%~50%，余量为铜及不可避免的微量杂质，氧含量低于20PPM，其加工工艺具体步骤为：

步骤A：将高含量铜银合金的连铸杆坯矫直；

步骤B：级联结构为2组及以上旋压机串联构成，通过级联旋压机分别压紧杆坯并连续进行扭转，每组旋压机均扭转角度为120°~180°，扭转后立刻对杆坯进行环压减径，每组旋压机下压变形量为10%~20%；每组旋压机完成同样的动作，通过牵引机构实现连续的级联型旋压减径。

步骤C：将形变后的杆坯连续牵引至水槽冷却，得到细晶杆坯；

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高含量铜银合金微细线的制造方法，其特征在于，包括无氧熔炼工序、无氧连铸工序、级联式旋压加工工序、表面处理工序、热处理工序和拉拔工序，所述无氧熔炼工序中在熔炼炉内坩埚的下引出水口设置有过滤装置，该过滤装置的侧壁开设有高出所述坩埚底部的导流过滤孔。

2.根据权利要求1所述的一种高含量铜银合金微细线的制造方法，其特征在于，所述无氧连铸工序采用连续下引铸造方式。

3.根据权利要求1所述的一种高含量铜银合金微细线的制造方法，其特征在于，所述过滤装置插设于所述坩埚底部的下引出水口上方。

4.根据权利要求1所述的一种高含量铜银合金微细线的制造方法，其特征在于，所述过滤装置包括多重嵌套设置的石墨网套，每个石墨网套上具有多个所述导流过滤孔，从内至外石墨网套上的所述导流过滤孔至所述坩埚底部的高度依序增加。

5.根据权利要求1所述的一种高含量铜银合金微细线的制造方法，其特征在于，所述级联式旋压加工工序包括两组及以上串联连接的旋压机构，具体包括以下步骤：

S1：矫直工序，将高含量铜银合金的连铸杆坯矫直后，在牵引机的牵引下连续式自动输出；

S2：旋压减径工序，矫直后的连铸杆坯通过多组旋压机构，每组旋压机构先压紧连铸杆坯，并连续对其进行扭转，扭转后立刻对连铸杆坯进行连续环压减径，每组旋压机构完成同样的动作，通过牵引机实现连续的级联型旋压减径；

S3：冷却工序，将形变后的杆坯进行冷却，得到细晶杆坯。

6.根据权利要求1所述的一种高含量铜银合金微细线的制造方法，其特征在于，每组所述旋压机构包括依次沿着所述连铸杆坯牵引输出方向设置的导向轮、扭转组件以及环压组件；

所述扭转组件包括多个环设于所述连铸杆坯周向上且与第一旋转部同步转动的咬合部以及用于控制多个所述咬合部同步动作对连续传输的连铸杆坯进行连续夹紧的第一控制部；

所述环压组件与所述扭转组件同轴设置，其包括多个与第二旋转部同步转动的环压部以及用于控制多个所述环压部在同步转动的过程中间歇式对连铸杆坯进行环压减径，减径后的连铸杆坯在环压部释放后通过牵引向后传输。

7.根据权利要求6所述的一种高含量铜银合金微细线的制造方法，其特征在于，所述扭转组件的扭转角度为90°~180°，每组旋压机构下压形变量为10%~20%。

8.根据权利要求6所述的一种高含量铜银合金微细线的制造方法，其特征在于，自牵引机的输入方向至输出方向，任意一组旋压机构的扭转组件作用力小于环压组件的作用力，且连铸杆坯在多组旋压机构的旋压处理下直径逐级变小。

9.根据权利要求6所述的一种高含量铜银合金微细线的制造方法，其特征在于，所述无氧熔炼工序中，无氧熔炼设备包括具有隔绝氧气的电磁感应加热熔炼炉。

10.根据权利要求1-9任一所述的一种高含量铜银合金微细线的制造方法，其特征在于，所述高含量铜银合金，其成分按重量比为：银0.5%~50%，余量为铜及不可避免的微量杂质，氧含量低于20PPM。

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