一种黄铜在线退火的装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种黄铜在线退火的装置及方法，黄铜在线退火的装置包括；进线导轮、管式炉、出线导轮、步进电机、齿轮传动装置、电脉冲发生装置和可编程控制箱。黄铜在线退火的方法包括以下几个步骤：将黄铜材料预热至300°C?400°C，并保温处理30min?60min;对黄铜进行电脉冲辅助退火处理处理时间为Is?150s，电脉冲发生装置的脉冲电压为IV?1000V，脉冲频率为1Hz?100Hz。本发明的有益效果是：能够降低黄铜退火的温度，缩短黄铜退火的时间；黄铜材料表面氧化程度低，无需酸洗，既减少环境污染，同时又达到节能高效无污染目的；通过可编程控制箱对黄铜运行速度和脉冲发生装置工作时间进行精确校准调节，从而能够控制黄铜的晶粒尺寸。
【专利说明】一种黄铜在线退火的装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及黄铜加工领域，特别涉及一种黄铜退火的装置及方法。
【背景技术】
[0002] 传统工业上普遍使用的易切削黄铜均为含铅黄铜（HPb59-l，HPb59-2, HPb63-3)， 铅黄铜具有极好的切削性能和加工性能，因而被广泛地应用于多种制造行业中，如钟表、制 锁、电器、通讯、打火机等较大型机械中需要精密切削加工的各种零件。但是，铅黄铜中的铅 元素对人体有极大危害可直接导致肝肾等疾病，且会严重影响儿童的智力发育。因此，在工 业生产中，含铅黄铜制品已被限制使用，甚至使用无铅黄铜替代。硅黄铜是一种低成本、并 可作有效替代铅黄铜的一种新材料。但是，硅黄铜硬度大，难以进行热挤压或冷拉拔加工， 限制了硅黄铜的工业化生产和使用范围。
[0003] 目前，常使用再结晶退火（软化退火）来软化硅黄铜，达到硅黄铜的工业化生产 要求和使用范围，其具体步骤如下：1、热挤压和粗拔后进行中间退火，温度范围为500°c? 700°C，保温时间为5h?6h ;2、酸洗去除氧化皮；3、冷拔处理；4、重复冷拔处理，直至拉成 要求尺寸，再进行最终退火和酸洗。该工艺一般需要对热挤压后的硅黄铜进行多次冷拉拔 和退火处理，工艺复杂，耗时长，耗能大。同时，由于退火温度较高，在黄铜表面形成黑色或 深绿色氧化层，需要进行酸洗处理，对环境污染严重，无法进行高效率、低能耗的批量生产。
[0004] 一种工艺简便、生产周期短、生产成本低、低能耗、清洁无污染的黄铜在线退火装 置及方法成为解决问题的关键。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种工艺简便、生产周期短、生产成本低、低能耗、清洁无 污染的黄铜在线退火装置及方法。
[0006] 为了实现上述目的，采用以下装置和方法：
[0007] -种黄铜在线退火的装置包括：一个由左支架和右支架固定而成的主支架；在左 支架的左侧中部设有一个进线导轮，在左支架的右侧中部设有一个出线导轮，在左支架的 中部设有一个管式炉；在右支架上部设有步进电机，在步进电机的下方设有一枚固定的小 齿轮，小齿轮与一个大齿轮相咬合，大齿轮固定在一个齿轮轴上，齿轮轴两端设有上轴承和 下轴承；在右支架下部设有电脉冲发生装置；在右支架的右侧设有一个可编程控制箱。
[0008] 优选的是，所述管式炉炉管中心线与齿轮轴工作重心处于同一延长线上。
[0009] 优选的是，所述进线导轮和出线导轮位于管式炉炉管中心线的延长线上。
[0010] 优选的是，所述可编程控制箱分别与步进电机、管式炉和电脉冲发生装置电连接。
[0011] 优选的是，在所述管式炉内设有两个电接触片，电接触片分别与电脉冲发生装置 的正、负极电连接。
[0012] 优选的是，所述轴承的型号与齿轮轴颈尺寸相匹配。
[0013] 优选的是，所述上轴承和下轴承均采用内圈固定，外圈转动方式。
[0014] 一种黄铜在线退火的方法，包括以下几个步骤：
[0015] a、将黄铜线材依次穿过进线导轮、管式炉和出线导轮，将黄铜线材的前端固定在 齿轮轴上；
[0016] b、高温退火：通过管式炉将位于管式炉内的黄铜线材预热至300?400°C，并保温 处理30?60min ;
[0017] c、电脉冲辅助退火：将电脉冲发生装置的正、负极与经过预热处理的黄铜线材相 连，将脉冲电压为1?1000V，脉冲频率为1?100Hz，处理时间为1?150s ;
[0018] d、开启步进电机，步进电机带动齿轮轴转动，将经过退火处理的黄铜线材移出管 式炉。
[0019] 优选的是，所述电脉冲辅助退火的脉冲电压为500?800V，脉冲频率为8?20Hz。
[0020] 本发明的有益效果是：
[0021] (1)采用电脉冲发生装置对黄铜进行辅助退火，可以有效的降低黄铜的退火温度， 缩短黄铜退火时间，提高了生产效率降低能耗，节约成本；同时，由于退火温度较低，降低了 黄铜线材表面氧化程度，无需酸洗去除氧化层，减少对环境造成污染，达到节能高效无污染 目的。
[0022] (2)配有可编程控制箱，通过可编程控制箱对黄铜运行速度和脉冲发生装置工作 时间进行精确校准调节，从而有效地控制黄铜再结晶回复过程，控制晶粒的尺寸。
【专利附图】
【附图说明】
[0023] 图1是本发明装置的结构示意图。
[0024] 图2是本发明的流程图。
[0025] 图3是未经退火处理黄铜的微观组织图。
[0026] 图4是经本发明处理后的黄铜线材的微观组织图。
[0027] 图5 (a)和图5 (b)分别在300°C和400°C温度下保温预热30min分钟未经过电脉 冲辅助退火处理的黄铜线材的微观组织图。
[0028] 图1中：进线导轮1，管式炉2,出线导轮3,步进电机4,小齿轮5,大齿轮6,齿轮轴 7,下轴承8,上轴承9,电脉冲发生装置10,可编程控制箱11，黄铜线材12。
[0029] 图5中，图5(a)是在300°C温度下保温预热30min分钟未经过电脉冲辅助退火处 理的黄铜线材的微观组织图；图5(b)是在400°C温度下保温预热30min分钟未经过电脉冲 辅助退火处理的黄铜线材的微观组织图。
【具体实施方式】
[0030] 下面结合具体实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说 明书文字能够据以实施。
[0031] 如图1所示，本发明一种黄铜在线退火的装置包括：
[0032] -个由左支架和右支架固定而成的主支架；在左支架的左侧中部设有一个进线导 轮1，在左支架的右侧中部设有一个出线导轮3,在左支架的中部设有一个管式炉2;在右支 架上部设有步进电机4,在步进电机4的下方设有一枚固定的小齿轮5,小齿轮5与一个大 齿轮6相咬合，大齿轮6固定在一个齿轮轴7上，齿轮轴7两端设有上轴承9和下轴承8 ; 在右支架下部设有电脉冲发生装置10 ;在右支架的右侧设有一个可编程控制箱11。
[0033] 如图2所示，可编程控制箱11与电脉冲发生装置10和步进电机4建立自动反馈 的闭环系统，闭环系统对黄铜运行速度和脉冲发生装置10工作时间进行精确校准调节，从 而有效地控制黄铜再结晶回复过程，达到稳定精确控制晶粒的尺寸。
[0034] 实施例1
[0035] 将黄铜线材12通过进线导轮1和出线导轮3带动经过管式炉2内向出线导轮3方 向传输，待黄铜线材到达管式炉保温区时，到位开关触发，步进电机4停止运转，可编程控 制箱11控制管式炉2的炉温，将黄铜线材12通过管式炉2预热至300°C并保温处理30min ; 保温期间，计时器开始工作，保温结束时自动打开电脉冲发生装置10,电脉冲发生装置10 的正、负极通过两个电接触片对黄铜线进行电脉冲处理。电压为500v，频率为8Hz，电脉冲 处理时间为60s。电脉冲处理完成后，步进电机4继续动作，将黄铜线材12传至齿轮轴7， 将其直接卷成捆状。图4一（a)为经本实施例处理后的黄铜线材的微观结构示意图。
[0036] 实施例2
[0037] 将黄铜线材12通过进线导轮1和出线导轮3带动经过管式炉2内向出线导轮3方 向传输，待黄铜线材到达管式炉保温区时，到位开关触发，步进电机4停止运转，可编程控 制箱11控制管式炉2的炉温，将黄铜线材12通过管式炉2预热至300°C并保温处理30min ; 保温期间，计时器开始工作，保温结束时自动打开电脉冲发生装置10,电脉冲发生装置10 的正、负极通过两个电接触片对黄铜线进行电脉冲处理。电压为500v，频率为8Hz，电脉冲 处理时间为90s。电脉冲处理完成后，步进电机4继续动作，将黄铜线材12传至齿轮轴7， 将其直接卷成捆状。图4一 (b)为经本实施例处理后的黄铜线材的微观结构示意图。
[0038] 实施例3
[0039] 将黄铜线材12通过进线导轮1和出线导轮3带动经过管式炉2内向出线导轮3方 向传输，待黄铜线材到达管式炉保温区时，到位开关触发，步进电机4停止运转，可编程控 制箱11控制管式炉2的炉温，将黄铜线材12通过管式炉2预热至300°C并保温处理30min ; 保温期间，计时器开始工作，保温结束时自动打开电脉冲发生装置10,电脉冲发生装置10 的正、负极通过两个电接触片对黄铜线进行电脉冲处理。电压为500v，频率为8Hz，电脉冲 处理时间为120s。电脉冲处理完成后，步进电机4继续动作，将黄铜线材12传至齿轮轴7， 将其直接卷成捆状。图4一（c)为经本实施例处理后的黄铜线材的微观结构示意图。
[0040] 实施例4
[0041] 将黄铜线材12通过进线导轮1和出线导轮3带动经过管式炉2内向出线导轮3方 向传输，待黄铜线材到达管式炉保温区时，到位开关触发，步进电机4停止运转，可编程控 制箱11控制管式炉2的炉温，将黄铜线材12通过管式炉2预热至300°C并保温处理30min ; 保温期间，计时器开始工作，保温结束时自动打开电脉冲发生装置10,电脉冲发生装置10 的正、负极通过两个电接触片对黄铜线进行电脉冲处理。电压为500v，频率为8Hz，电脉冲 处理时间为150s。电脉冲处理完成后，步进电机4继续动作，将黄铜线材12传至齿轮轴7， 将其直接卷成捆状。图4一（d)为经本实施例处理后的黄铜线材的微观结构示意图。
[0042] 实施例5
[0043] 将黄铜线材12通过进线导轮1和出线导轮3带动经过管式炉2内向出线导轮3方 向传输，待黄铜线材到达管式炉保温区时，到位开关触发，步进电机4停止运转，可编程控 制箱11控制管式炉2的炉温，将黄铜线材12通过管式炉2预热至350°C并保温处理60min ; 保温期间，计时器开始工作，保温结束时自动打开电脉冲发生装置10,电脉冲发生装置10 的正、负极通过两个电接触片对黄铜线进行电脉冲处理。电压为500v，频率为12Hz，电脉冲 处理时间为60s。电脉冲处理完成后，步进电机4继续动作，将黄铜线材12传至齿轮轴7， 将其直接卷成捆状。图4一（e)为经本实施例处理后的黄铜线材的微观结构示意图。
[0044] 实施例6
[0045] 将黄铜线材12通过进线导轮1和出线导轮3带动经过管式炉2内向出线导轮3方 向传输，待黄铜线材到达管式炉保温区时，到位开关触发，步进电机4停止运转，可编程控 制箱11控制管式炉2的炉温，将黄铜线材12通过管式炉2预热至350°C并保温处理60min ; 保温期间，计时器开始工作，保温结束时自动打开电脉冲发生装置10,电脉冲发生装置10 的正、负极通过两个电接触片对黄铜线进行电脉冲处理。电压为700v，频率为20Hz，电脉冲 处理时间为60s。电脉冲处理完成后，步进电机4继续动作，将黄铜线材12传至齿轮轴7， 将其直接卷成捆状。图4一（f)为经本实施例处理后的黄铜线材的微观结构示意图。
[0046] 实施例7
[0047] 将黄铜线材12通过进线导轮1和出线导轮3带动经过管式炉2内向出线导轮3方 向传输，待黄铜线材到达管式炉保温区时，到位开关触发，步进电机4停止运转，可编程控 制箱11控制管式炉2的炉温，将黄铜线材12通过管式炉2预热至400°C并保温处理60min ; 保温期间，计时器开始工作，保温结束时自动打开电脉冲发生装置10,电脉冲发生装置10 的正、负极通过两个电接触片对黄铜线进行电脉冲处理。电压为500v，频率为8Hz，电脉冲 处理时间为90s。电脉冲处理完成后，步进电机4继续动作，将黄铜线材12传至齿轮轴7， 将其直接卷成捆状。图4一（g)为经本实施例处理后的黄铜线材的微观结构示意图。
[0048] 实施例8
[0049] 将黄铜线材12通过进线导轮1和出线导轮3带动经过管式炉2内向出线导轮3方 向传输，待黄铜线材到达管式炉保温区时，到位开关触发，步进电机4停止运转，可编程控 制箱11控制管式炉2的炉温，将黄铜线材12通过管式炉2预热至400°C并保温处理60min ; 保温期间，计时器开始工作，保温结束时自动打开电脉冲发生装置10,电脉冲发生装置10 的正、负极通过两个电接触片对黄铜线进行电脉冲处理。电压为700v，频率为8Hz，电脉冲 处理时间为90s。电脉冲处理完成后，步进电机4继续动作，将黄铜线材12传至齿轮轴7， 将其直接卷成捆状。图4一 (h)为经本实施例处理后的黄铜线材的微观结构示意图。
[0050] 实施例9
[0051] 将黄铜线材12通过进线导轮1和出线导轮3带动经过管式炉2内向出线导轮3方 向传输，待黄铜线材到达管式炉保温区时，到位开关触发，步进电机4停止运转，可编程控 制箱11控制管式炉2的炉温，将黄铜线材12通过管式炉2预热至400°C并保温处理60min ; 保温期间，计时器开始工作，保温结束时自动打开电脉冲发生装置10,电脉冲发生装置10 的正、负极通过两个电接触片对黄铜线进行电脉冲处理。电压为800v，频率为8Hz，电脉冲 处理时间为120s。电脉冲处理完成后，步进电机4继续动作，将黄铜线材12传至齿轮轴7， 将其直接卷成捆状。图4一（i)为经本实施例处理后的黄铜线材的微观结构示意图。
[0052] 实施例10
[0053] 将黄铜线材12通过进线导轮1和出线导轮3带动经过管式炉2内向出线导轮3方 向传输，待黄铜线材到达管式炉保温区时，到位开关触发，步进电机4停止运转，可编程控 制箱11控制管式炉2的炉温，将黄铜线材12通过管式炉2预热至400°C并保温处理40min ; 保温期间，计时器开始工作，保温结束时自动打开电脉冲发生装置10,电脉冲发生装置10 的正、负极通过两个电接触片对黄铜线进行电脉冲处理。电压为ΙΟΟΟν，频率为8Hz，电脉冲 处理时间为60s。电脉冲处理完成后，步进电机4继续动作，将黄铜线材12传至齿轮轴7， 将其直接卷成捆状。图4一（j)为经本实施例处理后的黄铜线材的微观结构示意图。
[0054] 实施例11
[0055] 将黄铜线材12通过进线导轮1和出线导轮3带动经过管式炉2内向出线导轮3方 向传输，待黄铜线材到达管式炉保温区时，到位开关触发，步进电机4停止运转，可编程控 制箱11控制管式炉2的炉温，将黄铜线材12通过管式炉2预热至400°C并保温处理40min ; 保温期间，计时器开始工作，保温结束时自动打开电脉冲发生装置10,电脉冲发生装置10 的正、负极通过两个电接触片对黄铜线进行电脉冲处理。电压为800v，频率为20Hz，电脉冲 处理时间为60s。电脉冲处理完成后，步进电机4继续动作，将黄铜线材12传至齿轮轴7， 将其直接卷成捆状。图4一 (k)为经本实施例处理后的黄铜线材的微观结构示意图。
[0056] 实施例12
[0057] 将黄铜线材12通过进线导轮1和出线导轮3带动经过管式炉2内向出线导轮3方 向传输，待黄铜线材到达管式炉保温区时，到位开关触发，步进电机4停止运转，可编程控 制箱11控制管式炉2的炉温，将黄铜线材12通过管式炉2预热至400°C并保温处理40min ; 保温期间，计时器开始工作，保温结束时自动打开电脉冲发生装置10,电脉冲发生装置10 的正、负极通过两个电接触片对黄铜线进行电脉冲处理。电压为lv，频率为100Hz，电脉冲 处理时间为150s。电脉冲处理完成后，步进电机4继续动作，将黄铜线材12传至齿轮轴7， 将其直接卷成捆状。
[0058] 实施例13
[0059] 将黄铜线材12通过进线导轮1和出线导轮3带动经过管式炉2内向出线导轮3方 向传输，待黄铜线材到达管式炉保温区时，到位开关触发，步进电机4停止运转，可编程控 制箱11控制管式炉2的炉温，将黄铜线材12通过管式炉2预热至400°C并保温处理40min ; 保温期间，计时器开始工作，保温结束时自动打开电脉冲发生装置10,电脉冲发生装置10 的正、负极通过两个电接触片对黄铜线进行电脉冲处理。电压为ΙΟΟΟν，频率为1Hz，电脉冲 处理时间为Is。电脉冲处理完成后，步进电机4继续动作，将黄铜线材12传至齿轮轴7,将 其直接卷成捆状。
[0060] 图3为未经退火处理黄铜的微观组织图，由图4和图3相比可以看出，经本方法 退火处理之后的黄铜线材的组织形貌优于未经过退火处理的黄铜，黄铜线材表面的微观组 织由粗长的树枝状变为被碎断成细小的碎块，晶粒得到细化，分布变得更加均匀。通过图 4_(a)至图4_(k)可见，随着退火温度的增加、电脉冲辅助退火频率的增加和电脉冲辅助退 火时间的延长，黄铜线材的微观组织的结晶晶粒明显变好。图5(a)和图5(b)分别在300°C 和400°C温度下保温预热30min分钟未经过电脉冲辅助退火处理的黄铜线材的微观组织 图。通过图4与图5(a)和图5(b)比较，未经过电脉冲处理的铜材，随退火温度的增加，黄 铜线材的微观组织的结晶晶粒明显并不明显。由此可见，电脉冲辅助退火能够明显降低黄 铜再结晶退火温度和所需时间。
[0061] 尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列 运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地 实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限 于特定的细节。
【权利要求】
1. 一种黄铜在线退火装置，其特征在于，包括：一个由左支架和右支架固定而成的主 支架；在左支架的左侧中部设有一个进线导轮，在左支架的右侧中部设有一个出线导轮，在 左支架的中部设有一个管式炉；在右支架上部设有步进电机，在步进电机的下方设有一枚 固定的小齿轮，小齿轮与一个大齿轮相咬合，大齿轮固定在一个齿轮轴上，齿轮轴两端设有 上轴承和下轴承；在右支架下部设有电脉冲发生装置；在右支架的右侧设有一个可编程控 制箱。
2. 如权利要求1所述的黄铜在线退火装置，其特征在于：所述管式炉炉管中心线与齿 轮轴工作重心处于同一延长线上。
3. 如权利要求1或2所述的黄铜在线退火装置，其特征在于：所述进线导轮和出线导 轮位于管式炉炉管中心线的延长线上。
4. 如权利要求3所述的黄铜在线退火装置，其特征在于：所述可编程控制箱分别与步 进电机、管式炉和电脉冲发生装置电连接。
5. 如权利要求3所述的黄铜在线退火装置，其特征在于：在所述管式炉内设有两个电 接触片，电接触片分别与电脉冲发生装置的正、负极电连接。
6. 如权利要求3所述的黄铜在线退火装置，其特征在于：所述轴承与齿轮轴颈相匹配。
7. 如权利要求6所述的黄铜在线退火装置，其特征在于：所述上轴承和下轴承均采用 内圈固定，外圈转动方式。
8. -种用于如权利要求1-7之一所述的黄铜在线退火装置的黄铜退火方法，其特征在 于，包括以下几个步骤： a、 将黄铜线材依次穿过进线导轮、管式炉和出线导轮，将黄铜线材的前端固定在齿轮 轴上； b、 高温退火：通过管式炉将位于管式炉内的黄铜线材预热至300?400°C，并保温处理 30 ?60min ; C、电脉冲辅助退火：将电脉冲发生装置的正、负极与经过预热处理的黄铜线材相连，将 脉冲电压为1?1000V，脉冲频率为1?100Hz，处理时间为1?150s ; d、开启步进电机，步进电机带动齿轮轴转动，齿轮轴将经过退火处理的黄铜线材移出 管式炉。
9. 根据权利要求8所述的黄铜在线退火处理方法，其特征在于：所述电脉冲辅助退火 的脉冲电压为500?800V，脉冲频率为8?20Hz。
【文档编号】C21D9/52GK104212953SQ201410494862
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年9月24日 优先权日:2014年9月24日
【发明者】赵作福, 王建中, 齐锦刚, 王冰, 唐立丹, 周影 申请人:辽宁工业大学