权利要求
1.一种获得超细晶
铜排的连续挤压工艺，其特征在于，该工艺包括以下步骤：
S1：上引连铸，以
电解铜为原料，将其预热烘干后在熔炼装置中进行熔化，采用木炭、石墨鳞片覆盖铜液表面，采用牵引机组上引直径为30mm的铜杆，上引铜杆速度200-300mm/min;
S2：连续挤压制备铜杆，以S1中制备的上引连铸的铜杆为原料，利用连续挤压机组，产品出口温度为350-400℃，在模具预热温度400-500℃，预热2小时，挤压坯料预热温度为740-760℃，进行生产直径为20mm的铜杆;
S3：连续挤压制备
铜排，以S2中制备的铜杆为原料，再次利用连续挤压机组，产品出口温度为350-400℃，在模具预热温度400-500℃，预热2小时，挤压坯料预热温度为740-760℃，进行生产铜排;
S4：快速冷却，所得坯料在挤压模具出口进行快速冷却，采用喷射液氮的形式进行冷却，喷嘴间隔为50～60mm，喷嘴与坯料表面间距10～20mm，将坯料快速地从高温冷却到室温，细化晶粒;
S5：将S4中得到的铜排进行拉拔、校直、机加工。
2.根据权利要求1所述的一种获得超细晶铜排的连续挤压工艺，其特征在于，所述熔炼炉和保温炉的温度均为1150℃，其中熔炼炉采用木炭覆盖厚度为150-160mm，保温炉采用石墨鳞片覆盖厚度为100-120mm。
3.根据权利要求1所述的一种获得超细晶铜排的连续挤压工艺，其特征在于，在连续挤压制备铜排时，通过连续挤压机组的铜排引入速度为2.2-2.7m/min，引出速度为0.23-0.28m/min，挤压比为2-4。
4.根据权利要求3所述的一种获得超细晶铜排的连续挤压工艺，其特征在于，所述连续挤压机腔体的通道长度设置为80-100mm。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及金属加工技术领域，尤其是涉及一种获得超细晶铜排的连续挤压工艺。
背景技术
[0002]铜排又称铜母排或铜汇流排，是由铜材质制作的，截面为矩形或倒角矩形的长导体，在电路中起输送电流和连接电气设备的作用。铜排作为电气工程中重要材料，具有良好的导电、导热和较高的电流承载能力等特点。在某些场合需要增强铜排的强度及韧性，通过改变金属成分来增强强度，往往会影响铜排的导热和导电性能。
[0003]目前，增加铜排强度的常用方案为“冷变形+热处理”工艺。此类方案制备工艺比较成熟，可充分改善铸造组织，但是该工艺制备出的铜排裂纹较多，成材率低，工艺流程长，能源及资源消耗大，不利于大规模生产。
[0004]相关技术可参考公开号为CN107414408A的专利申请公开了一种高精度无氧光亮铜排的制备方法;该申请采用“上引连铸+连续挤压+拉拔”工艺制备铜排，然而，该方法存在以下局限性：
(1)制备铜排的挤压轮转速较高，制备出的铜排平均晶粒尺寸偏大和并且存在较多缺陷。
[0005](2)直接使用上引连铸制备出的铜杆作为挤压铜排的坯料，制备出的铜排平均晶粒尺寸偏大，从而降低铜排的力学性能。
[0006]针对上述中的相关技术，亟需一种超细晶铜排的制备方法，以保证制备出铜排的具有较小晶粒尺寸，较高的力学性能，并且满足表面质量高，能够满足行业使用需求，工艺流程简单，可适用于大规模生产，有效降低成本。
发明内容
[0007]为了提高铜排的生产效率和产品质量，本发明提供一种获得超细晶铜排的连续挤压工艺。
[0008]本发明提供一种获得超细晶铜排的连续挤压工艺，采用如下的技术方案：
一种获得超细晶铜排的连续挤压工艺，该工艺包括以下步骤：
S1：上引连铸，以电解铜为原料，将其预热烘干后在熔炼装置中进行熔化，采用木炭、石墨鳞片覆盖铜液表面，采用牵引机组上引直径为30mm的铜杆，上引铜杆速度200-300mm/min;
S2：连续挤压制备铜杆，以S1中制备的上引连铸的铜杆为原料，利用连续挤压机组，产品出口温度为350-400℃，在模具预热温度400-500℃，预热2小时，挤压坯料预热温度为740-760℃，进行生产直径为20mm的铜杆;
S3：连续挤压制备铜排，以S2中制备的铜杆为原料，再次利用连续挤压机组，产品出口温度为350-400℃，在模具预热温度400-500℃，预热2小时，挤压坯料预热温度为740-760℃，进行生产铜排。
[0009]S4：快速冷却，所得坯料在挤压模具出口进行快速冷却，采用喷射液氮的形式进行冷却，喷嘴间隔为50～60mm，喷嘴与坯料表面间距10～20mm，将坯料快速地从高温冷却到室温，细化晶粒;
S5：将S4中得到的铜排进行拉拔、校直、机加工。
[0010]优选的，熔炼炉和保温炉的温度均为1150℃，其中熔炼炉采用木炭覆盖厚度为150-160mm，保温炉采用石墨鳞片覆盖厚度为100-120mm。
[0011]优选的，连续挤压机腔体的通道长度设置为80-100mm。
[0012]优选的，在连续挤压制备铜排时，通过连续挤压机组的铜排引入速度为2.2-2.7m/min，引出速度为0.23-0.28m/min，挤压比为2-4。
[0013]通过采用上述技术方案，实现了铜方导电率≥98.3%IACS;各向晶粒实现均匀一致，平均晶粒尺寸≤20um;抗拉强度≥450 MPa;屈服强度≥400MPa;延伸率≥20%。
[0014]综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：
本发明采用特殊的连续挤压工艺和模具参数，获得了超细晶铜排，其平均晶粒尺寸≤20um，显著提升了铜排的力学性能;
本发明中优选采用液氮冷却方式，由于能够迅速降低铜排温度，避免了大晶粒的形成，进一步提高了铜排的质量。
附图说明
[0015]为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步的说明，其中
图1为本发明工艺中所采用的模具的剖面图。
[0016]图2为本发明的工艺流程图。
[0017]图3为本发明实施例中试样的金相组织形貌图。
[0018]图4为本发明对比例1中试样的金相组织形貌图。
[0019]图5为本发明对比例2中试样的金相组织形貌图。
[0020]图6为本发明对比例3中试样的金相组织形貌图。
具体实施方式
[0021]以下结合全部附图对本发明作进一步详细说明。
[0022]本发明实施例公开一种获得超细晶铜排的连续挤压工艺。
[0023]一种获得超细晶铜排的连续挤压工艺，该工艺包括以下步骤：
S1：上引连铸，以电解铜为原料，将其预热烘干后在熔炼装置中进行熔化，采用木炭、石墨鳞片覆盖铜液表面，采用牵引机组上引铜杆;熔炼炉的温度为1150℃，采用烘干的木炭覆盖，木炭覆盖厚度160mm;保温炉的温度为1150℃，采用石墨鳞片覆盖，其覆盖厚度120mm;上引铜杆速度240mm/min，直径为30mm;
S2：连续挤压制备铜杆，以S1中制备的上引连铸的铜杆为原料，利用连续挤压机组，产品出口温度为350-400℃，在模具预热温度400-500℃，预热2小时，挤压坯料预热温度为740-760℃，连续挤压机转速为2.7r/min;连续挤压机腔体的通道长度为90mm;
S3：连续挤压制备铜排，以S2中制备的铜杆为原料，再次利用连续挤压机组，产品出口温度为350-400℃，在模具预热温度400-500℃，预热2小时，挤压坯料预热温度为740-760℃，连续挤压机转速为2.7r/min;连续挤压机腔体的通道长度为90mm;
S4：快速冷却，所得坯料在挤压模具出口进行快速冷却，采用喷射液氮的形式进行冷却，喷嘴间隔为50～60mm，喷嘴与坯料表面间距10～20mm，将坯料快速地从高温冷却到室温，细化晶粒;
S5：将S4中得到的铜排进行拉拔、校直、机加工。
[0024]在实际加工过程中，本发明S3连续挤压制备铜排时，涉及到到挤压温度和引入速度的关系计算，当引入速度为2.2-2.7m/min，为0.65-0.71。通过公式1可以计算出，产品温度为360-400℃。(式中η=70%，i=80，d=30mm，D=630mm，P=600KW，n=1000rpm，T0=20℃。)
(公式1)
式中 T——挤压产品在模具出口处的温度(℃);
——挤压产品在模具出口处的温度(℃);
i ——减速器的速比;
—— 电机消耗功率转化为产品热量的总效率，包括主机机械效率和设备所带走的热量;
d —— 铜杆直径(mm);
D —— 挤压轮直径(mm);
P —— 主电机额定功率(kW);
n ——主电机额定转速(rpm);
——主电机生产时实际电枢电流(A);
——主电机额定电枢电流(A)。
[0025]在本发明的S3连续挤压制备铜排的步骤中，采用引入速度为2.2-2.7m/min、挤压比为2-4以及通道长度为80-100mm的参数设置，确保了挤压过程中的产品出口温度维持在350℃至400℃之间。这种精确控制有效地避免了冷变形组织和大晶粒的形成，从而保证了铜排在保持优良导电性和导热性的基础上，其强度和韧性也得到了显著提升。
[0026]此外，在挤出铜排后立即采用液氮冷却技术进行快速降温，进一步细化了铜排内部的晶粒结构。这不仅增强了材料的微观均匀性，还促进了力学性能的全面提升。
[0027]本发明采用“上引连铸+连续挤压”的工艺路线，制备出试样的平均晶粒尺寸≤20um，通过细晶强化实现铜排强度和塑性的提升;本发明采用低引入速度和低引出速度制备出的超细晶无氧铜杆为挤压铜排的原坯料，为了进一步细化挤压铜方坯料的晶粒尺寸。随后采用低引入速度和低引出速度制备铜方，以此制备的超细晶铜排表面质量好并且工艺简单，降低耗能，产品的利用率高，稍微清理后即可进行后续加工，有利于提高生产效率。
[0028]为了更好地理解本发明的效果，还进行了以下对比例的实验：
对比例1：
一种获得超细晶铜排的连续挤压工艺，该工艺包括以下步骤：
S1：上引连铸，以电解铜为原料，将其预热烘干后在熔炼装置中进行熔化，采用木炭、石墨鳞片覆盖铜液表面，采用牵引机组上引铜杆;熔炼炉的温度为1150℃，采用烘干的木炭覆盖，木炭覆盖厚度160mm;保温炉的温度为1150℃，采用石墨鳞片覆盖，其覆盖厚度120mm;上引铜杆速度240mm/min，直径为30mm;
S2：连续挤压制备铜杆，以S1中制备的上引连铸的铜杆为原料，采用连续挤压机组生产直径为20mm的铜杆;转速为产品出口温度为350℃-400℃;模具使用前先进行预热，预热温度为500℃，预热时间为2小时;挤压坯料预热温度为750℃，预热时间为2h，连续挤压机转速为2.7r/min;连续挤压机腔体的通道长度为90mm;
S3：连续挤压制备铜排，以S2中制备的连续挤压的铜杆为原料，采用连续挤压机组生产超细晶铜排;模具使用前先进行预热，预热温度为500℃，预热时间为2小时;挤压坯料预热温度为750℃，预热时间为2h;连续挤压机转速为5r/min;连续挤压机腔体的通道长度为90mm;
S4：快速冷却，所得坯料在挤压模具出口进行快速冷却，采用喷射液氮的形式进行冷却，喷嘴间隔为50～60mm，喷嘴与坯料表面间距10～20mm，将坯料快速地从高温冷却到室温，细化晶粒;
S5：将S4中得到的铜排进行拉拔、校直、机加工。
[0029]对比例2：
一种获得超细晶铜排的连续挤压工艺，该工艺包括以下步骤：
S1：上引连铸，以电解铜为原料，将其预热烘干后在熔炼装置中进行熔化，采用木炭、石墨鳞片覆盖铜液表面，采用牵引机组上引铜杆;熔炼炉的温度为1150℃，采用烘干的木炭覆盖，木炭覆盖厚度160mm;保温炉的温度为1150℃，采用石墨鳞片覆盖，其覆盖厚度120mm;上引铜杆速度240mm/min，直径为30mm;
S2：连续挤压制备铜杆，以S1中制备的上引连铸的铜杆为原料，采用连续挤压机组生产直径为25mm的铜杆;模具使用前先进行预热，预热温度为500℃，预热时间为2小时;挤压坯料预热温度为750℃，预热时间为2h;连续挤压机转速为2.7r/min;连续挤压机腔体的通道长度为90mm;
S3：连续挤压制备铜排，以S2中制备的连续挤压的铜杆为原料，采用连续挤压机组生产超细晶铜排;模具使用前先进行预热，预热温度为500℃，预热时间为2小时;挤压坯料预热温度为750℃，预热时间为2h;连续挤压机转速为2.7r/min;连续挤压机腔体的通道长度为150mm;
S4：快速冷却，所得坯料在挤压模具出口进行快速冷却，采用喷射液氮的形式进行冷却，喷嘴间隔为50～60mm，喷嘴与坯料表面间距10～20mm，将坯料快速地从高温冷却到室温，细化晶粒;
S5：将S4中得到的铜排进行拉拔、校直、机加工。
[0030]对比例3：
一种获得超细晶铜排的连续挤压工艺，该工艺包括以下步骤：
S1：上引连铸，以电解铜为原料，将其预热烘干后在熔炼装置中进行熔化，采用木炭、石墨鳞片覆盖铜液表面，采用牵引机组上引铜杆;熔炼炉的温度为1150℃，采用烘干的木炭覆盖，木炭覆盖厚度160mm;保温炉的温度为1150℃，采用石墨鳞片覆盖，其覆盖厚度120mm;上引铜杆速度240mm/min，直径为30mm;
S2：连续挤压制备铜杆，以S1中制备的上引连铸的铜杆为原料，采用连续挤压机组生产直径为20mm的铜杆;模具使用前先进行预热，预热温度为500℃，预热时间为2小时;挤压坯料预热温度为750℃，预热时间为2h;连续挤压机转速为2.7r/min;连续挤压机腔体的通道长度为90mm;
S3：连续挤压制备铜排，以S2中制备的连续挤压的铜杆为原料，采用连续挤压机组生产超细晶铜排;产品出口温度为350℃-400℃，腔体使用前先进行预热，预热温度为750℃，预热时间为2小时;连续挤压机转速为2.7r/min;连续挤压机腔体的通道长度为90mm;
S4：快速冷却，所得坯料在挤压模具出口进行水冷却;
S5：将S4中得到的铜排进行拉拔、校直、机加工。
[0031]实施例1：
一种获得超细晶铜排的连续挤压工艺，该工艺包括以下步骤：
S1：上引连铸，以电解铜为原料，将其预热烘干后在熔炼装置中进行熔化，采用木炭、石墨鳞片覆盖铜液表面，采用牵引机组上引铜杆;熔炼炉的温度为1150℃，采用烘干的木炭覆盖，木炭覆盖厚度160mm;保温炉的温度为1150℃，采用石墨鳞片覆盖，其覆盖厚度120mm;上引铜杆速度240mm/min，直径为30mm;
S2：连续挤压制备铜杆，以S1中制备的上引连铸的铜杆为原料，采用连续挤压机组生产直径为20mm的铜杆;模具使用前先进行预热，预热温度为500℃，预热时间为2小时;挤压坯料预热温度为750℃，预热时间为2h;连续挤压机转速为2.7r/min;连续挤压机腔体的通道长度为90mm;
S3：连续挤压制备铜排，以S2中制备的连续挤压的铜杆为原料，采用连续挤压机组生产超细晶铜排;产品出口温度为350℃-400℃，腔体使用前先进行预热，预热温度为750℃，预热时间为2小时;连续挤压机转速为2.7r/min;连续挤压机腔体的通道长度为90mm;
S4：快速冷却，所得坯料在挤压模具出口进行快速冷却，采用喷射液氮的形式进行冷却，喷嘴间隔为50～60mm，喷嘴与坯料表面间距10～20mm，将坯料快速地从高温冷却到室温，细化晶粒;
S5：将S4中得到的铜排进行拉拔、校直、机加工
三个对比例和实施例制作的铜排的性能对比如下表所述：
表1本发明工艺生产的铜排的性能对比
从上表可以看出采用实施例的工艺以及参数配比生产出来的铜排明显比其他对比例性能高，实现了各向晶粒实现均匀一致，平均晶粒尺寸≤20um;抗拉强度≥450 MPa;屈服强度≥400MPa;延伸率≥20%，并且本发明制备的超细晶铜排表面质量好并且工艺简单，能耗低，产品的利用率高，稍微清理后即可进行后续加工，有利于提高生产效率。
[0032]以上均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。
说明书附图(6)
声明：
“获得超细晶铜排的连续挤压工艺” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
185
编辑：中冶有色网
来源：烟台万隆真空冶金股份有限公司
分享 0
举报 0
收藏 0
反对 0
点赞 0
2025年04月25日 ~ 27日 
