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特別是采用連續鑄造時,極易使鑄錠表面開裂或粗糙,給下一步擠壓工序產生較大的摩擦并使擠壓件升溫較大,嚴重影響產品的質量。因此,在工業生產中,如何使復雜鋁黃銅的生產成本降低,同時能生產出性能優異的合格產品受到極大的關注。

電解銅、純鋁、電解錳、電解鋅、馬口鐵、高純度的微合金元素。所有的配料要求無油污、無水 份、無雜質。 由 Mn、Fe 在黃銅中的溶解特性確定其加入順序。

2、設備

采用工頻有芯感應爐進行熔煉。 由于此爐是依靠材料自身產生渦流升溫,具有熔化速度快、工作環境溫度低、銅液溫度均勻及電磁攪拌力強的特點,從而容易使材料成分均勻,便于控制材料化學成分。

3、熔煉

為了節約成本,提高生產效率,采用將元素直接加入的方式熔煉,其熔煉難度高。

熔煉工藝流程如下:向熔爐加入電解銅,開始熔化時加入干燥的覆蓋劑,全部熔化后加入脫氧劑,并每次充分覆蓋后,升溫到1300℃,加入 Mn,待Mn 熔化完再加入 Fe;待Fe熔化完加入余下的銅進行降溫處理,再加入鋅和鋁熔解,升溫加入錫、稀土攪拌,升溫噴時出爐進行半連續鑄造。

由于錳和鐵的熔點極高,難以達 到其熔點溫度,加入后僅依靠擴散溶解于銅中。錳在銅中的溶解度較大,在高溫時易在銅中溶解。鐵雖然在銅中的固溶度極小,但是它在Cu-Mn 合金中的固溶度較大,可以方便的加入。 所以本工藝采用在高溫 時先加入Mn, 再加入鐵的方式加入 Mn、Fe 元素,既 保證了合金的成分,又避免了制造中間合金的過程,從而減低了生產成本,提高了生產效率。Mn 能大量地 熔入銅,起到固溶強化的作用,同時能有效阻止黃銅 "脫鋅",提高了黃銅的耐腐蝕性能。 Fe 在室溫下固溶 度較低,有富 Fe 相析出,富 Fe 相改善了材料的潤滑 性,提高了基體的強度,改善了合金的耐磨性能。

2、鋅和鋁元素

鋅和鋁的熔點很低,且極易被氧化。當合金熔液溫度較高時,加入鋁、鋅,極易被氧化燃燒掉。為此我們采用待 Mn、Fe 溶解后加入冷料 (Cu 或廢舊料)進行降溫,再加入鋁、鋅的方式生產。 由于Al 和Zn 在 Cu 中的固溶度較大,很容易溶解于銅中,保證了合金的化學成分。鋁的鋅當量系數相 當高(n=6),少量的鋁就能使雙相黃銅的 β相增多,在復雜鋁黃銅中甚至有脆性的 γ 相生成,使合金的 強度硬度提高,同時塑性、韌性明顯下降。

3、微合金元素

微合金元素在最后一道工序加入,并升溫至噴火出爐。加入錫可以對材料的基體起到強化作用,生成 SnO2 保護膜提高抗腐蝕能力,并能防止"脫鋅"現象出現。但過多的加入錫會使材料的脆性化合物增多,影響材料性能。 加入稀土元素可以細化晶粒,強化基體,改善材料的冷熱加工性能。

由于水平連續鑄錠具有生產投資少,可以澆注空心管材等優點而被普遍采用。但是其銅水的自重對液穴形態、 散熱方向和凝固時的體積收縮產生影響,使鑄錠上部出現"月牙狀"的空隙-新月形空氣氣隙,使鑄錠上部的散熱條件變差,導致鑄錠結晶中心上移,易形成錠坯截面上下組織不均,硬度有20HBS的偏差,同時由于鋅蒸汽在結晶器內滲入石墨套內,使鑄錠表面產生橫裂和結疤,嚴重影響鑄錠質量。為此,選用封閉式立式半連續鑄造,以石 墨粉+炭黑作為覆蓋劑。由于其具有結構簡單、操作方便、生產效率高、鑄錠質量好等特點,能更有效地生產出合格的產品。鑄造工藝以大約 4.9m/h的速度連續拉出準120mm×5000mm 和準150mm×5000mm 兩種規格的紅錠,再風冷至室溫。

2、結晶器的選定

多元復雜鋁黃銅的連續鑄造非常困難,其鋅當量較高(約為 50%),合金在400℃時將出現 α+β'+γ 相共存區。 如果冷卻速度過快,合金中的 γ 相來不及分解而保存到室溫,由于 γ 相脆性大、硬度高,使合金的硬度升高,塑性和韌性降低,以至于影響到下一 步的加工工序;同時還由于冷卻速度過大,表面快速凝固收縮, 造成鑄錠表面縱裂和內應力過高等材料缺陷。 因此,我們采用緩慢冷卻工序。 如果連續冷卻時間不足,鑄錠外部的冷凝殼部位還沒有足夠的強度,使結晶器內壁粘上殘渣,使錠坯出現拉裂或結疤等缺陷,更有甚者,由于鑄錠的凝殼太軟而會產生懸掛或拉漏現象。 為此設計制作緩冷結晶器,其長度 L=300~400mm,使鑄錠得到緩慢充分的冷凝。