1、黄铜的典型生产工艺,黄铜的典型生产工艺,黄铜生产的典型生产工艺,矿砂 废铜,冶炼,铸造,型材生产,低温应力退火,机加工,再结晶 退火,热锻,1.黄铜生产的典型生产工艺-冶炼,黄铜通常使用电弧炉(单相)进行冶炼, 主要原料为铜矿石和废铜,冶炼:就是将矿石/废金属加热到熔点以上变成液体,去处杂质后得到需要的熔融成分的工艺过程;,矿砂,冰铜 （ Cu2S+FeS 含铜约50%）,黄铜,粗铜 （ Cu2O+Cu2S 含铜量约98 ）,精铜,2. 黄铜生产的典型生产工艺-铸造,黄铜的铸造通常有模铸和连铸,2.1 模铸: 按形状要求制成砂模/蜡模, 然后浇铸成型 优点 : 传统的工艺方式,可以浇铸比较复杂
2、的形状, 工艺简单, 适于小批量生产; 缺点 : 每浇一次要做模具、冷却再脱模，占地面积大，时间比较长生产效率低; 用于棒材的生产, 需要剥除表面较厚的缺陷层(扒皮), 成品率偏低;,铸造:将熔融金属浇入铸型,凝固后获得一定形状、尺寸、成分、组织和性能铸件的 成形方法.,砂模,脱蜡铸膜,2. 黄铜生产的典型生产工艺-连铸,2.2 连铸: 连续铸造, 适用于批量生产 优点 : 工艺简单, 成材率高, 易于实现自动化批量的生产 缺点 : 只能生产型材,3. 黄铜生产的典型生产工艺-型材生产,黄铜棒材的生产通常有轧制,拉拔和挤压成型,3.1 轧制:靠旋转的轧辊和坯料之间的形成的摩擦力将坯料拖进轧辊缝
3、隙之间，使之压缩 塑性变形以得到希望的形状，性能的成型工艺,特点: 生产效率高, 但尺寸精度较低(和拉拔挤压比较）, 常用于粗坯的生产; 可生产棒,管,球等型材的生产;,黄铜生产的典型生产工艺-挤压,3.2 挤压 所谓挤压，就是对放在容器（挤压筒）内的金属锭坯从一端施加外力，强迫其从特定的模孔中流出，获得所需要的断面形状和尺寸的制品的一种塑性成型方法。,按方式又分为正向挤压（简称正挤压）和反向挤压（简称反挤压）。,3.2.1 挤压生产的优缺点,黄铜生产的典型生产工艺-挤压,缺点： （1）几何废料损失大； （2）金属流动不均匀 （3）挤压速度低，辅助时间长 （4）工具损耗大，成本高。,优点： （
4、1）具有最强烈的三向压应力状态； （2）生产范围广，产品规格、品种多； （3）生产灵活性大，适合小批量生产； （4）产品尺寸精度高，表面质量好；,适用范围 （1）品种规格繁多，批量小； （2）复杂断面，超薄、超厚、超不对称; （3）低塑性、脆性材料。,黄铜生产的典型生产工艺-拉拔,3.3 拉拔工艺是铜材生产的最典型生产工艺,拉拔就是在外力作用下，迫使金属坯料通过模孔，以获得相应形状、尺寸的制品的塑性加工方法，,根据拉拔制品的断面形状，可将拉拔方法分为实心材拉拔和空心材拉拔。 实心材包括线材、棒材和型材；空心材包括管材和空心异形型材。,链式拉拔机,圆盘拉拔机(拉丝机),3.3.1 拉拔法的优缺点
5、 优点 ： （1）尺寸精确，表面光洁度高。 （2）设备简单，维修方便，在一台设备上可以生产多种品种、规格的制品。 （3）适合于各种金属及合金的细丝和薄壁管生产，规格范围很大。 丝（线）材：100.002mm； 管材：外径0.1500mm；壁厚最小达0.01mm；壁厚与直径的比值可达到1：2000。 （4）对于不可热处理强化的合金，通过冷拔，利用加工硬化可使其强度提高。 缺点 ： （1）受拉拔力限制，道次变形量小，往往需要多道次拉拔才能生产出成品。 （2）受加工硬化的影响，两次退火间的总变形量不能太大，从而使拉拔道次增加，降低生产效率。 （3）由于受拉应力影响，在生产塑性低、加工硬化程度大的金属
6、时，易产生表面裂纹，甚至拉断。 （4）生产扁宽管材和一些较复杂的异形管材时，往往需要多道次成型。,黄铜生产的典型生产工艺-拉拔,3.3.2 实心材拉拔,拉拔时金属的变形流动在一定程度上与挤压相似，其坐标网格在拉拔前后的变化情况也与挤压时基本相同，但其变化比挤压时简单，金属流动的不均匀性也比挤压时小。 变形区内金属的变形规律：外层金属的延伸变形比内层的大；外层金属的压缩变形也大于中心层。,黄铜生产的典型生产工艺-拉拔,3.3.3.1 衬拉,黄铜生产的典型生产工艺-拉拔,特点 （1）内表面与芯头有摩擦力，其方向与拉拔方向相反，使l增加，拉拔力比空拉时大。 （2）变形比空拉时均匀。 （3）管材内表面
7、质量比空拉时的好。 （4）当芯杆过长、过细时，易产生弯曲，使芯头在模孔中难以固定在正确位置上。同时，易引起“跳车”，在管材表面出现“竹节”状缺陷。,3.3.2 空心材拉拔,3.3.3.1 空拉 空拉时，管材的壁厚尺寸在变形区中是变化的。受不同因素的影响，可以变薄、变厚或基本不变。,黄铜生产的典型生产工艺-拉拔,某一点的径向主变形 r是延伸还是压缩或为0，主要取决于rm m =（l +r +）/ 3 当r -m 0，即r （ l + ）/2时，r为正，管壁增厚。 当r -m =0，即r =（ l + ）/2时， r为0，管壁厚不变。 当r -m 0，即r （ l + ）/2时， r为负，管壁减薄
8、。,3.3.2 空心材拉拔,影响空拉时壁厚变化的因素,黄铜生产的典型生产工艺-拉拔,（2）减径量的影响 减径量越大，壁厚的变化也越大。在总减径量不变的情况下，多道次空拉的增壁量大于单道次的增壁量；多道次空拉的减壁量小于单道次的减壁量。,（1）相对壁厚的影响 对于外径D相同的管坯，增加壁厚S将使金属向中心流动的阻力增大，从而使管壁增厚量减小。 对于壁厚相同的管坯，增加外径，减小了“曲拱”效应，使金属向中心流动的阻力减小，使管坯空拉后壁厚增加的趋势加强。 一般：当D /S7.6（6）时，增壁； 当D /S=3.67.6（56）时，可能出现增壁、减壁或不变,（3）模角的影响 随着模角增大，拉拔应力发
9、生变化，并且存在着一最小值，其相应的模角称为最佳模角。如果模角变化使拉拔应力 l增大，就会导致增壁过程中的增壁趋势减小；减壁过程中的减壁趋势增大。 （4）定径带长度h、摩擦系数f、拉拔速度v的影响 增大h、f、v，都会使拉拔应力l增大，导致增壁时的增壁趋势减小；减壁时的减壁趋势增大。,4. 黄铜生产的典型生产工艺-锻造,锻造是一种利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件的加工方法;,黄铜锻造的目的: 1. 将胚料锻成具有金属流线的各种制品形状 , 节省材料和时间 (相比机加工); 2. 破坏粗大铸造组织，使之细粒化，并使胚料中微小空隙压着（加强
10、密合度）以提高材料致密性和机械性能;,锻造按锻造方式可分为模锻和自由端,1.模锻简介： 利用模具使毛坯变形而获得锻件的锻造方法 特点：与自由锻相比，模锻具有锻件精度高、流线组织合理、力学性能高等优点，而且生产率高，金属消耗少，并能锻出自由锻难以成形的复杂锻件。受设备吨位的限制，模锻件不能太大，一般重量不超过 150kg。 模锻分类： 按模具类型模锻可分为开式模锻（有飞边模锻）、闭式模锻（无飞边模锻）和多向模锻等；,4. 黄铜生产的典型生产工艺-锻造,黄铜为什么要在高温下锻造 : 1.黄铜在室温和高温下均有良好的塑性, 但在高温下流动性更好,降低金属的变形抗力，既增加金属的可锻性，使金属易于流动
11、成形，并使锻件获得良好锻后组织和力学性能, 因此投资比较小; 2.黄铜虽然在室温和高温下具有良好的塑性, 但存在中温脆性区, 所以锻造温度范围窄,温度控制至关重要, 通常温度需要控制在680-750 (以HPb59-1为例);,下料： 基于模具设计和材料重量，选用合适的外径并剪断的设计长度；,4. 黄铜生产的典型生产工艺-锻造,黄铜锻造的基本工艺,加热： 将原材料加热到设计的锻造温度；,按Cu-Zn相图， 在单相B区锻造，虽有很好的热加工流动性， 但B相极易长大，粗大晶粒的晶界使锻造性能大为降低。在A+B温度区锻造，随A相比例的增多，针状的A相越细越不利于锻造，所以最理想的锻造温度区应该是A+
12、B/B相区界线略偏下；,HPb59-1铜含量从57%-60% ,铜含量变化直接影响锻造温度的选择；,加热的要求 （1）在金属材料所允许的导热性和内应力的条件下，以最快的速度加热到预定的温度，提高效率，节约能源。 （2）尽可能减少加热金属吸收有害气体，如氧、氢、氮 等气体，减少氧化等缺陷，提高加热质量。 （3）在低温加热阶段，要防止因加热不当引起的材料裂 纹等，,4. 黄铜生产的典型生产工艺-锻造,黄铜锻造的基本工艺,加热： 将原材料加热到设计的锻造温度；,火焰加热,电感加热,隧道炉加热,锻造： 将加热的原材料通过模具锻造成型,形成裂纹的组织分析 锻造成形中的裂纹一般产生于晶界或相界处。（1）材
13、料中由冶金和组织缺陷处应力集中而产生裂纹。在原材料的缺陷处，如缩孔、残余缩孔、疏松、夹杂物等的尖角处，特别是第二相的尖角处容易产生微观裂纹，进而发展成宏观裂纹。（2）第二相及夹杂物本身的强度低和塑性低而产生裂纹。（3）第二相及非金属夹杂与基体之间在力学性能和理化性能上有差异而产生裂纹。 （4）由温度应力及组织应力引起的裂纹 当加热或冷却时由于坯料内部温度部均匀造成热胀或冷缩不均匀而引起的内部应力称为温度应力或热应力。,4. 黄铜生产的典型生产工艺-锻造,锻造过程中出现的缺陷 在锻造成形过程中，由于加热不当产生的缺陷主要有过热、过烧、加热裂纹、铜脆、脱碳、增碳等； 由于锻造工艺不当产生的缺陷主要有晶粒粗大、晶粒不均匀、折叠、裂纹（十字裂纹、表面龟裂、飞边裂纹、分模面裂纹、孔边龟裂等）、带状组织等； 由于锻后冷却不当产生的缺陷主要有冷却裂纹、网状碳化物等； 由于锻后热处理不当产生的缺陷主要有硬度过高或过低，硬度不均匀等。,锻
