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白銅合金管鑄軋法生產(chǎn)工藝的探討,涉及對水平連鑄工序以及對行星軋制工序的分析與討論

發(fā)布時間:2021-06-30點(diǎn)擊:2123

摘要: 文章主要對鑄軋法中的水平連鑄、行星軋制等重點(diǎn)工序進(jìn)行了詳細(xì)分析和討論,以期對白銅管鑄軋法生產(chǎn)參數(shù)的確定提供參考意見。

關(guān)鍵詞: 白銅合金管; 鑄軋法; 水平連鑄; 行星軋制

中圖分類號: TG249. 9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A 文章編號: 1671 - 6795( 2016) 05 - 0053 - 04

世界性的淡水資源不足,已成為人們?nèi)找骊P(guān)注的問題。作為水資源的開源增量技術(shù),海水淡化已經(jīng)成為解決全球水資源危機(jī)的重要途徑。我國海水淡化業(yè)雖然起步較晚,但發(fā)展速度快,日益成為熱門產(chǎn)業(yè),并已經(jīng)列入國家“當(dāng)前優(yōu)先發(fā)展的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化重點(diǎn)領(lǐng)域指南”[1],納入了《海水利用專項規(guī)劃》、《國家海洋事業(yè)發(fā)展規(guī)劃綱要》、《國務(wù)院關(guān)于加快發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的若干意見》等國家中長期規(guī)劃和文件中,得到國家相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上的扶持,為推動我國海水淡化產(chǎn)業(yè)的跨越式發(fā)展,實現(xiàn)水資源可持續(xù)利用,保障國民經(jīng)濟(jì)和社會可持續(xù)發(fā)展起到了積極的促進(jìn)作用。

白銅管具有良好的熱傳導(dǎo)性和抗腐蝕性能,尤其是抗海水沖擊腐蝕能力,因此作為熱交換器用冷凝管在海水淡化、船舶、核電站等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,BFe10 - 1 - 1 是制備白銅冷凝管***常用的合金牌號之一。目前,國內(nèi)外 BFe10 - 1 - 1 白銅管主要采用傳統(tǒng)的擠壓法生產(chǎn),但因其成材率低,單根重量小等原因滿足不了市場的需求。鑄軋法是一種先進(jìn)的銅管生產(chǎn)工藝,在制冷空調(diào)用紫銅管的生產(chǎn)上取得了巨大成功。目前,該工藝已成功應(yīng)用于 B5 普通白銅管的生產(chǎn),并在 BFe10 - 1 - 1 管的生產(chǎn)上試用成功。應(yīng)用鑄軋法生產(chǎn)白銅管,不僅能克服傳統(tǒng)擠壓法效率低、投資大、成材率低、盤重小等缺點(diǎn),而且易于生產(chǎn)大功率、大容量電站和核電站管式熱交換器用超長管,因此,采用目前技術(shù)先進(jìn)的鑄軋法是生產(chǎn)白銅合金管材的發(fā)展趨勢。

鑄軋法的工藝路線為,原材料—水平連鑄—矯直銑面—3 輥行星軋制—臥式收卷—凸輪式聯(lián)合拉拔—倒立 式 圓 盤 拉 伸—矯 直 鋸 切—光 亮 退 火—檢 查 包裝—成品。

水平連鑄管坯和 3 輥行星軋制是鑄軋法生產(chǎn)工藝中的兩個關(guān)鍵工序,其技術(shù)難點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下兩方面,( 1) BFe10 - 1 - 1 合金熔點(diǎn)高、金屬液流動性差,如何利用水平連鑄制備合格的 BFe10 - 1 - 1 空心管坯; ( 2) 3 輥行星軋制過程是一種局部循環(huán)加載的復(fù)雜變形過程,BFe10 - 1 - 1 合金強(qiáng)度高對行星軋制的工藝與設(shè)備要求。通過確定合理的生產(chǎn)工藝參數(shù),不僅對獲得表面光亮、質(zhì)量合格的 BFe10 - 1 - 1 白銅管,保證生產(chǎn)的順利進(jìn)行具有重要意義,同時也有利于優(yōu)化生產(chǎn)設(shè)備的設(shè)計與投資。

本文將主要就水平連鑄和行星軋制兩道工序?qū)﹁T軋法生產(chǎn) BFe10 - 1 - 1 白銅管進(jìn)行分析和探討。

1.對水平連鑄工序的分析與探討

水平連鑄是實現(xiàn)鑄軋法的***道工序,水平連鑄管坯質(zhì)量的好壞直接決定著合金管的成品質(zhì)量,圖 1為水平連鑄空心管坯示意圖。水平連鑄時,合金經(jīng)熔化爐熔化后在保溫爐內(nèi)保溫,達(dá)到澆注溫度時啟動拉坯機(jī),金屬液經(jīng)進(jìn)液口進(jìn)入石墨模具,在水冷銅套作用下凝固成型,管坯出結(jié)晶器后直接噴水冷卻。在水平連鑄過程中,鑄造溫度和拉坯制度等對管坯質(zhì)量有著重要影響。

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1.1 鑄造溫度的影響

BFe10 - 1 - 1 白銅管坯水平連鑄過程中,金屬液進(jìn)入結(jié)晶器后,在冷卻水的作用下開始凝固形成坯殼。隨著溫度的降低,凝殼開始收縮,由于凝殼外層溫度低,收縮量大,而內(nèi)層溫度高,收縮量小,因此造成凝殼存在內(nèi)應(yīng)力,當(dāng)內(nèi)應(yīng)力過大時容易形成裂紋。鑄造內(nèi)應(yīng)力可根據(jù)以下公式求得:

F = E·λ·△T[3]式中,F(xiàn) 為鑄坯內(nèi)應(yīng)力,MPa; E 為彈性模量,MPa;λ 為線收縮系數(shù),10- 6/ K; ΔT 為凝殼兩點(diǎn)之間的溫差,K。從上述公式可以看出,當(dāng)材料一定時,鑄造內(nèi)應(yīng)力的大小與凝殼內(nèi)外溫差成正比,降低凝殼內(nèi)外溫差,可以降低凝殼內(nèi)應(yīng)力,從而抑制裂紋的形成。

當(dāng)鑄造溫度過高時,凝殼內(nèi)部冷卻較慢仍保持較高溫度,而外部冷卻快,尤其在進(jìn)入二冷區(qū)后,凝殼外表面在直接水冷的作用下溫度急劇降低,造成凝殼內(nèi)外溫差過大,極易形成冷裂。

因此,水平連鑄時,應(yīng)盡量采取低溫鑄造。當(dāng)然并非鑄造溫度越低越好,因為鑄造溫度過低,金屬液粘度增大,流動性降低,導(dǎo)致在石墨模具內(nèi)難以完整充 型,管 現(xiàn) 隔缺陷。因此,合理地選擇鑄造溫度對水平連鑄管坯的質(zhì)量有著至關(guān)重要的影響。根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗,澆鑄溫度選擇在 1230℃ ~ 1250℃較為合適。

1.2 拉坯制度的影響

1.2.1拉坯模式的選擇

水平連鑄常用的拉坯方式有如下幾種: ( 1) 拉—?!啤J? (2) 拉—推式; ( 3) 拉—推—?!剖?。拉坯模式的選擇與合金強(qiáng)度有關(guān),白銅合金宜采用拉—?!啤5睦髂J?/span>

。這種拉坯模式具有以下特點(diǎn):( 1) 拉完之后有中停時間,使結(jié)晶器內(nèi)的金屬液有足夠的時間冷卻凝固,從而使坯殼增厚,提高其強(qiáng)度;

( 2) 及時的反推,可以及時補(bǔ)縮鑄坯的冷縮量,焊合熱裂紋,保證鑄坯質(zhì)量,同時合理的反推量還可以使坯殼松動,防止其與結(jié)晶器壁粘結(jié),降低拉坯阻力。

1.2.2 拉坯速度的影響

拉坯速度的快慢是影響白銅管坯質(zhì)量的關(guān)鍵因素。當(dāng)其它鑄造工藝參數(shù)確定時,拉坯速度越快,結(jié)晶器內(nèi)液穴深度越深,液穴底部與鑄坯表層的溫差加大,鑄造熱應(yīng)力也隨之增大,從而導(dǎo)致熱裂傾向增大。因此,在水平連鑄時應(yīng)適當(dāng)降低拉坯速度,拉坯速度控制在 330 ~ 350mm/min 為妥。當(dāng)拉坯速度確定后,采用高頻率小拉程的拉坯制度有利于降低引錠阻力,獲得表面光滑無裂紋的鑄坯。

2.對行星軋制工序的分析與討論

鑄軋法技術(shù)的核心是行星軋制,通過施加大變形量使管坯鑄造晶粒充分破碎,使軋制出的管坯晶粒細(xì)小均勻,內(nèi)外表面光亮無氧化,為后道拉伸工序提供高質(zhì)量的管坯。

2.1 軋制溫度的確定

2 為 BFe10 - 1 - 1 白銅管高溫力學(xué)性能變化曲線。從圖 2 曲線可以看出,室溫下 BFe10 - 1 - 1 白銅管坯具有良好的塑性,隨著溫度升高,管坯的抗拉強(qiáng)度以及延伸率均呈下降趨勢,特別是在 600℃ 左右,延伸率和斷面收縮率快速降低; 隨著溫度繼續(xù)升高,延伸率和斷面收縮率開始回升,而抗拉強(qiáng)度繼續(xù)降低,說明在 600℃左右,BFe10 - 1 - 1 白銅管坯塑性***差。因此 BFe10 - 1 - 1 白銅管坯軋制時應(yīng)該避開此溫度區(qū)間,選擇低溫或者高溫進(jìn)行軋制。

 

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若選擇高溫進(jìn)行軋制,管坯變形抗力小,所需軋制力小,但需要對管坯加熱至較高溫度,能耗較大,同時失去了行星軋制的意義( 行星軋制的優(yōu)點(diǎn)在于室溫軋制并可實現(xiàn)完全再結(jié)晶) 。而低溫軋制時,盡管管坯變形抗力大,對軋機(jī)及模具的性能要求較高,但是在軋制過程產(chǎn)生的摩擦熱及塑性變形熱使管坯溫度迅速升高至 850℃左右,實現(xiàn)了管坯完全再結(jié)晶,使性能明顯提高,可充分發(fā)揮行星軋制的優(yōu)勢。因此,BFe10 - 1 - 1 行星軋制時宜采用低溫軋制。

 

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2.2 偏轉(zhuǎn)角的選擇

如圖 3 所示,3 輥行星軋機(jī)軋輥具有一定的傾斜角和偏轉(zhuǎn)角,傾斜角為軋件提供了徑向壓力,從而使軋件發(fā)生徑向壓縮變形,而偏轉(zhuǎn)角為軋件提供軸向向前的作用力,使軋件向前運(yùn)動。

生產(chǎn)過程中應(yīng)首先保證管坯的合理壓下量,即先確定傾斜角,然后通過調(diào)整偏斜角使軋制速度趨于合理。行星軋機(jī)的傾斜角一般選擇 50° ~ 55°,這樣可大幅度提高軋制的斷面縮減量,進(jìn)行大變形軋制和軋制薄管坯。軋輥的偏轉(zhuǎn)角是 3 輥行星軋制過程中的一個十分重要的參數(shù),它將影響到軋輥所受到的軋制力和軋件的出口速度。

從幾何學(xué)角度來分析,增加偏轉(zhuǎn)角將增加軋件向前的速度分量,因而軋件出口速度將顯著提高,可提高生產(chǎn)效率。但偏轉(zhuǎn)角并非越大越好,因為增大偏轉(zhuǎn)角,軋輥與軋件接觸面積增加,摩擦力增大,軋輥受力隨之增大,對軋機(jī)的結(jié)構(gòu)及載荷提出了更高的要求,勢必增加設(shè)備投資。因此,將軋輥的偏轉(zhuǎn)角控制在合理范圍內(nèi),既可以保證軋件合適的出口速度又不會使軋制力過高。根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗,軋輥偏轉(zhuǎn)角設(shè)定在 7° ~ 8°為合理的取值范圍。

3.結(jié)論

在滿足生產(chǎn)需求的前提下,合理選擇水平連鑄和行星軋制的主要工藝參數(shù),可以生產(chǎn)出內(nèi)外表面光亮無氧化,滿足后續(xù)加工要求的高質(zhì)量的 BFe10 - 1 - 1白銅管坯。

( 1) BFe10 - 1 - 1 白銅管坯水平連鑄合理的澆鑄溫度為 1230℃ ~ 1250℃;

( 2) BFe10 - 1 - 1 白銅管坯水平連鑄拉坯模式宜采用拉—停—推—停的模式,拉坯速度應(yīng)控制在 330 ~350mm / min; 拉坯速度確定后,采用高頻率小拉程的拉坯制度有利于降低引錠阻力,獲得表面光滑無裂紋的鑄坯;

( 3) BFe10 - 1 - 1 白銅管坯在 600℃ 左右時塑性***差,行星軋制時應(yīng)該避開此溫度區(qū)間。為充分發(fā)揮行星軋制的優(yōu)勢,節(jié)能降耗,BFe10 - 1 - 1

行星軋制時宜采用低溫軋制;

( 4) BFe10 - 1 - 1 行星軋制時軋機(jī)的傾斜角宜選擇 50° ~ 55°,軋輥的偏轉(zhuǎn)角應(yīng)控制在 7° ~ 8°。

來源:中國知網(wǎng)   作者:龔燃




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