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        稀土添加劑對上引鑄造無氧銅桿組織的影響

        2020-09-16

        稀土添加劑(CURE-20)對上引鑄造無氧銅桿組織的影響大嗎?稀土添加劑對上引鑄造無氧銅桿除了組織的影響,還有哪些影響呢?上引鑄造生產的無氧銅桿具有“純度高、含氧量低、抗拉強度、伸長率高、電導率高、加工性能良好”等的優勢。該方法生產的無氧銅桿已經迅速取代了普通電工用圓銅桿。稀土添加劑是一種以優質的電解銅為基體,然后在混入單一或混合稀土金屬熔煉而成的制劑。稀土添加劑的生方法包括:將電解銅在中頻爐中熔化,然后加入碎玻璃和氯鹽,為此除氣造渣,一旦銅液溫度到達要要求,就加入稀土,通過攪拌靜止就形成了稀土添加劑。知道了稀土添加劑的生產方法,我們現在馬上來介紹下“稀土添加劑對上引鑄造無氧銅桿組織的影響”。

        無氧銅桿

          上引鑄造無氧銅桿工藝的原理:即熔煉爐中的銅液由過槽移至保溫爐,在保溫爐的上方接入石墨結晶器,并在一定的牽引力作用下,銅液上引至結晶器而凝固成桿,這便是上引鑄造無氧銅桿的基本原理。

        上引鑄造無氧銅桿的基本原理

          稀土添加劑在上引鑄造無氧銅桿應用中的優勢?稀土添加劑的加入方法簡單、工藝操作方便,無毒、無害,不腐蝕工具和設備,且添加劑量小,在上引鑄造無氧銅桿中的加入量一般以熔體的0.010%~0.02%為宜。

          稀土添加劑(CURE-25)對上引鑄造無氧銅桿的作用?

          1、稀土添加劑(CURE-20)由于具有較好的脫氧脫硫作用,且能去除銅液中的有害雜質,從而純化了銅液,并由此改善和提高了用紫雜銅生產的無氧銅桿的導電性。

          2、稀土添加劑能有效地細化晶粒和改善結晶組織,特別是消除無氧銅桿柱狀晶的效果明顯。

          稀土添加劑對上引鑄造無氧銅桿組織的影響?與一般的上口敞流澆鑄相反,上引鑄造無氧銅桿是自上而下凝固,其形成的液穴形狀則呈倒錐形。由于上引無氧銅桿的直徑較小(一般為φ12mm~φ16mm),結晶冷卻速度較快,因此無氧銅桿邊部與中部的溫度梯度小。由此,其液穴較淺,且呈扁平狀,最終導致鑄桿中部的等軸晶區很小,其結晶組織大都為柱狀晶。眾所周知,柱狀晶區的脆性較大,尤其是在柱狀晶的交界面上由于富聚雜質就更脆,在冷加工變形時就很容易沿交界面破裂。因此這種組織的上引鑄造則很難滿足后道拉伸工序的要求,往往導致拉絲斷裂。再觀察加入稀土添加劑后的無氧銅桿斷面,發現晶粒獲得了明顯的細化,且基本上消除了柱狀晶區,即大部分為均勻、細小的等軸晶。究其原因,主要是因為稀土添加劑能與銅液中的某些低熔點雜質形成難熔化合物并呈彌散狀態所致。其次,這些難熔化合物的某些極微細顆粒常懸浮于熔體之中而成為彌散的結晶核心,由于晶粒數目顯著增多,晶粒則因此而獲得了細化。這可能是稀土添加劑能抑制柱狀晶的生長和細化晶粒的作用機理。而將此種組織的無氧銅桿做拉絲試驗,即使拉至0.08mm也不至于拉斷。由此可以看出,經稀土添加劑變質后,無氧銅桿的拉伸性能獲得了較好的改善。

          稀土添加劑(CURE-25)對上引鑄造無氧銅桿的其它影響?

          1、稀土添加劑對上引無氧銅桿的除氣作用:與一般的敞流澆鑄比較,上引鑄造由于其密封性能較好,因此從環境中吸收氣體的可能性很小,所以一般來說無氧銅桿的含氣量較少。一旦氣體進入保溫爐中卻又很難排出,一般呈分散氣孔的形式存在于鑄桿中,所以在上引鑄造過程中必須杜絕氣體進入熔體。但在實際生產中要做到這一點是不大可能的,因為氣體來源于氫氣、氧氣、水蒸氣、一氧化碳以及二氧化碳等,它們既可隨爐料帶入;也可由工藝操作不當而引起。由此可見,在上引鑄造中除了加強工藝操作外,還必須做好精煉工作。試驗表明,選擇稀土添加劑作為上引鑄造的精煉劑是適宜的。這是由于一方面稀土與氧的親和力遠大于銅與氧的親和力;另一方面還能與其生成高熔點的稀土氧化物,其密度也要比銅液小得多,它將呈固相上浮于銅液表面而進入渣相,這便是稀土添加劑能脫氧的理論依據。觀察加入稀土添加劑前后的無氧銅桿斷面發現,加入前,無氧銅桿斷面的氣孔分散地分布于柱狀晶和中心等軸晶交界的環形區域內;而加入后的無氧銅桿的斷面則無規律地存在極少量的氣孔。由此可見,稀土添加劑在上引鑄造無氧銅桿中具有較好的脫氧效果。

          2、稀土添加劑對上引鑄造無氧銅桿導電性能影響:無氧銅桿是生產優質電線電纜的基礎材料之一,它不僅需要有良好的力學性能,而且還應當具備有良好的導電性能。目前,國內的無氧銅桿生產廠家大都采用電解銅作為原料,這正是為了確保無氧銅桿良好的導電性。但為了降低生產成本,提高產品的市場競爭能力,有些廠家便摻入一定比例的紫雜銅生產無氧銅桿,結果不是影響拉絲的塑性,就是導致電阻超標,究其原因,便是紫雜銅中的某些雜質元素所致。眾所周知,所有雜質均不同程度地影響導電性,一般情況下,固溶于銅的元素影響較大,而呈第二相析出的元素影響較小。因此,盡管紫雜銅中的雜質元素不高,但卻能嚴重地影響銅的導電性(如磷、砷、鉛、鉍等)。那么,幾乎不固溶于銅的稀土添加劑卻具有良好的除去銅中雜質的作用。其主要機理為,稀土添加劑能與銅中的鉛、鉍、磷等低熔點雜質元素起作用,形成高熔點的稀土化合物和金屬化合物,由于它們的熔點均比銅的熔點高,因此在熔煉過程中可保持固體狀態,與熔渣一道由銅液中排出,從而達到去除銅液中雜質的目的。據此,我們全部采用紫導銅作為爐料,并加入適量的稀土添加劑生產的上引鑄造無氧銅桿,經測試其導電率仍然可以達到96%IACS以上。由此可見,稀土添加劑由于能較好的去除銅液中的有害雜質,從而改善了紫雜銅無氧銅桿的導電性。

        上引鑄造無氧銅桿

          上引鑄造無氧銅桿工藝的注意事項有哪些呢?

          1、銅液的質量控制。由于熔煉爐常采用弱還原性氣氛熔煉,因此應該采用優質的陰極銅為原料。熔煉爐和保溫爐內的熔池,都可以采用干燥的木炭或鱗片石墨作覆蓋劑,以隔絕空氣和保護熔體。

          2、鑄造溫度。熔煉爐與保溫爐的銅液溫度應該基本一致。穩定的溫度控制,對上引連鑄無氧銅銅桿穩定的鑄造過程非常有利。

          3、上引速度。上引連鑄速度除與結晶器結構和系統的冷卻能力有關外,亦與上引牽引機構有關。系統的冷卻能力越大,上引銅桿線徑越小,上引的速度也就越快。機構控制精度越高、運行越穩定,越有利于引拉速度的提高。

          4、冷卻強度。通常,上引鑄造銅桿時結晶器的進水溫度可以控制在20~32℃,水流量可以控制在18~35L/min。

          知道了“稀土添加劑對上引鑄造無氧銅桿組織的影響”,我們就介紹下上引鑄造無氧銅桿工藝的影響因素及解決措施?

          1、原材料:

          (1)電解銅中的雜質及微量元素的影響:電解銅中的雜質及微量元素對無氧銅桿的導電性能和組織性能有強烈的影響,同時對其壓力加工性能也有影響。例如,銅中所有雜質和微量元素都不同程度地降低銅的導電性和導熱性,而多元素對銅的導電性的影響相當于各個單元素影響的總和。在銅中溶解度較大的元素有Al、Fe、Ni、Sn、Cd、Zn、Au、Ag、As和Sb等,這些元素對銅的壓力加工性能影響不大,但對銅的導電性和導熱性影響較大;溶解度極小但危害極大的雜質元素有Bi、Pb、Se,它們與銅形成易熔共晶,使銅產生熱脆性或冷脆性,嚴重影響銅的壓力加工性能;0、S、Te等雜質幾乎不溶于銅,而與銅形成熔點較髙的脆性化合物(Cu2O、Cu2s、、CuTe)劇烈降低銅的塑性,影響銅的加工性能。由此可見,原材料的質量直接決定銅桿的質量。因此一定要按照原材料的最要求采購電解銅,凡是進廠的電解銅一定要有嚴格的化學成分分析報告,主要成分達不到要求和雜質超標的嚴禁入爐。

          (2)電解銅表面質量的影響:

         ?、匐娊忏~表面銅豆多時,氫含量髙,在高溫下產生氣體,因此要求電解銅表面致密;

         ?、陔娊忏~表面不允許有開花粒子,因為其中砷、銻、鉍、鉛等雜質含量較多,在后續清洗中亦無法淸除。這些雜質降低銅桿的導電性能和塑性;

         ?、垭娊忏~表面酸洗不凈,含有大景的銅綠時則入爐后便會產生化學反應:

          CuS04·5H2O→CuO+SO2+H2O

          反應生成的S04與銅液表面覆蓋的木炭及CO氣體反應生成S存在銅液中,由于S的存在,會顯著降低銅桿的熱態和冷態加工塑性,使銅桿變脆;CuO可與C、C0反應生成Cu2O高熔點脆性化合物,也會降低銅的塑性,含量高時會使銅桿拉伸時產生毛剌。

          2、熔化:為提高鑄件質量,減少桿材廢品率和斷頭率,必須有效地防止混入熔體內。這是因為這些氣體溶于金屬液后,其溶解度隨著溫度降低而減小,在金屬凝固時析出從而在鑄桿中形成氣孔。當銅桿拉伸時,在一定的拉應力作用下,氣孔處出現應力集中而成為微裂紋源,繼而裂紋擴展導致銅桿斷裂。為此,在生產中一般要做到以下幾點:

         ?、賴栏窨刂畦F器及其它金屬雜物投入爐內;

         ?、陔娊忏~投爐前一定要干燥;

         ?、鄹采w用的木炭要經過篩選、挑撿、除灰、除雜質、除去沒燒透的木炭,投爐前應經過烘干;木炭覆蓋厚度應保持在375px以上。

          木炭主要起覆蓋、保溫和脫氧作用。木炭和銅液中的氧結合生成CO從而達到除氧的目的;木炭還可以將銅液中的Cu2O還原。

          3、保溫:當熔化的銅液達到1160~1170^時要注人保溫爐內。為防止流動的銅液與空氣中的以及水蒸氣接觸,必須用髙質量的保護性氣體進行保護。在生產中要做到以下幾點:

         ?、賰A倒銅液前要對流槽進行充分烘烤;

         ?、谝捎皿{品質的保護性氣體(N),氮氣純度應為99.9995%,露點≯65℃,含氧量控制在3ppm。

          4、打卷收線:打卷收線工序是鑄桿生產的最后一道工序,這一工序的關鍵點:

         ?、偈站€機的夾緊輪和彎曲輪必須光潔,其工作半徑一定要與鑄桿直徑匹配,否則會造成鑄桿表面不圓及壓痕;

         ?、谑站€速度一定要與上引鑄造速度相匹配。一般來講,銅桿中間稍微下垂,以不影響設備和操作為宜;若發現拉直現象,應及時調整收線速度,否則會造成鑄桿斷頭。

          最后說下上引鑄造無氧銅桿工藝參數:上引法的主要工藝參數是鑄造溫度、上引速度和冷卻水強度。

          1、上引速度主要影響桿材的結晶組織。由于金屬凝固過程總是從鑄桿表面開始,然后逐漸向中心擴展,因此如上引速度過快,則液穴高度增加,易產生裂紋、氣孔和空心桿等缺陷,同時使晶粒粗大,組織疏松,加工性能降低;上引速度太慢,易產生表面裂紋,且生產效率低。實際生產中上引速度可隨熔煉溫度而改變,如溫度稍低時速度可適當增加。

          2、鑄造溫度是上引法最關鍵的參數,這是因為熔體的吸氣量是隨著溫度的升髙而增加的,因此在達到氣體的飽和溶解度之前,熔煉溫度愈髙、熔煉時間愈長,熔體中含氣量愈多,愈易產生氣孔等缺陷,且金屬晶粒粗大,影響加工性能;當熔煉溫度過低時,金屬流動性差,不利于補縮,易產生夾渣、斷桿等缺陷。所以,銅液溫度必須控制在一定的范圍內。

          3、冷卻強度是生產過程中直接影響桿材質量的另一個重要因素。它直接影響晶粒的形狀和大小。冷卻強度愈大,鑄桿中部至邊部的溫度梯度愈小,過冷度也愈大,金屬結晶后的晶粒也愈細,鑄桿的強度就愈高,塑性也愈好。生產過程中常采用降低冷卻水的進水溫度、在一定限度內增大冷卻水壓、降低熔煉溫度等方法。

         


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