一种半连铸工业化生产高品质Zn-22Al合金管材的方法技术

本发明专利技术涉及一种半连铸工业化生产高品质Zn

【技术实现步骤摘要】
一种半连铸工业化生产高品质Zn
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22Al合金管材的方法


[0001]本专利技术涉及一种半连铸工业化生产高品质Zn
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22Al合金管材的方法。

技术介绍

[0002]Zn
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22Al合金是一种新型的超塑性合金，由于其熔点低、比重小、加工性能优异、力学性能优越、成本低，受到国内外科技工作者的广泛重视。锌铝合金不仅在高温下具有超塑性且在超塑性工艺下（360℃左右保温24~48h以水淬降温获得足够多的颗粒状过冷态α2相组织），也可达到室温超塑性，因此是替代铅锑合金制成延期体管材的合适材料。
[0003]福州大学学者针对锌铝合金作为延期体合金管的替代材料有多年研究，其公布的多篇专利与此相关，其中一篇中国专利公告号为CN103667792B，公开日是2014年3月26日，名为“工业延期雷管延期体用锌铝基合金挤压管及其制备方法”公开了一种传统铸造成型的锌铝合金铸棒，先进行360℃左右保温36~72h再通过水淬的均匀化处理（超塑性处理），然后再对其扒皮后加热挤压成型成合金管，再通过较直和调质处理等制备成成品合金管，但其工艺复杂，其另一篇中国专利公告号为CN106086521B，公开日是2016年11月9日，名为“一种锌铝合金管成分设计及其制备方法”其对铸棒依然采用类似的均匀化处理来获得超塑性，相关文献（研究组的学位论文“锌铝合金力学性能改进及管材拉拔过程模拟与工艺优化”）工作表明，在传统铸造工艺下，工艺复杂，在铸造浇铸过程受重力影响容易导致凝固方向性差而造成组织疏松和不均，铸棒单独超塑性处理过程耗时长，水淬速度和水淬深度难以控制，成材率不高，洁净度低，效率低下，虽然空管经拉拔实验可减径至6.4mm，但依然局限在实验室几十公斤级别生产，无法工业批量化。中国专利公告号CN 107058925 A，公开日是2017年8月18日，名为“一种通过热处理提高锌铝合金超塑性的方法”公开了一种锌铝合金在280℃
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380℃进行保温8
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24h，保温结束后水淬，从而获得颗粒状超细晶α2组织的方法，其和以上几篇专利的超塑性处理原理一样，但是其只适合用于实验室几十公斤级别铸造的锌铝合金热处理，对于吨位级别的锌铝合金依旧存在工艺周期长，且淬火速率和淬火深度不好把握等问题。中国专利公告号CN102409275A，公开日是2012年4月11日，名为“一种雷管用超细晶无铅延期体的制备方法”采用铸造、挤压、轧制和机加工方法制备锌铝合金管，然后拉拔或轧制成细延期体，同样工艺流程复杂，其相关文献(研究组的学位论文“Zn
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22 wt.%Al合金在雷管延期体中的可行性应用研究”)工作表明，该技术实施过程中，工艺和设备的难度较大，现有装备和技术只能将直径为18mm的粗管拉拔到直径为14mm。
[0004]以上专利要么处于实验室20公斤级别的简单熔铸工艺，在铸造浇铸过程受重力影响容易导致凝固方向性差而造成组织疏松和不均，铸棒单独超塑性处理过程耗时长，水淬速度及淬火深度难以控制，成材率不高，洁净度低，要么工艺过于复杂，效率低下，无法工业批量化。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种半连铸工业化生产高品质Zn
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22Al合金管材的方法，该
合金不具有污染环境的重金属元素，通过调整变质剂的含量以及特殊半连铸铸造方法，铸造出性能优异，且无需单独超塑性处理就具备挤压成型条件的等轴细晶铸棒，再通过对应挤压工艺能制备出具有良好拉拔性能的锌铝合金管材，该方法对设备要求不高，工艺简单，制备周期短，适合工业化大批量生产。
[0006]为实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：提供一种半连铸工业化生产高品质Zn
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22Al合金管材的方法，合金配方环保，不含有毒重金属在熔炼过程中通过调控变质剂Al~10%RE、Al~5%Ti和Al~8%B的含量，将各元素含量控制为，Ti： 0.01％~0.2%，RE：0.1%~0.5%，B： 0.01%~0.1%，Al：22%，其余为Zn。该成分范围为锌铝合金共析相变点附近，且保证热处理过程中α2相的充分保留和不粗化。
[0007]所述添加三种中间合金作为变质剂，使铸造后的铸棒成分中Ti、RE和B的含量在一定比例范围是为尽可能发挥变质剂中的第二相粒子TiAl3（块状和针状）和TiB2弥散效果，适当含量的Ti能够细化合金组织，Ti在锌中的溶解度很小，添加Ti后，合金的组织由粗大的树枝状转变为等轴状或者花瓣形，但其有一定的缺点，内部的 Ti 元素会与熔体中微量的 Zr、Cr 及 Mn 等元素发生反应，即细化剂“中毒”，导致细化作用减弱甚至失效。加入稀土RE的原因是稀土不仅本身具有细化效果，其也会使和他一同使用的其他细化剂产生细化和弥散化，大大增强其细化效果，一方面可以使第二相粒子TiAl 3
由针状转变为块状，因为块状TiAl3有三个面面向熔体，形核率高，可促进异质形核，同时稀土和一部分TiAl3形成Ti 2 Al 20 Ce，使剩余的TiAl3颗粒更加细小，弥散在熔体中促进异质形核，另一方面可以使TiB2表面扩散系数增加，从而提高TiB2颗粒效率，使之不随时间延长而发生明显的团聚和沉淀，使TiB
2 颗粒能更好的弥散在熔体中，发挥异质形核的作用，延长了细化作用时间，避免TiB2颗粒团聚沉淀，导致细化效果失效，体现了Al~Ti~B~RE 细化剂的抗失效能力。
[0008]一种半连铸工业化生产高品质Zn
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22Al合金管材的方法，按照以下步骤进行：（1）根据以上成分配方通过半连铸铸造制备吨位级别的工业雷管延期体材料锌铝合金溶液；（2）将合金熔液除渣除气后，引入多孔陶瓷过滤器和结晶器进行铸棒浇铸；（3）通过结晶器二次冷却水对铸棒进行降温；（4）将浇铸完成的吨位级别的长铸棒机加工成长度为300mm~500mm，直径110mm的合金棒材，进而用车床扒皮，去除表面氧化层；对扒皮后直径90mm的铸棒进行挤压前预热处理，然后放入挤压机进行管材成型挤压；（5）对合金管进行热校直；（6）对较直后的管材进行切割，长度为400mm~600mm，紧接着进行热处理，进一步细化晶粒，消除加工应力提高塑性；（7）将管材进行轧尖，头部塞紧棉花后装入延期药，延期药紧实后尾部塞紧棉花避免延期药漏出；（8）用润滑油对装药后的管材表面进行整体润滑后进行多道次拉拔减径成所需尺寸的延期索。
[0009]进一步，所述步骤（2）的铸造合金液经过如图2所示的陶瓷多孔过滤器后，均匀地导入外壁用水冷却的结晶器中，在结晶器壁和结晶器底座的共同作用下，始终保持匀速顺序结晶，组织均匀且有明显的方向性，使铸棒消除气孔和疏松等缺陷。
[0010]进一步，所述步骤（3）半连铸铸棒达到一定高度后，如图3所示，就会在牵引机构带动下匀速离开结晶器，控制好牵引速度，保证铸棒四周通风（当需时要可以使用电风扇进行四周温度疏散），利用红外线测温器，监控铸棒温度，将测温器固定于铸棒360℃左右位置，全程浇铸速度和牵本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半连铸工业化生产高品质Zn
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22Al合金管材的方法其特征在于：合金配方环保，不含有毒重金属在熔炼过程中通过调控变质剂Al~10%RE、Al~5%Ti和Al~8%B的含量，将各元素含量控制为，Ti：0.01％~0.2%，RE：0.1%~0.5%，B：0.01%~0.1%，Al：22%，其余为Zn。2.一种半连铸工业化生产高品质Zn
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22Al合金管材的方法其特征在于：按照以下步骤进行：（1）根据权利要求1的成分配方通过半连铸铸造制备吨位级别的工业雷管延期体材料锌铝合金溶液；（2）将合金熔液除渣除气后，引入多孔陶瓷过滤器和结晶器进行铸棒浇铸；（3）通过结晶器二次冷却水对铸棒进行降温；（4）将浇铸完成的吨位级别的长铸棒机加工成长度为300mm~500mm，直径110mm的合金棒材，进而用车床扒皮，去除表面氧化层；对扒皮后直径为90mm的铸棒进行挤压前预热处理，然后放入挤压机进行管材成型挤压；（5）对合金管进行热校直；（6）对较直后的管材进行切割，长度为400mm~600mm，紧接着进行热处理，进一步细化晶粒，消除加工应力提高塑性；（7）将管材进行轧尖，头部塞紧棉花后装入延期药，延期药紧实后尾部塞紧棉花避免延期药漏出；（8）用润滑油对装药后的管材进行整体润滑后进行多道次拉拔减径成所需尺寸的延期索。3.根据权利要求2所述的一种半连铸工业化生产高品质Zn
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22Al合金管材的方法，其特征在于：所述步骤（2）的铸造合金液经过如图2所示的陶瓷多孔过滤器后，均匀地导入外壁用水冷却的结晶器中，在结晶器壁和结晶器底座的共同作用下，始终保持匀速顺序结晶，组织均匀且有明显的方向性，使铸棒消除气孔和疏松缺陷。...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄鸿兴，
申请(专利权)人：福建省产品质量检验研究院福建省缺陷产品召回技术中心，
类型：发明
国别省市：