铝锶合金生产工艺的制作方法

本发明属于铝锶合金生产技术领域，具体涉及一种铝锶合金生产工艺。

背景技术：

顾名思义，铝锶合金即主要元素为金属铝和金属锶的合金。铝锶合金的型材包括板材、棒材和线材等。其中铝锶合金线材的生产工艺通常包括配料、熔炼、浇铸和挤压成型。即选取合适的单质铝原料和单质锶原料，按照需求进行配料，再将两者熔炼并浇铸成铝锶合金棒材，最后将铝锶合金棒材挤压成铝锶合金线材。

在现有生产工艺中，挤压成型通常是将加热软化的铝锶合金棒材放置于成型模具外的棒材容纳腔中，如图1所示，成型模具（2）和棒材容纳腔（1）均为直筒状且两者同轴，为了避免铝锶合金棒材沿径向方向产生变形，棒材容纳腔（1）的径向尺寸与铝锶合金棒材的径向尺寸相同，通过挤压头对铝锶合金棒材的挤压使铝锶合金进入至成型模具（2）中挤压成型，为了避免软化的棒材从挤压头与棒材容纳腔（1）之间的缝隙挤出，挤压头的径向尺寸与棒材容纳腔（1）的径向尺寸亦相同。

挤压成型操作时，挤压头与铝锶合金棒材远离成型模具（2）的一端相抵，对铝锶合金棒材施加压力，软化的铝锶合金棒材发生轴向的变形，逐渐进入至成型模具（2）的模腔中，并从成型模腔的另一端挤出，形成尺寸较小的铝锶合金线材。随着线材的挤出，棒材的高度逐渐减小，当棒材的高度减小至一定程度时，挤压头会将剩下的棒材按压在成型模具（2）的端部，该剩下的棒材无法被挤压至成型模具（2）中成型，由于棒材容纳腔（1）的限制，也无法向外运动，与线材分离，最后遗留在挤压头与成型模具（2）之间，被挤压成型为块状，形成线材的压余废料。若不对该压余废料进行清理，成型的线材无法脱模，而对该压余废料进行清理，一方面会导致挤压成型无法连续进行，挤压成型的效率低，另一方面，成型为块状的压余废料回收再利用时，还需要重新加热进行熔炼，操作麻烦。

技术实现要素：

本发明意在提供一种铝锶合金生产工艺，以解决现有生产工艺无法连续挤压、效率低的技术问题。

本方案中的铝锶合金生产工艺，包括配料、熔炼、浇铸和挤压成型，其特征在于，挤压成型为：

步骤1）、于直筒形的成型模具和棒材容纳腔之间设置余料型腔，余料型腔的形状为锥台形，锥台形的底面直径为30mm，锥形的锥度为1/3，余料型腔与成型模具同轴，且余料型腔的底面靠近成型模具；

步骤2）、将浇铸形成的铝锶棒材放入至余料型腔内，对铝锶棒材进行挤压，使铝锶棒材通过成型模具挤压成线材，待棒材余下高度为10-20mm时，放入下一根棒材继续挤压。

锥台形是指圆锥体去掉尖端后剩下的部分，锥台形的底面是指锥体的底面，锥台形的顶端是指锥体上与底面相对的一端。

本方案铝锶合金生产工艺的技术原理及技术效果为：

将铝锶合金棒材通过棒材容纳腔从余料型腔的顶端放入至余料型腔中，挤压头从棒材容纳腔内进入对铝锶合金棒材施加压力，余料型腔中的棒材在挤压力作用下进入至成型模具中挤压成型。待棒材余下高度为10-20mm时，放入下一根棒材，继续挤压，前一根棒材在下一根棒材的挤压下，继续进入至成型模具中挤压成型，与此同时，由于位于余料型腔内的棒材周向余有空腔，棒材会向周向凸起变形，特别地，前一根棒材位于成型模具外的端部向外凸起后会沿着余料型腔的内壁朝向棒材容纳腔的方向运动，将下一根棒材包裹住，而且会对软化的下一根棒材进行径向的向内挤压，由此前后两根棒材在径向和轴向的双重挤压下会融合在一起，实现对棒材的连续挤压。此种挤压方式，前一根棒材不会产生压余废料，会同后一根棒材连续挤出，由此，节约了清理压余废料和处理压余废料的时间。

而在现有技术中，技术人员为了避免棒材向周向变形而不便挤出，或者避免棒材从进料端被挤出，都会想着将位于成型模具进料端的用于容纳、输送铝锶合金棒材的空腔尺寸设计成与铝锶合金棒材一致的直筒状，而且容纳棒材的空腔设计成简单的直筒状是技术人员按照现有的思路最常规的选择，然而，这样的设计带来的不足就是压余废料的产生，即使参照本方案中的技术手段，待棒材余下高度为10-20mm时，便放入下一根棒材，前后两根棒材只是在轴向的压力下不会融合在一起，前一根棒材被挤压至最后时，位于内侧材料会进入至成型模具中，但是由于材料的量较少，不便成型为完整的线材，而外侧材料由于与后一根棒材没有融合在一起，后一根棒材对其没有可以将其引流至内侧的分子间作用力，其不会向内侧流动，由于棒材容纳腔内壁的限制，也不会向外侧流动，因此，其只可能停留在下一根棒材与成型模具之间，形成压余废料，影响前一根线材的脱模和后一根线材的挤出，因此，每挤出完一根棒材后，就必须对压余废料进行清理，导致生产效率低、操作麻烦。

以下是基于上述基础方案的优选方案：

优选方案一：所述步骤1）中，锥台形的底面直径为30mm，锥台形的锥度为1/3，锥台形的高度为30mm。

优选方案二：基于基础方案或优选方案一，所述步骤2）中，待棒材余下高度为15mm时，放入下一根棒材继续挤压。

优选方案三：基于优选方案二，所述熔炼为：

步骤1）、将铝液加热至771-850℃；

步骤2）、通过专用工具将锶锭压入铝液中，直至锶锭完全熔解，专用工具包括支撑杆，支撑杆下端设有压罩，压罩的壁上分布有多个通孔。现有技术中通常是直接将锶锭投入至铝液中，锶的密度是2.54*10³kg/m³，铝的密度是2.7*10³kg/m³，锶投入至铝液中后会向上漂浮，与空气接触，在高温下，容易被烧损。而本方案中采用压罩将锶锭压入至铝液底部，一方面可以避免锶锭向上漂浮与空气接触而烧损，另一方面锶锭位于铝液内部，周围被高温的铝液包围，更容易熔解于铝液中。而且锶锭在熔解的过程中，反应剧烈，采用压罩将其按压于铝液内部，相比于通过一根独立的压杆对其施压而言，锶锭不会不断地向上浮动而导致需要重复地施压。压罩的壁上分布有多个通孔，通孔可便于铝液和锶液的流通以及热量的传递，以利于锶锭的快速熔解。

优选方案四：基于优选方案三，所述熔炼的过程中，向铝液内通入氮气进行精炼。氮气精炼可除去铝液中的氧气，避免金属铝和金属锶氧化，影响合金性能，也可避免因铝液内部存在氧气而导致的烧损。

优选方案五：基于优选方案四，所述支撑杆内设有与压罩连通的通气道，氮气通过该通气道通入至铝液中。由此可实现将氮气通入至铝液中，与此同时，将氮气通入至压罩内，可以搅动压罩内的液体，便于锶锭的熔解，也便于液体的流通和热量的传递。

优选方案六：基于优选方案三或四或五，所述熔炼的过程中，将锶锭压入铝液中的同时，利用专用工具搅动铝液。以便于金属铝和金属锶的混合，减少了额外搅拌的工序，由此本发明中专用工具的使用可以巧妙地同时实现多个功能：1、将锶锭压入铝液内部，避免锶锭的烧损；2、将氮气通入铝液中，对铝液进行精炼，与此同时，可加强液体的流通和热量的传递，加快锶锭的熔解；3、搅动液体，便于两种金属的混合。

附图说明

图1为现有技术中挤压成型模具的结构示意图；

图2为本发明实施例中挤压成型模具的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

铝锶合金生产工艺，包括配料、熔炼、浇铸和挤压成型四道工序。其中：

配料：选取铝锭和锶锭，按照1:10的比例称取100kg锶锭和1000kg铝锭，进行配料。

熔炼：

步骤1）、将铝锭放入至熔炼炉中，升温，使铝锭熔化成铝液；

步骤2）、将铝液的温度升至771-850℃，采用专用工具将锶锭压入至铝液中，专用工具包括支撑杆，支撑杆下端设有压罩，支撑杆内设有与压罩连通的通气道，压罩的壁上均布有多个通孔。将锶锭压入至铝液中使锶锭熔解的过程中，利用专用工具搅动铝液，与此同时，通过支撑杆内的通气道向铝液中通入氮气进行精炼，直至锶锭熔解完全。

浇铸：将上述熔炼的溶液打渣，静置5分钟后，浇铸成待挤压的圆柱形铝锶合金棒材，棒材4公斤/根，棒材的直径为20mm，高度为400mm；用水冷却。

挤压成型：

步骤1）、如图2所示，于直筒形的成型模具3和棒材容纳腔1之间设置余料型腔2，成型模具3的高度为10mm，直径为9.8mm；余料型腔2的形状为锥台形，锥台形的底面直径为30mm，顶端直径为20mm，锥形的锥度为1/3，余料型腔2的底面靠近成型模具3；成型模具3的出料端设有出料模4，出料模4为锥台形，出料模4的的底面直径为20mm，顶端直径为9.8mm，出料模4的高度为35mm。棒材容纳腔1、余料型腔2、成型模具3、出料模4四者同轴，余料型腔2、成型模具3、出料模4三者一体成型。

步骤2）、将铝锶合金棒材升温至480-550℃，并将其通过棒材容纳腔1放入至余料型腔2中，用挤压头与铝锶合金棒材的端部相抵，用600吨挤压机对铝锶合金棒材进行挤压，使铝锶棒材通过成型模具3挤压成线材，待棒材余下高度为15mm时，放入下一根棒材继续挤压，以此类推，实现铝锶合金线材的连续挤压成型。

通过多次实验观察，采用实施例中的生产工艺来生产铝锶合金线材时，锶锭不会烧损，而且在挤压的过程中，不会产生压余废料，无需每挤压完一根棒材就对压余废料进行处理。