一種上引連續ecap拉拔制備納米高強度銅扁線的方法
【專利摘要】本發明涉及一種制備高強度銅扁線的方法，把冶煉和高效的上引連鑄工藝結合，通過連續等通道彎角擠壓工藝的復合工藝流程，最后通過拉拔工藝獲取高強度納米銅扁線。把冶煉?上引制備的粗晶粒銅桿坯料，利用輥輪提供驅動動力，推進銅桿坯料咬入連續ECAP模具，銅桿坯料在連續ECAP驅動輥輪驅動下穿過連續等通道模具型腔，在坯料穿過模具型腔時，材料發生純剪切變形，在沒有改變材料橫截面積的情況下，實現了材料劇烈塑性變形的高強化和納米化，并且可以通過增加連續ECAP型腔的個數實現等效應變的累積，可以生產不同晶粒細化程度納米等軸組織的高強度納米銅扁線。
【專利說明】
一種上引連續ECAP拉拔制備納米高強度銅扁線的方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種制備高強度銅扁線的方法，把冶煉和高效的上引連鑄工藝結合，通過連續等通道彎角擠壓工藝的復合工藝流程，最后通過拉拔工藝獲取高強度納米銅扁線。
【背景技術】
[0002]我國高速鐵路建設進入快速發展時期，從2004年起步到2015年底為止，運營里程已達1.9萬公里，已經成為世界第一。因而，高鐵的快速發展對我國接觸網導線的力學性能提出了更高的要求。由于銅導線料性能優良，在很多方面作為首選材料。另外，高速列車的牽引變壓器繞組對銅扁線提出了更高的要求，導致銅合金扁線的獲取成為了研究熱點。目前生產高鐵用高強度銅扁線坯料有兩種不同的思路，主要有合金化法和復合材料法兩大類。合金化法是通過添加一定的合金元素，形成固溶體，以獲得高強度高導電的銅扁線。另外符復合材料法人為向銅中加入第二相的顆粒、晶須或纖維對銅基體進行強化，或依靠強化相本身的強度來增大材料強度的方法。但是兩種方法在運用中，受到很大限制，首先第一種方案，由于合金元素的添加，成本提高。另外，添加一些微量元素，或其他雜質的加入，都會不同程度降低銅的導電、導熱性能。而第二種方案是通過加入第二相顆粒，工藝復雜，不利于批量生產。而目前高鐵常用的銅扁線生產工藝是上引連鑄+冷乳+連續擠壓+拉拔以及水平連鑄+冷拉。
[0003]上引法工頻爐本來沒有精煉程序，因而一般情況下，金屬冶煉過程以后，上引法所使用的溶液需根據需要再溶解精煉，這種傳統工藝方法不僅造成能源浪費，還大幅度降低了企業生產效率。而本發明直接通過冶煉精煉獲取滿足要求的溶液，然后和上引工藝結合，連鑄獲得銅桿。本發明通過熔煉+上引+連續ECAP工藝+拉拔精整復合工藝生產高鐵用高強度納米銅扁線。其中上引法作為一種生產無氧銅桿新工藝。其具有先進的工藝技術，優良的產品質量，單位能耗低，生產品種及規格靈活多樣，適應性強，沒有三廢污染，投資少等特點。ECAP工藝的使用使銅扁線的晶粒度可達納米級，實現了細晶強化，在沒有改變材料導電導熱性能的情況下，改善了材料力學性能，保證了銅線具有良好的塑性和較高強度。除此之夕卜，通過熔煉上引一體化，實現了短流程生產，節約了成本，提高了生產效率。相較于傳統的連續擠壓工藝相比，連續ECAP工藝可獲得高強度、塑性好的銅導線，也解決了傳統銅連續擠壓技術對于小截面(<6mm2)，大寬窄比(>1:15)銅扁線產品很難擠壓的缺點。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是:針對上述存在的技術問題，本發明提出了一種多工藝復合的生產方法，通過熔煉和上引工藝的結合，實現了短流程生產粗晶粒銅桿坯料，將獲得的粗晶粒銅桿坯料，通過連續ECAP擠壓制備納米高強度銅線，實現材料的晶粒等軸納米化，提高銅扁線的力學性能。進而，保證銅線即擁有良好的塑性，同時具有高強度、高導電和導熱性的優良性能。最終通過拉拔工藝獲得納米高強度銅扁線。
[0005]本發明專利的技術方案是:本發明是冶煉上引連續ECAP拉拔工藝制備納米銅扁線的方法。工藝過程包括原料的熔煉，然后通過上引法鑄就銅桿，然后通過連續ECAP工藝模具，最后冷拉拔銅扁線成形過程，共三個相應的階段。
[0006]冶煉-上引制備銅桿坯料:將銅液的熔煉、精煉與上引法相結合，首先對銅礦石進行水洗清理、烘干前處理，進行熔煉精煉，獲得銅溶液，然后按照Mg: 2.5%-3.3%余量為Cu的含量進行配置，獲得要求的銅熔液，采用上引工藝獲得銅桿坯料。通過熔煉和上引工藝的結合，實現了短流程生產粗晶粒銅桿坯料，符合綠色生產思想，顯著提高生產效率。
[0007]連續ECAP擠壓制備納米高強度銅扁線工藝:把冶煉-上引制備的粗晶粒銅桿坯料，利用輥輪提供驅動動力，推進銅桿坯料咬入連續ECAP模具，銅桿坯料在連續ECAP驅動輥輪驅動下穿過連續等通道模具型腔，通過輥乳機和劇烈塑性變形型腔這兩個主要組成部分，連續ECAP工藝過程實現了自動化，既可以為坯料提供驅動力，并且輥乳機的使用也保證了材料尺寸精度。另外，在坯料穿過模具型腔時，材料發生純剪切變形，在沒有改變材料橫截面積的情況下，實現了材料劇烈塑性變形的高強化和納米化，并且可以根據需要增添等通道型腔的個數。這樣也就可以生產實現不同晶粒度的高強的高鐵用銅接觸線。
[0008]拉拔工藝獲得納米高強度銅扁線:利用專用的電力銅線牽引機械，通過拉拔口模，生產不同規格的銅扁線，可避免線出現波浪彎的現象，提高了產品質量，獲取了所需的高強度納米銅扁線。
[0009]采用此方案，不僅僅能夠實現了銅扁線短流程生產，而且可以獲得高強度納米銅扁線，因為線通過等通道轉交擠壓，材料發生了劇烈塑性，并利用其良好的塑性解決了傳統連續擠壓無法生產寬窄比較大的銅扁線的情況。
[0010]作為本發明的一種改進，對連續ECAP擠壓制備納米高強度銅扁線工藝，通過增加連續ECAP型腔的個數實現等效應變的累積，可以生產不同晶粒細化程度納米等軸組織的高強度納米銅扁線。
[0011]本發明的有益效果是:本次工藝方案是建立在實際生產之上提出來的生產新型納米高性能銅扁線的工藝方法，通過冶煉和上引方法的結合，實現了短流程生產，減少了能源浪費，提高了企業效益。同時使用連續ECAP工藝，變形過程由驅動乳輥和進料乳輥提供動力，先后通過兩次連續ECAP變形，最終獲得納米高強度銅扁線。在保證高導熱、導電性的情況下，可以獲得平均晶粒度為10nm尺寸以內的高強度且具備良好塑性的銅線，并且實現了自動生產，提高了生產效率，最后通過拉拔工藝可獲得所需規格的銅扁線。
【附圖說明】
[0012]下面是結合附圖和實施例對本發明的具體實施方案進行詳細地說明。
[0013]圖1是本發明冶煉及上引復合工藝圖；
圖2為本發明連續ECAP擠壓制備納米高強度銅扁線工藝圖；
圖3是本發明銅扁線拉拔口模工藝圖。
[0014]上述圖中的標記為:
圖1為本發明的冶煉及上引復合工藝圖1.煙氣出口，2.反應爐，3.爐渣，4.精煉溶液出口，5.冷卻套，6.進水孔，7.出水孔，8.銅桿，9.石墨模，10.銅溶液。
[0015]圖2為本發明的連續ECAP擠壓制備納米高強度銅扁線工藝圖的1.驅動乳輥，2.第一次連續ECAP擠壓模具，3.進料乳輥，4.粗晶粒銅桿，5.驅動乳輥，6.牽引乳輥，7.納米高強度銅線，8.第二次連續ECAP擠壓模具。
[0016]圖3為本發明的銅扁線拉拔口模工藝圖的1.納米高強度銅線，2.銅扁線拉拔口模，3.預應力套圈，4.納米高強度銅扁線。
[0017]本發明并不局限于上述的具體實施形式，凡本領域技術人員不經過創造性勞動所能得到的改進，均屬于本發明的保護范圍內。
【具體實施方式】
[0018](I)冶煉過程:對銅礦石進行水洗清理、烘干前處理，然后如圖1所示，進行熔煉精煉，獲得銅溶液，然后按照Mg: 2.5%-3.3%余量為Cu的含量進行配置，獲得要求的銅熔液。上弓丨法制備銅桿坯料:把步驟(I)獲取的銅熔液，通過圖一中熔液出口4引入到熔池10中，選取標準的石墨模，制備圓形橫截面直徑為17.15_的的銅桿坯料。
[0019](2)連續ECAP擠壓制備納米高強度銅扁線工藝:把步驟(I)制備的圓形橫截面直徑為17.15mm的的銅桿坯料，使用銅線連乳機，并利用乳輥摩擦作為驅動力，使坯料進入連續ECAP擠壓過程，其模具如圖2中2所示，連續ECAP模具型腔橫截面呈矩形結構I Imm X 21mm，輥車L4的驅動速度為20r/min，變形溫度設定為室溫25°C。由圖可看出坯料在此過程中，首先粗晶粒銅桿坯料進入初始驅動乳輥，乳輥提供動力，坯料進入第一次連續ECAP擠壓模型腔2，材料發生劇烈塑性變形，晶粒得到一次細化。隨后坯料進入中間驅動乳輥5，在此驅動乳輥5的驅動力下，坯料進入第二次連續ECAP擠壓模型腔等通道模具型腔8，晶粒再一次得到細化，達到納米晶粒尺寸，最后在后牽引乳輥6作用下，獲得納米高強度銅扁線。
[0020](3)冷拉拔工藝:把步驟(2)制備的納米高強度銅扁線I，在200KN的牽引力下，通過圖3中拉拔口模2進行拉拔精整形，拉拔口模入口橫截面呈矩形結構I Imm X 21mm，出口橫截面呈矩形結構1mmX 20mm，通過拉拔精整形獲可連續獲得得橫截面呈矩形結構1mmX 20mm的高鐵用納米高強度銅扁線。
【主權項】
1.一種上引連續ECAP拉拔制備納米高強度銅扁線的方法，可以通過劇烈塑性變形細化晶粒，提高銅扁線的力學性能，其特征是:把冶煉-上引制備的粗晶粒銅桿坯料，利用輥輪提供驅動動力，推進銅桿坯料咬入連續ECAP模具，銅桿坯料在連續ECAP驅動輥輪驅動下穿過連續等通道模具型腔，在坯料穿過模具型腔時，材料發生純剪切變形，在沒有改變材料橫截面積的情況下，實現了材料劇烈塑性變形的高強化和納米化，并且可以通過增加連續ECAP型腔的個數實現等效應變的累積，可以生產不同晶粒細化程度納米等軸組織的高強度納米銅扁線。2.根據權利要求1所述的一種上引連續ECAP拉拔制備納米高強度銅扁線的方法，其特征是:通過熔煉和上引工藝的結合，實現了短流程生產粗晶粒銅桿坯料，將獲得的粗晶粒銅桿坯料，通過連續ECAP擠壓制備納米高強度銅線，最終通過拉拔工藝獲得納米高強度銅扁線。3.根據權利要求1所述的一種上引連續ECAP拉拔制備納米高強度銅扁線的方法，其特征是:銅桿坯料的直徑為17.15mm，輥輪的驅動速度為20r/min，變形溫度設定為室溫25°C，變形過程由驅動乳輥和進料乳輥提供動力，先后通過兩次連續ECAP變形，連續ECAP模具型腔橫截面呈矩形結構IlmmX 21mm，通過牽引乳輥牽引，最終獲得得橫截面呈矩形結構1mmX 20_的高鐵用納米高強度銅扁線。
【文檔編號】H01B13/00GK106098246SQ201610426530
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月16日
【發明人】徐淑波, 張小東, 徐愛青, 劉鵬, 范小紅, 林曉娟
【申請人】山東建筑大學