无铅铜加工工艺是怎样的？

无铅铜加工工艺概述

无铅铜加工工艺是指以无铅铜合金（如铋代铅、锑代铅、硅代铅等低碳型铜合金）为原料，通过熔炼-铸造-变形-后处理等环节，制成棒材、管材、板材、线材等产品的全流程工艺。其核心是在保证无铅低碳（铅含量符合ROHS、NSF/ANSI等标准）的前提下，兼顾材料的切削性、耐腐蚀性、力学性能及加工稳定性。

一、原料准备

无铅铜合金的原料需严格控制成分，基础原料包括高纯度电解铜（Cu≥99.95%）、锌（Zn），并根据产品性能要求添加替代铅的低碳元素（如铋Bi、锑Sb、硅Si、铌Nb等）及强化剂（如碳化硅SiC、铁Fe、碳C等）。

示例1（无铅铜棒）：基础原料组成为Bi（0.5-0.8%）、Zn（10-20%）、C（0.2-0.5%）、Nb（0.5-1%），余量为铜；强化剂为碳化硅（与基础原料质量比1-10:100，粒径3-5微米）。

示例2（无铅硅黄铜）：以硅（Si）为主要替代元素，配合铋、锑等，优化合金的铸造性能与切削性。

二、熔炼工艺

熔炼是将原料转化为均匀铜液的关键步骤，需控制温度、气氛及搅拌，确保合金成分均匀并去掉杂质。

熔炼设备：常用中频感应炉（适合小批量、高精度）或反射炉（适合大批量生产），炉内覆盖木炭+石墨鳞片（避免铜液氧化）。

加料顺序：先加入50-60%纯铜锭，熔化后升温至1150-1200℃；依次加入Bi、Zn等易氧化元素，搅拌均匀并恒温10-15分钟；再加入C、Nb等强化剂及余量纯铜锭，升温至1200-1250℃熔炼15-20分钟。

三、铸造工艺

铸造是将铜液转化为坯料（如铜杆、铜锭）的过程，常用方法包括上引连铸（适合棒材）、水平连铸（适合圆锭/棒材）。

上引连铸铜杆：

将熔炼后的铜液注入保温炉，通过牵引机组连续上引铸造，铜杆直径15-45mm，速度200-300mm/min。

铸造过程中保持铜液温度稳定，避免氧化。

水平连铸圆锭/棒材：

控制铸造温度990-1080℃，得到直径或边长为20-100mm的坯料。

铸造后对坯料进行扒皮处理（去掉表面缺陷），确保后续加工质量。

四、变形加工

变形加工是通过轧制、锻造、拉拔等工艺，将坯料加工成所需形状（如棒材、板材），改善材料的组织性能。

轧制：连续轧制：以上引连铸铜杆为原料，采用多机架二辊轧机轧制铜棒，轧制速度0.1-0.2m/s，得到直径10-30mm的棒材。

热轧：水平连铸圆锭经加热（680-780℃）后，采用热轧机轧制成板材（厚度2mm以下），控制开坯温度（750-800℃）和道次加工率（避免边部裂纹）。

锻造：对水平连铸圆锭或棒材进行加热（680-780℃），采用热锻工艺制成水龙头、阀门等复杂形状，锻造比≥3（确保组织致密）。

拉拔：将轧制或锻造后的铜材进行多道次拉拔，变形系数1.15-1.5，拉拔速度<8m/min，使用乳化液/植物油作为润滑液（减少模具磨损）。

五、热处理

热处理用于去掉加工硬化、细化晶粒、改善材料的力学性能和加工性能，常用工艺包括退火。

退火条件：采用保护气氛光亮炉（避免氧化），温度300-500℃，保温时间6-10小时（如无铅铜棒退火温度400℃，保温7小时）。

效果：退火后晶粒尺寸0.01-0.03mm，材料塑性提高，便于后续加工；同时去掉内应力，避免变形开裂。

六、后处理

后处理是对产品进行表面和尺寸修正，确保产品质量符合要求。

矫直：采用矫直机对铜棒进行矫直，变形系数1.01-1.05，要求扭拧度≤0.5mm/m、平面度≤1mm/m、直度≤0.5mm/m。

分切：根据客户需求，将铜棒分切成指定长度（如1-6米），切口要求平整（无毛刺、裂纹）。

表面处理：部分产品需进行抛光（提高表面光洁度）、镀层（如镀镍、镀铬，加大耐腐蚀性）处理，满足装饰或功能需求。

关键质量控制要点

无铅性能：严格控制铅含量（≤0.05%），符合ROHS、NSF/ANSI61-2008等标准。

加工稳定性：通过添加强化剂（如碳化硅、铌）、控制熔炼温度（避免元素烧损），提高材料的抗脱锌性（避免锌析出导致腐蚀）、切削性（替代铅的元素改善断屑性能）。

力学性能：通过热处理（退火）优化晶粒结构，确保产品的抗拉强度（≥450MPa）、延伸率（≥15%）符合应用要求（如水龙头、阀门的使用需求）。