含有铜和锌的金属合金的挤压的制作方法

专利名称：含有铜和锌的金属合金的挤压的制作方法
技术领域：
本发明涉及含有铜和锌的金属合金的挤压，涉及通过挤压含有铜和 锌的金属合金生产的产品，及涉及挤压模具。
背景技术：
挤压是可以生产长的、直的金属零件的方法。可生产的横截面包括实心圆、矩形以及L形、T形、管状和许多其它类型。通过使用机械压 力机或液压机挤压在密闭腔室中的金属通过工具而进行挤压，所述工具 已知的为模具。挤压在坯料中产生压力和剪切力。但并不产生拉伸应力， 其可能使金属产生高变形但不撕裂金属。容纳原料的腔室用耐磨材料作 为衬里。这能承受当驱动材料通过模具时所产生的高径向栽荷。可以通过冷挤压或热挤压进行挤压。冷挤压是在室温下或在稍微升 高的温度下进行的方法。该方法可以用于大多数符合可设计出能够承受 通过挤压产生的应力的足够坚固的工具的条件的材料。可以被挤压的金 属的实例为铅、铝合金、铜、钛、钼和钒。可以被冷挤压的零件的实例 为软管、铝罐、气缸和齿轮坯料。冷挤压的优点是不发生氧化、由于苛 刻的冷加工而获得良好的机械性能、和由于使用适当的润滑剂而获得良 好的表面光洁度。热挤压在相当高的温度下进行，约为50~75%的金属熔点。压力可 为35~700MPa。由于高温和高压及其对模具寿命和其它零件的不利影 响，因此需要良好的润滑。在较低温度下使用油和石墨，而在较高温度 下使用玻璃粉末。所述挤压通常一次仅针对单个对象。已经开发了连续挤压法，其中 通过转轮的方式挤压材料。材料给料到并容纳在轮的外周槽中，直到堵 头(abutment)迫使金属流出槽通过挤压模具。由于工具中几乎绝热的条 件，材料通过所产生的内摩擦被加热到高于再结晶温度，即使给料物质 最初在室温也是如此。该连续挤压法仅适于具有低熔点的金属，例如铝 和基本纯的铜。使用连续挤压法通常不能挤压硬金属，例如含有铜和锌
的黄铜，这是由于需要高挤压压力，最终将损坏挤压模具。此外，当挤 压较复杂的形状时，连续法也不合适。黄铜管的生产如EP 1,035,227所示。黄铜管包含a相黄铜和p相黄 铜。a相黄铜含有较低含量的锌，是通常在黄铜产品使用的相。p相黄 铜是含有较高百分比的锌的黄铜，比a相硬。使用在EP 1,035,227中所 公开的a相黄铜和p相黄铜的组合物，以提高成品管的可抛光性。该文 献还教导能够挤压该组合物，因为p相黄铜在高温下是软的。因此，降 低了挤压所需的压力，使得能够进行挤压。发明内容本发明的一个目的是获得含有铜和锌的金属合金并包含复杂形状 的产品的廉价生产方法。根据本发明的一个方面，使用根据权利要求1的方法达到该目的。 根据本发明的第二方面，使用根据权利要求13的金属合金产品达到该 目的。根据本发明的第三方面，使用根据权利要求15的挤压模具达到 该目的。根据本发明的第四方面，使用根据权利要求17的挤压模具达 到该目的。根据本发明的第五方面，使用根据权利要求18的金属合金 的用途达到该目的。现在已经认识到，通过增加含有铜和锌的金属合金中的锌含量和通 过调整温度条件，使得在挤压过程中金属合金含有至少一定量的P相， 可以将金属合金挤压成精细的和/或复杂的形状。尤其是，可以将含有p 相的金属合金挤压成具有在与产品的挤压方向垂直的方向上具有厚度 小于或等于0.5cm的至少一个壁部分(wall section)的产品。这是由于在 升高温度下P相的柔软特性。事实上，已经认识到，挤压p相黄铜的能 力甚至优于挤压含有非常低含量的锌的黄铜的能力，所述含有非常低含 量的锌的黄铜通常比具有较高含量锌的黄铜软。因此，通过挤压p相金属合金通过包含开口的挤压模具，所述开口 的形状使得开口的至少两个相对侧之间的距离小于或等于lcm，可以挤 压具有包含非常薄壁部分的精细或复杂形状的多种不同产品。这些产品 迄今还不能通过挤压进行制造。因此，获得更为便宜且更快速的生产方 法。之前，由于黄铜的硬的特性，仅能挤压低锌含量的、仅具有简单的
和大的形状例如大的管、棒或梁的、具有ldm或更大壁厚的黄铜。事 实上，现在已经认识到，通过提高锌含量使得金属合金包含p相，可以 挤压包含在与挤压方向垂直的方向上具有厚度小于或等于0.3cm、更优 选小于lmm、甚至更优选小于0.7mm和最优选小于0.5mm的壁部分的 金属合金产品。在本发明的一个实施方案中，在高于450'C的温度下挤压含有铜和 锌的金属合金。在另一个实施方案中，在高于550'C的温度下挤压金属 合金。在优选的实施方案中，在高于600。C的温度下挤压金属合金。通 过升高温度，增加p相的软度。事实上，在较高温度下，p相金属合金 的挤压能力增加到可以挤压具有壁厚小于或等于0.5mm、优选小于或等 于0.3mm的产品的程度。
在一个实施方案中，在低于900'C的温度下挤压金属合金。在另一 个实施方案中，在低于800'C的温度下挤压金属合金。在优选的实施方 案中，在低于700r的温度下挤压金属合金。因此，在金属合金被挤压 通过在模具中的开口之后，确保金属合金产品保持其形状，因为金属合 金具有足够的刚性以保持其形状。优选地，在挤压前将金属合金预热到500 700'C的温度。由于p相 是软的，因此挤压期间的剪切力太小而不能将金属合金的温度升高到合 适的挤压温度。因此，通过预热金属合金，可以通过简单的方式获得较 好的挤压温度。
根据一个实施方案，金属合金包含多于或等于35重量％的锌。在 另一个实施方案中，金属合金包含多于或等于38重量％锌。在优选的 实施方案中，黄铜包含多于或等于42重量％锌。余量是铜和不可避免 的杂质。因此，确保金属合金包含足够量的p相黄铜以确保在挤压过程 中足够的软度。事实上，通过挤压包含足够量锌的黄铜，p相黄铜足够 软，使得可以挤压具有壁厚小于0.2mm的金属合金产品。
根据本发明的一个实施方案，金属合金包含低于或等于55重量％ 的锌。在一个实施方案中，金属合金包含低于或等于50重量％的锌。 在一个优选的实施方案中，金属合金包含低于或等于48重量％的锌。 因此确保锌含量不过高，以确保在挤压过程中金属合金包含p相而不包 含Y相。在所有温度下y相均比(5相硬得多，因此，在挤压过程中金属
合金中存在Y相是有害的。此外，确保制得的产品对于所需的应用不过 于脆。根据一个实施方案，在连续操作的挤压设备中挤压金属合金。优选 地，该挤压设备包括具有适于接收和引导金属合金的外周槽的轮。通过 使用p相黄铜，可以连续地挤压金属合金。通过连续地挤压黄铜，降低 挤压成本，从而降低产品的成本。在现有技术中，仅能分批地挤压黄铜。根据一个实施方案，生产细长的、多形(multiform)的金属合金产品。 通过使用p相黄铜，现在已经认识到可以挤压复杂形状例如多形的、细 长的产品，从而获得非常便宜的生产细长的、多形的产品的生产方法。 优选地，生产多口(multi-port)或多通道(multi-channel)的型材(profile)。 优选地，所述多通道型材适用于在管内包含几个较小通道的管。因此可 以提高管内压力，而无需增加管的壁厚。优选地，多通道型材或管适用 于热传输装置，例如热交换器或热泵。优选地，多通道型材或管适用于 机动车热交换器，并通过挤压含有至少一定量p相金属合金的黄铜而制 造。这种多通道管通常是扁平的，具有不高于lcm、优选不高于0.5cm 和最优选不高于2mm的高度和不宽于25cm、优选不宽于10cm和最优 选不宽于5cm的宽度。通常，这种管或型材具有小于或等于lmm的壁 厚。之前，这种管或型材不能通过挤压黄铜生产。在一个实施方案中，生产具有多个翅片的细长产品。优选地，多翅 片型材适用于热传输装置，例如热交换器或热泵。翅片优选适于延伸到 气体例如空气中，以有利于空气和多翅片产品间的热传输。


现在参考附图将通过本发明的非限制性实施例，解释本发明。图l表示含有铜和锌的金属合金的相图，显示了金属合金的不同相 的温度和锌含量。图2表示用于挤压的金属合金产品的挤压设备。图3表示图2中的挤压模具和用于机动车热交换器的挤压的型材。图4表示根据本发明的含有铜、锌和至少一定量p相的挤压的金属 合金产品的截面图。图5以示意性框图的形式表示根据本发明通过挤压生产金属合金产 品的方法。
具体实施方式
在图l中，显示了含有铜和锌的金属合金的相图。适用于本发明挤 压的金属合金的锌含量和温度是得到含有至少一定量P相的金属合金 的锌含量和温度。优选地，对应标记为纯p相的区域和/或标记为a相 和p相组合的区域选择锌含量和温度。由于y相的硬度应避免标记为P 相和y相结合的区域。此外，获得软P相的温度极P艮值如在450 ~ 470。C的温度下的虚线所 示.然而，优选在高于500。C的温度下挤压金属合金，优选高于550'C、 最优选高于600。C,以确保足够的软度。相图还显示了含有P相金属合金的熔融温度，约900'C的温度。由 于P相在接近熔点的高温下变得过软，因此优选在低于800'C、最优选 低于700'C的温度下挤压p相金属合金。因此根据本发明最优选的挤压 温度区间为600~700*€。如相图所示，在分开a相区域和a相+ p相区域的线上获得至少一 定量的P相。因此，金属合金应含有至少35重量％的锌，以确保在挤 压过程中存在至少一定量的P相。然而，优选地，金属合金应含有更多 量的P相黄铜，因此锌含量优选高于38重量％。最优选地，在金属合 金产品中存在至少90%的p相，以确保足够的软度，因此金属合金优选 含有至少42重量％的锌，余量为铜和不可避免的杂质。应注意的是， 在较高温度下，获得P相的可允许的锌含量区间是较宽的，对于本发明， 重要的是在挤压温度下存在P相。为了确保最终产品不过于脆，且确保在挤压过程中不存在有害量的 y相，优选锌的量不多于50重量％的锌、最优选的不多于48重量％锌。在图2中，显示了根据本发明的连续挤压含有铜和锌的金属合金的 挤压设备l。挤压设备l包括具有入口 5的中空圆柱体3，和设置在圓 柱体3中空部分内的转轮7，沿所述转轮7的外周提供有槽9。所述设 备还包括设置在槽9内的堵头11和设置为与堵头ll相连的挤压腔室13， 所述腔室13终止于挤压模具15。所述挤压模具15包括开口 17，所述
开口 17被成形为使得开口 17至少的两个相对侧21a、 21b之间的距离 20小于或等于0.5cm。结合图3更详细地说明挤压模具15。在挤压过程中，将预热的含有铜和锌及至少一定量p相的金属合金 给料到入口 5,并进入轮7的槽9。通过驱动装置(未示出)旋转轮7，使 金属合金向前压向堵头11，使得金属合金继续进入到挤压腔室13中。 在挤压腔室13内连续积累的压力将金属合金压向挤压模具15和开口 17。因此，挤压金属合金通过开口 17，即，挤压金属合金并得到与所述 开口形状相似的形状。因此，对包含至少一定量p相的经挤压的金属合 金产品19进行成形，使得产品19包含厚度小于或等于0.5cm的至少一 个壁部分。在图3中，显示挤压模具15的一个实例。挤压模具15由坚硬、耐 用和耐磨材料制得，其还可以耐高温。在这个实例中，将挤压模具加热 到高于600'C的温度，以确保足够的挤压温度。挤压模具15提供有开口 17,所述开口 17被成形为4吏得开口的至少两个相对侧21a、 21b之间的 距离20小于或等于0.5cm。在这个实例中，挤压的产品是适用于机动车 热交换器的多通道管的型材。在这个实例中，为了确保待换热的两种介 质间的短距离，因此挤压模具15的两个相对侧21a、 21b间的距离小于 0.5mm。因此包含至少一定量p相的多通道管、金属合金产品具有厚度 小于或等于0.5mm的至少一个壁部分。因此，才艮据本发明，可以以非 常有效和便宜的方式通过挤压生产具有非常复杂形状和/或薄壁部分的 产品。此外，开口的形状为使得挤压模具15的两个相对侧21a、 21b间的 距离20大于或等于0.05mm、优选大于O.lmm和最优选大于0.3mm。 因此就耐用性而言，确保了产品壁部分的厚度足够厚。在图4中，显示了根据本发明的含有铜、锌和至少一定量p相的挤 压的金属合金产品19的截面。所述产品包括具有在与挤压方向垂直的 方向上厚度20小于或等于0.5mm的壁23。在这个实例中，产品19是 用于多通道管24的型材。在这个实例中，多通道管适用于热交换器。 在这个实例中，多通道管适用于冷却液体和空气之间的机动车热交换 器。在图5中，显示根据本发明的方法。在第一步骤27中，将包含至
少38重量％的锌和余量为铜和不可避免杂质的金属合金预热到至少 600'C的温度。在第二步骤29中，将金属合金进料到包括挤压模具的挤 压设备中。在这个实例中，金属合金被连续地进料到挤压设备中。在第 三步骤31中，挤压金属合金通过在所述挤压模具中的至少一个挤压开 口 ，所述开口被成形为使得开口的至少两个相对侧的距离小于或等于 0.5cm。在这个实例中，所述距离小于或等于0.7mm。在第四步骤33 中，挤压的金属合金切为合适长度的金属合金产品。随后，将金属合金 产品冷却到合适的温度，例如室温。本发明不被限制为在此所示的实施方案，但可在下面权利要求的框 架中进行变化。例如，挤压方法和设备在本领域中是已知的，对应于在该说明书中 示意性的方法和设备，根据现有技术对挤压方法或设备的任何差异或改 进，应认为在本说明书和权利要求的范围之内。此外，尽管说明书主要显示了主要包含铜和锌的金属合金，但是金属 ^ir也可以包含其它^ir元素，只要在合金中存在至少一些p相。
权利要求
1.一种生产金属合金产品的方法，包括将含有铜和锌及至少一定量β相黄铜的金属合金给料(29)到挤压模具；和挤压(31)所述含有β相的金属合金通过在所述挤压模具(15)中的至少一个挤压开口，所述开口(17)的形状使得所述开口的至少两个相对侧之间的距离小于或等于0.5cm。
2. 根据权利要求1的方法，其中所述距离小于或等于0.3 11，优选 小于或等于lmm，最优选小于或等于0.7mm。
3. 根据权利要求1的方法，其中在高于450'C、优选高于550r、更 优选高于600。C的温度下挤压所述金属合金。
4. 根据权利要求1的方法，其中在低于卯O'C、优选低于800°C、更 优选低于700'C的温度下挤压所述金属合金。
5. 根据权利要求1的方法，其中所述方法包括 在挤压前预热(27)所述金属合金到500 ~ 700。C的温度。
6. 根据前述权利要求任意项的方法，其中所述金属合金包含多于或 等于35重量％的锌、优选多于或等于38重量％的锌和最优选多于或等 于42重量。/。的锌，余量为铜和不可避免的杂质。
7. 根据前述权利要求任意项的方法，其中所述金属合金包含少于或 等于55重量％的锌、优选少于或等于50重量％的锌和最优选少于或等 于48重量％的锌。
8. 根据前述权利要求任意项的方法，其中所述方法包括在连续操作 的挤压设备(l)中挤压所述金属合金。
9. 根据前述权利要求任意项的方法，其中所述方法包括生产细长的、 多形的产品(19)。
10. 根据前述权利要求任意项的方法，其中所述方法包括生产多口或 多通道型材(19)。
11. 根据权利要求10的方法，其中所述方法包括生产适用于热传输 装置例如热交换器或热泵的多通道型材(19)或管(24)。
12. 根据前述权利要求任意项的方法，其中所述方法包括通过挤压含 有铜和锌及至少一定量P相黄铜的金属合金生产适用于机动车热交换器的多通道型材(19)或管(24)。
13. —种含有铜和锌及至少一定量p相的挤压的金属合金产品，其 特征在于所述产品(19)包含厚度小于或等于0.5cm的至少一个壁部分 (23)。
14. 根据权利要求13的挤压的金属合金产品，其特征在于所述产品 为适用于热传输装置的多通道管(24)的型材(19)。
15. —种适于挤压含有铜和锌及至少一定量p相的金属合金的挤压 模具，其特征在于所述模具(15)被成形为具有挤压开口(17)，所述挤压 开口 (17)的形状使得所述开口的至少两个相对侧(21a， 21b)之间的距离 小于或4于0.5cm。
16. 根据权利要求15的挤压模具，其特征在于所述挤压模具(15)适 用于连续操作的金属合金挤压设备(l)。
17. —种适于挤压含有铜和锌及至少一定量p相的金属合金的挤压 设备，其特征在于所述挤压设备(l)包括具有挤压开口 (17)的挤压模具 (15),所述挤压开口 (17)的形状^f吏得所述开口的至少两个相对侧(21a， 21b) 间的距离小于或等于0.5cm。
18. —种含有铜和锌及至少一定量p相的金属合金在挤压具有厚度 小于或等于0.5cm的壁部分(23)的金属合金产品中的用途。
全文摘要
本发明涉及通过挤压生产含有至少一定量β相黄铜的金属合金产品(19)的方法、通过挤压含有至少一定量β相黄铜的金属合金生产的金属合金产品、用于挤压含有铜和锌及至少一定量β相的金属合金的挤压模具(15)、挤压设备和金属合金用于挤压的用途。
文档编号C22C9/04GK101120115SQ200680005168
公开日2008年2月6日 申请日期2006年2月17日 优先权日2005年2月18日
发明者拉尔斯·伊格贝格 申请人:卢瓦塔奥公司