熱型連鑄銅合金工藝

1、熱型連鑄銅合金的概述匯報(bào)人 趙猛 鐘江偉 1，熱型連鑄的基本概念 2，熱型連鑄的發(fā)展現(xiàn)狀 3，熱型連鑄銅合金的工藝影響因素 4，熱型連鑄銅合金的生產(chǎn)設(shè)備 5，熱型連鑄的局限性1 熱型連鑄的概念 1.1 熱型連鑄工藝提出 熱型連鑄技術(shù)，又0.C.C(OhnoContinuousCasting)， 是由日本千葉工業(yè)大學(xué)的大野篤美教授(AOhno)1978年發(fā)明，并于1986年首次發(fā)表，它是一項(xiàng)把先進(jìn)的定向凝固技術(shù)與高效的連鑄技術(shù)相結(jié)合的新型金屬近凈成型技術(shù)，為研發(fā)新型功能材料開辟了一個(gè)新的途徑。 1.2 熱型連鑄工藝的原理 根據(jù)大野篤美教授所提出的“結(jié)晶游離論”。他認(rèn)為：如果將傳統(tǒng)連鑄中的冷鑄型改

2、為加熱的鑄型，則可阻止晶粒在鑄型壁上的形核，鑄錠的凝固依靠引錠棒端晶粒的不斷長大，從而可獲得單向凝固的柱狀晶連續(xù)鑄錠。此外，由于單向凝固過程中晶粒的競爭生長機(jī)制，若條件控制適合，就可以獲得完全的單晶鑄錠，實(shí)現(xiàn)單晶的連鑄生產(chǎn)。1.3 熱型連鑄與傳統(tǒng)連鑄對(duì)的區(qū)別傳統(tǒng)連鑄與熱型連鑄原理示意圖 O.C.C連鑄技術(shù)與傳統(tǒng)連鑄工藝的區(qū)別在于：O.C.C連鑄技術(shù)的鑄型不是強(qiáng)制冷卻，而將鑄型加熱到被鑄造金屬的液相線溫度之上，避免在鑄型壁上發(fā)生結(jié)晶；通過鑄型外的冷卻裝置對(duì)鑄錠噴水進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，使金屬液的熱量沿拉鑄方向由鑄型出口向冷卻區(qū)傳輸。合理的控制鑄型的加熱溫度、冷卻強(qiáng)度以及拉鑄速度等參數(shù)，可使凝固的固，液界

3、面保持在離鑄型的出口35mm附近，從而使金屬液在鑄型出口端凝固并被連續(xù)拉出。2 熱型連鑄的發(fā)展現(xiàn)狀 熱型連鑄技術(shù)作為新型的成形技術(shù)，成為研發(fā)新型功能材料及近凈成型的重要方法，主要用來研制用于音頻傳輸導(dǎo)線的金屬單晶材料(單晶銅和單晶鋁等)、用于硬質(zhì)合金和不銹鋼的特種焊接材料、優(yōu)質(zhì)銅合金管材和用于集成電路的封裝材料鍵合線等。由此可見，研發(fā)熱型連鑄新產(chǎn)品和新裝備，具有十分顯著經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，符合國家產(chǎn)業(yè)技術(shù)政策，技術(shù)含量高、創(chuàng)新性強(qiáng)、產(chǎn)品附加值高并滿足電子通訊行業(yè)快速發(fā)展需求，能夠替代同類進(jìn)口產(chǎn)品降低成本，提高我國電氣和電子行業(yè)的國際競爭力，縮短與先進(jìn)國家的技術(shù)差距，具有明顯的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義。

4、熱型連鑄應(yīng)用的領(lǐng)域主要有：制備金屬單晶材料，復(fù)雜截面形狀的管件，制備高強(qiáng)度高導(dǎo)電性能銅。真空熱型連鑄爐銅管熱型連鑄連軋全套生產(chǎn)線3 熱型連鑄銅合金工藝影響因素 熱型連鑄工藝的技術(shù)關(guān)鍵是避免凝固界面附近的側(cè)面散熱,維持很強(qiáng)的軸向散熱,創(chuàng)造一個(gè)良好的定向凝固條件,并使金屬與鑄型保持液態(tài)接觸,保證固液界面的穩(wěn)定性。這就要在鑄型的出口端與冷卻區(qū)之間造成懸殊的溫度差和高的溫度梯度,使型內(nèi)的金屬液的熱量主要沿拉鑄方向單向傳遞,造成有利于單向凝固的條件,同時(shí)嚴(yán)格控制鑄型出口處的靜壓頭以保證金屬液能夠靠表面張力維持形狀,不至于變形或漏液。 因此熱型連鑄工藝的主要控制參數(shù)有:鑄型出口溫度、冷卻距離(噴水處到鑄型

5、出口的距離)、拉鑄速度、金屬液壓頭等。合理控制這些工藝參數(shù),使他們綜合作用的結(jié)果將固液界面的位置保持在鑄型出口處,并保持鑄件截面形狀。 以制備單晶銅棒為例，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，想得到表面光滑的單晶銅棒，熱型連鑄的工藝參數(shù)設(shè)定如下：在純銅熱型連鑄試驗(yàn)中，當(dāng)鑄型出口溫度為11350C、拉鑄速度為74mms、冷卻距離為20mm時(shí)，能夠拉鑄出表面良好的準(zhǔn)單晶銅棒材。1.4 熱型連鑄銅合金的生產(chǎn)設(shè)備1.4 熱型連鑄銅合金的生產(chǎn)設(shè)備 設(shè)備的主要組成部分包括：熔化保溫爐，鑄型加熱爐、冷卻系統(tǒng)、牽引系統(tǒng)及控制系統(tǒng)等。 1 熔銅爐選擇中頻無心感應(yīng)電爐，保溫爐選用工頻有芯感應(yīng)爐 2 鑄型加熱爐是熱型連鑄設(shè)備的關(guān)鍵部件，其

6、主要功能是對(duì)鑄型內(nèi)的銅液保溫，避免在銅液在鑄型內(nèi)壁行核并成長為雜晶，鑄型加熱爐與冷卻系統(tǒng)相配合，使銅液在離開鑄型時(shí)凝固，此時(shí)，固一液界面為指向熔體的凸形。 鑄型加熱爐選用內(nèi)輻射方式加熱的高溫電阻爐。 水冷套結(jié)構(gòu)示意圖鑄型加熱爐結(jié)構(gòu)示意圖 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則有： 1）由于冷卻距離的對(duì)冷卻強(qiáng)度的影響遠(yuǎn)大于冷卻水量，所以冷卻距離要盡量小，以提高溫度梯度。 2）提高冷卻強(qiáng)度，冷卻水量要適中，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要避免冷卻水濺到鑄型上，發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)。 3）冷卻距離是影響熱型連鑄的重要因素，此外冷卻器安放位置不當(dāng)會(huì)影響鑄棒表面的質(zhì)量，因此，冷卻器的安放要方便在三個(gè)方向上的調(diào)節(jié)。 牽引系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則： 1）牽

7、引裝置能夠完成對(duì)不同直徑線材的牽引； 2）牽引裝置的牽引速度能在一定范圍內(nèi)無級(jí)的連續(xù)變化； 3）牽引裝置的機(jī)械性能必須穩(wěn)定，任何不規(guī)則的變動(dòng)都會(huì)在銅桿表面形成波紋，并且具有遺傳性，嚴(yán)重影響鑄錠的質(zhì)量； 4）牽引裝置的夾緊力要適當(dāng)并可以調(diào)節(jié)，避免出現(xiàn)打滑、跳動(dòng)和震動(dòng)。 控制系統(tǒng)包括溫度控制系統(tǒng)和拉鑄速度控制系統(tǒng) 1）溫度控制系統(tǒng) 為了保證固，液界面的穩(wěn)定，獲得高質(zhì)量的柱狀晶鑄錠，因此對(duì)鑄型內(nèi)金屬液的溫度的控制精度要求高并且波動(dòng)小。 2）拉鑄速度控制系統(tǒng) 拉鑄速度的控制用變頻調(diào)速電源來完成。通過調(diào)整面板上的電機(jī)輸入中源的設(shè)定頻率來實(shí)現(xiàn)不同的連鑄速度。1.5 熱型連鑄的局限性 熱型連鑄技術(shù)雖然有很多優(yōu)點(diǎn),但是它也有不足之處。 首先,對(duì)各個(gè)工藝參數(shù)控制精度要求很高,調(diào)整這些工藝參數(shù)達(dá)到最合適的情況以確保固液界面位置穩(wěn)定比較困難,在實(shí)際生產(chǎn)中容易發(fā)生拉漏等事故。 其次,熱型連鑄工藝生產(chǎn)效率低下,即使是小直徑鑄錠(12 mm)一般的拉鑄速度也不過每分鐘百十毫米,加上其較高的能耗,生產(chǎn)成本較高,不適合在企業(yè)中推廣應(yīng)用。 要想推廣使用熱型連鑄技術(shù),必須對(duì)其工藝設(shè)備進(jìn)行改進(jìn),更加深入系統(tǒng)地研究工藝參數(shù)對(duì)生產(chǎn)過程的各種影響,使這些工藝參數(shù)的控制精度更高,并使這些工藝參數(shù)能夠更好地協(xié)調(diào),