[0001] 本发明属于合金生产加工应用技术领域，具体涉一种应用于高精度复杂白铜三元合金生产电磁铸造工艺，有效地消除铸锭表面和内部的偏析等缺陷，获得细致、均匀的结晶组织，以提高产品质量，提高成材率。

[0002] 纯铜加镍属于二元合金，称为普通白铜，这种材料具有较高的强度、耐蚀性、硬度、电阻和热电性，并降低电阻率温度系数，因此白铜较其他铜合金的机械性能、物理性能都异常良好，延展性好、硬度高、色泽美观、耐腐蚀、富有深冲性能，被广泛使用于造船、石油化工、电器、仪表、医疗器械、日用品、工艺品等领域，并还是重要的电阻及热电偶合金。而在普通白铜的基础上，添加其它元素，如铁、锰、铝、锌等适量元素，属于三元或以上合金，可进一步改善材料的机械性能、后续加工能力、电阻温度系数、在流动性海水中的抗腐蚀性能等，这类白铜称为复杂白铜，在工业应用中称为结构白铜或精密电阻合金用白铜。

[0003] 目前的复杂白铜的生产工艺主要包括火法冶炼和铸造工艺技术以及压延和再结晶退火工艺技术，火法冶炼又称为干式冶金，是把矿石和必要的添加物一起在炉中加热至高温，熔化为液体，生成所需的化学反应，从而分离出粗金属，然后再将粗金属精炼。而复杂白铜是在普通白铜的基础上，即铜镍之间彼此无限固溶，从而形成连续固溶体，恒为α--单相合金，在此基础上，添加适量第三元素，融合于晶格间，改善晶粒的形状、排序，可得到不同的物理性能和电导性能。这种工艺技术的难点是，当不同熔点和物理特性的金属元素添加在一起时，融合性较差，结晶状态不稳定，特别是第三种元素的添加，在α金相的晶界分布极不稳定，影响后续加工性能和成品的机械性能的稳定；同时，影响铸造过程的不确定性，会导致夹杂、冷隔、分层等内在缺陷，直接导致后续加工产品产生大量缺陷而报废。

[0004] 金属压延，也称金属压力加工，即利用金属在外力作用下所产生的塑性变形，来获得具有一定形状、尺寸和力学性能的原材料、毛坯或零件的生产方法，又称金属塑性加工。金属铸锭的显微组织一般都很粗大，经过压力加工后，能细化显微组织，提高材料组织的致密性，从而提高了金属的机械性能，能比铸件承受更 复杂、更苛刻的工作条件，例如承受更高载荷等，因此许多重要的承力零件度采用锻件来制造；而再结晶退火是将经过冷变形加工的工件加热至再结晶温度以上，保温一定时间后冷却，使工件发生再结晶，从而消除加工硬化的工艺，这种工艺在用于三元及以上复杂白铜生产是的难点是，由于三元以上合金的各元素存在各晶格间分布的不确定性，容易导致后续塑性变形时，晶格断裂，这就需要在冷加工针对压下量的分布时，根据加工硬化程度和对表层显微组织变化的观察和分析，确定再结晶退火，消除加工硬化的阶段、温度和保温时间，特别的在冷加工阶段，高比例压延容易产生表面氧化、夹杂、起皮以及环境损伤等缺陷，需要采取各种方式消除表面缺陷，才能生产出符合客户需要的产品，这种工艺程序过于复杂且产品质量不易控制。在市场经济的环境下，生产厂家还要能够根据不同客户的需求，调整相对应的加工率和再结晶程度，以获得不同的晶粒度和晶格分布，满足最终客户的使用性能。

[0005] 在上述的铜三元合金制备中，电磁铸造工艺是极其重要的，其属于铜坯原料制备阶段，此阶段铜坯原料的质量好坏将直接影响后续所生产的成品质量。

[0006] 因此，基于上述问题，本发明提供一种应用于高精度复杂白铜三元合金生产电磁铸造工艺。

[0007] 发明目的：本发明的目的是提供一种应用于高精度复杂白铜三元合金生产电磁铸造工艺，其通过液态金属凝固成固态阶段，在处于固液共融时，通过电磁线圈产生电磁力，对金属施加电磁场来改善金属流动和溶质的分布，有效地消除铸锭表面和内部的偏析等缺陷，获得细致、均匀的结晶组织，以提高产品质量，提高成材率、降低生产经济成本。

[0008] 技术方案：本发明提种一种应用于高精度复杂白铜三元合金生产电磁铸造工艺，包括以下步骤，步骤1)将铜原料、配料进行清洗，去除表面杂质，其中，采用箱式清洗箱进行清洗，清洗水温为20摄氏度-30摄氏度并风干备用；步骤2)将步骤1中清洗后的铜原料、配料通过熔炉进行熔炼；步骤3)首先将步骤2中熔炼后的溶液倒入安装电磁线圈产生电磁力的装置中，当熔炼溶液装置中液态金属凝固成固态阶段，在处于固液共融时，通过电磁线圈产生电磁力，对金属施加电磁场来改善金属流动和溶质的分布，有效地消除铸锭表面和内部的偏析等 缺陷，获得细致、均匀的结晶组织。

[0009] 本技术方案的，所述步骤3中安装电磁线圈产生电磁力的装置，其通电电流范围为10A-30A，产生的电磁力为3Hz-8Hz。

[0010] 与现有技术相比，本发明的一种应用于高精度复杂白铜三元合金生产电磁铸造工艺的有益效果在于：其通过液态金属凝固成固态阶段，在处于固液共融时，通过电磁线圈产生电磁力，对金属施加电磁场来改善金属流动和溶质的分布，有效地消除铸锭表面和内部的偏析等缺陷，获得细致、均匀的结晶组织，以提高产品质量，提高成材率、降低生产经济成本。附图说明

[0011] 图1是板带3个方向表面标记图；

[0012] 图2是白铜取样外观形貌图；

[0013] 图3是铸态宏观组织图；

[0014] 图4是铸态金相分析截面X组织图；

[0015] 图5是铸态金相分析截面Y组织图；

[0016] 图6是3SEM及EDS检测结果图；

[0017] 图7是1#加磁试样；

[0018] 图8是2#无磁试样.

[0019] 下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。

[0020] 本发明的本发明提种一种应用于高精度复杂白铜三元合金生产电磁铸造工艺，包括以下步骤，步骤1)将铜原料、配料进行清洗，去除表面杂质，其中，采用箱式清洗箱进行清洗，清洗水温为20摄氏度-30摄氏度并风干备用。步骤2)将步骤1中清洗后的铜原料、配料通过熔炉进行熔炼。步骤3)首先将步骤2中熔炼后的溶液倒入安装电磁线圈产生电磁力的装置中，当熔炼溶液装置中液态金属凝固成固态阶段，在处于固液共融时，通过电磁线圈产生电磁力，对金属施加电磁场来改善金属流动和溶质的分布，有效地消除铸锭表面和内部的偏析等缺陷，获得细致、均匀的结晶组织。

[0021] 进一步优选的，步骤3中安装电磁线圈产生电磁力的装置，其通电电流范围为10A-30A，产生的电磁力为3Hz-8Hz。

[0022] 实施例

[0023] 下面所述为(23A，5Hz)锡磷青铜合金电磁水平连铸板坯样品检测分析(白铜试样检测分析报告)，

[0024] 1.试验目的及试验方案

[0025] 1)试验目的

[0026] 研究白铜在磁场作用下，组织及成分变化以及表面质量情况，并探索合理的工艺参数。

[0027] 2)试验方案

[0028] 试验制定的工艺参数如下表：

[0029]参数 1# 2#
拉铸速度mm/s 17.80 17.80
电流A 23 0
频率Hz 5 0
搅拌间隔s 7 0

[0030] 2.试验过程情况说明

[0031] 根据试验方案，只进行了一组加磁试验，1#试样，将其与2#试样对比，即可以研究白铜在磁场下组织、成分变化以及表面质量情况，检测板带面标记如下，见图1。

[0032] 3.试验结果

[0033] 3.1外观形貌，见图2。

[0034] 3.2铸态宏观组织，见图3，铸态宏观组织可以看出：

[0035] 1)截面组织中，施加磁场的试样柱状晶晶粒尺寸较小；

[0036] 2)表面组织，施加磁场试样晶粒尺寸较大；

[0037] 3)表面铣削4mm后，尺寸差不多，但加磁试样晶粒大小更均匀。

[0038] 3.3铸态金相分析，见图4和图5。

[0039] 3.3SEM及EDS检测结果，见图6，从图6可以看出：1)未加磁场试样枝晶组织尺寸较大，施加磁场试样枝晶组织尺寸较小；2)被反射形貌结果可以看出，施加磁场试样成分分布更加均匀，未施加磁场试样元素成分起伏更大。

[0040] 3.4铸态成分检测分析

[0041] 1)1#加磁试样，见下表和图7。

[0042]序号 距表层位置(mm) Cu(wt％) Ni(wt％) Zn(wt％)
1 0 56.11 8.82 35.07
2 0.2 54.29 15.87 29.84
3 0.44 54.34 16.06 29.60
4 0.6 54.22 15.94 29.84
5 1.9 54.30 15.96 29.74
6 3.7 54.22 16.13 29.65

[0043] 2)2#无磁试样，见下表和图8。

[0044]序号 距表层位置(mm) Cu(wt％) Ni(wt％) Zn(wt％)
1 0 53.64 10.00 36.36
2 0.14 54.35 15.93 29.72
3 0.44 54.23 16.04 29.73
4 0.64 54.18 16.19 29.63
5 1.8 54.15 16.14 29.71
6 2.39 54.13 16.28 29.59

[0045] 从成分检测结果可以看出：磁场对白铜成分影响效果不明显，铣削表面0.3mm后，成分趋于均匀。

[0046] 综上所述，在生产高精度复杂白铜三元合金时，当采用23A，5Hz的电磁力对金属施加电磁场，能改善金属流动和溶质的分布，有效地消除铸锭表面和内部的偏析等缺陷，获得细致、均匀的结晶组织，以提高产品质量，提高成材率，同时如上所述原先开坯时因碎边只能轧到4.0mm，就需再结晶退火后再轧，现可轧制到2.2mm，缩短了生产时间，提高了生产效率，按年产200卷复杂白铜计算，700℃退火可减少1/4炉次，约减少50次退火，每一炉电耗约5000度，电耗可降低25万度，按1元/度计算，节约电耗25万元左右；综合成材率由60％提高到了80％，以年产600吨复杂白铜计算，可减少投料量250吨，以原料价格5万元/吨计算(以生产时市场价格波动和各元素添加比例不同)，减少资金投入约1250万元。

[0047] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。