[发明专利]一种锌基合金异形管材的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锌基合金异形管材的制备方法，属于有色金属加工成形领域。

背景技术

铜及铜合金作为重要的原材料，在电力、电子、通讯、航空、航天、交通等领域广泛地应用。随着国民经济的高速发展，我国已成为世界铜资源消费第一大国，但我国的铜资源十分贫乏，近年来自给率严重不足，已影响到我国铜工业和相关产业的持续健康发展。因此，研究开发其它新型金属材料来替代铜合金材料、节约铜资源，已迫在眉睫。

锌的矿物储量、产量和用量在有色金属中仅次于铝和铜。我国锌资源非常丰富，锌基合金制备工艺简单，能耗低，污染小。高性能锌合金材料具有比重轻（约6吨/m³，而铅黄铜约8.3吨/m³）、强度适中、硬度高、成本低的特点。其强度、硬度、摩擦等性能与铜合金相近。因此，研究开发新型锌合金，以廉价的锌代替昂贵的铜是一种较为理想的选择，也是缓解国内铜资源紧张的最有前途的解决方法，具有显著的经济效益和社会效益。

锌合金异形管材主要用于通讯连接器、制笔、卫浴和五金等行业，替代部分黄铜异形管材。目前，锌合金异形管材主要通过锌合金的实心型材机加工制造，存在材料利用率低，成本高，生产效率低等问题。

发明内容

本发明的目的在于解决锌基合金异形管材的制备加工技术中存在的问题，提供一种短流程、低成本的锌基合金异形管材的制备加工新方法。本发明以Zn-Al系列、Zn-Cu系列等锌合金为研究对象，采用分流组合模热挤压，制备出近终尺寸的异形管材，或直接生产管壁较厚的异形管材。挤压异形管坯经固定短芯杆拉拔，获得成品异形管材。锌合金铸锭的柱状晶和树枝晶在热挤压过程中被破碎，组织得到细化，显著提高材料的综合性能。利用该方法制备锌合金异形管材具有工序少，流程短，生产效率高，成本低等优点。制备的锌合金异形管材可替代部分黄铜异形管材。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种锌基合金异形管材的制备方法，包括如下步骤：

（1）将半连铸锌合金铸锭，机加工后，在Gleeble热模拟试验机上进行高温压缩试验，建立锌合金的本构方程和加工图，获得锌合金适宜加工的变形条件；

（2）在锌合金适宜加工的变形条件下，选择热挤压工艺参数；根据异形管材的尺寸，初步设计分流组合模；然后采用有限元数值模拟优化设计分流组合模的结构和挤压工艺；

（3）将半连铸锌合金铸锭在感应炉中加热，采用步骤（2）优化的分流组合模和挤压工艺进行挤压，获得近终尺寸的异形管坯或成品尺寸的异形管材；

（4）将步骤（3）所得的异形管坯进行固定短芯杆拉拔，获得成品尺寸的异形管材；

（5）将步骤（4）所得的异形管材进行清洗和热处理；

（6）然后进行矫直，获得成品管材。

一种优选的技术方案，其特征在于：所述的锌合金为Zn-Al系列、Zn-Cu系列等锌合金。

一种优选的技术方案，其特征在于： 所述的锌合金为Zn-Al-Cu系列或Zn-Cu-Ti系列锌合金，Zn-Al-Cu系列锌合金中Al的含量为2～20 wt.%，Cu的含量为0.1～2 wt.%；Zn-Cu-Ti系列锌合金中Cu的含量为0.1～4 wt.%，Ti的含量为0.1～2 wt.%。

一种优选的技术方案，其特征在于：步骤（1）中所述的高温压缩试验中，高温压缩的温度范围为200～420℃，温度间隔为40℃，应变速率范围为0.001～10s^-1；所述的适宜加工的变形条件为热加工温度范围为200～380℃，应变速率范围为0.01～5s^-1。

步骤（2）中采用有限元数值模拟优化设计分流组合模结构和挤压工艺，为分析挤压工艺参数和模具结构对锌合金挤压温度场、应力场以及应变速率场等相关场量梯度分布的影响，以及对变形均匀性和挤压出口温度的影响规律，在此基础上确定合理的挤压工艺参数和模具结构。

一种优选的技术方案，其特征在于：步骤（2）中所述的分流组合模的分流孔数为三孔、四孔或六孔，分流桥结构为固定式分流桥，分流桥截面形状为矩形和水滴形。

一种优选的技术方案，其特征在于：步骤（2）中优化的挤压工艺为：挤压比为20～60，挤压温度为220～380℃，挤压速度为1mm/s～15mm/s，模具预热温度为180～380℃。

一种优选的技术方案，其特征在于：步骤（3）中所述的挤压工艺参数和分流组合模结构，为步骤（2）优化的挤压工艺参数和模具结构。