СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКООЛОВЯНИСТОЙ БРОНЗЫ Российский патент 2007 года по МПК B22F3/10 C22C9/02 

Описание патента на изобретение RU2307722C2

-Изобретение относится к цветной металлургии, конкретно к способам получения высокооловянистой бронзы, используемой преимущественно для получения сверхпроводящих материалов.

Олово является одним из важнейших компонентов сверхпроводника на основе ниобата олова. Оно вводится в исходную сборку в составе высокооловянистой бронзы при содержании олова (13-14,5)%. Для достижения требуемых механических свойств заготовок, а также электрофизических характеристик сверхпроводника важно, чтобы олово было равномерно распределено по объему бронзы. При этом не допускается наличие пористости и несплошностей в сплаве.

Известен способ получения слитков из сплавов на основе меди, содержащих олово, включающий вакуумную индукционную плавку, при которой медь загружают в графитовый тигель вакуумной индукционной печи, вакуумируют печь, расплавляют и перегревают расплав до температуры Т=1250...1400°С, рафинируют расплав за счет выдержки при этих температурах, вводят олово, охлаждают расплав до температуры литья, превышающей температуру плавления на 100-200°С, и разливают в изложницу. (Фридлярский Р.М., Стрельцов Ф.М., Молдавский О.П. Вакуумная плавка медных сплавов. М., 1974 г. Цветметинформация, с.68-69).

Недостатком данного способа является наличие в теле слитка газовой пористости и грубых, неравномерно распределенных по объему слитка хрупких выделений интерметаллической фазы Cu31Sn8, обогащенных оловом, что снижает выход годного при последующей обработке давлением таких слитков, особенно при содержании олова более 13% (по массе).

Известен также способ получения слитков на основе меди с оловом, при котором медь загружают в графитовый тигель вакуумной индукционной печи, производят ее расплавление на воздухе, вводят олово в окисленный расплав при Т=1100...1200°С, вакуумируют печь, перегревают расплав до температуры литья и разливают в водоохлаждаемую изложницу, в результате чего получают слиток из сплава меди с оловом без газовой пористости. (А.с. №1144396 кл. С22В 9/04). Недостатком данного способа является наличие в теле слитка крупных, неравномерно распределенных хрупких выделений интерметаллической фазы Cu31Sn8, обогащенных оловом, что снижает выход в годное при обработке слитков давлением, особенно при содержании олова более 13% (по массе).

Известен способ получения слитков из сплавов на основе меди, содержащих олово, при котором проводят индукционную плавку в графитовом тигле в инертной атмосфере с разливкой в изложницу. Полученный слиток переплавляют в дуговой печи в инертной атмосфере в медный водоохлаждаемый кристаллизатор. (Ю.Ф.Ефимов и др. Распределение олова в больших слитках бронзы БрО14. Известия ВУЗов. Цветная металлургия, 1990 г., с.105-110). Недостатком этого способа является неудовлетворительное формирование поверхности, а также неудовлетворительное распределение олова, обусловленное ликвационными процессами.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения бронзы (RU 2180359 10.03.2002), включающий плавку компонентов в инертной атмосфере с электромагнитным перемешиванием расплава полем соленоида.

Преимуществом данного способа является возможность получения слитков диаметром до 190 мм с удовлетворительным распределением олова по длине слитка. Недостатком известного способа является принципиальная невозможность подавления междендридной и осевой ликвации олова в поперечных сечениях слитка при кристаллизации, особенно на стадии завершения процесса дуговой плавки, когда глубина жидкой ванны еще значительна, а токовая нагрузка плавно снижается до минимума и электромагнитное перемешивание полем соленоида выключается для уменьшения глубины жидкой ванны с целью вывода усадочной раковины к поверхности кристаллизующегося слитка. Ликвационное обогащение оловом осевой части слитка и междендридного пространства, в свою очередь, приводит к образованию хрупкой интерметаллидной фазы и крупных эвтектоидных включений, присутствие которых резко снижают деформируемость высокооловянистой бронзы при обработке давлением и является основным препятствием повышения электрофизических характеристик сверхпроводников на основе ниобата олова путем повышения олова в сплаве, а также не позволит минимизировать издержки производства. При увеличении содержания олова в бронзе выше 13% (мас.) и (или) увеличении диаметра слитка ликвация олова возрастает, возрастает количество интерметаллидной фазы и эвтектоида, что приводит к повышению брака изделий, получаемых при обработке сплава давлением.

Заявляемое изобретение решает задачу подавления ликвационных процессов, повышения гомогенности сплава по олову, снижения размеров эвтектоидных включений в сплаве, что, в свою очередь, позволяет повысить содержание олова в бронзе без снижения технологических характеристик сплава и способствует повышению качества сверхпроводника, для изготовления которого она предназначена.

Технический результат достигается тем, что в способе получения высокооловянистой бронзы, включающем плавку компонентов в инертной атмосфере с электромагнитным перемешиванием расплава полем соленоида, расплав подвергают грануляции в инертной атмосфере, после чего гранулы соединяют диффузионной сваркой в вакууме при температуре 0,6-0,8 от температуры плавления бронзы и давлении сжатия 0,5-21 МПа с изотермической и изобарной выдержкой в течение 10-20 минут.

Грануляцию ведут при скорости охлаждения расплава ≥2000°С/с.

Грануляцию ведут с получением размера гранул 0,2-2,0 мм.

Новизна технического решения заключена в совокупности применения известных приемов плавки, грануляции и диффузионной сварки сплава с достижением новых качественных показателей, а именно возможности повышения содержания олова при сохранении пластичности сплава и повышении выхода в годное на технологических операциях.

Пределы параметров диффузионной сварки определяются следующим:

- при температуре диффузионной сварки менее 0,6 от температуры плавления бронзы снижается плотность заготовки, при температуре более 0,8 от температуры плавления бронзы увеличивается свариваемость сплава с инструментом;

- при давлении сжатия гранул менее 0,5 МПа снижается плотность заготовки, при давлении более 21 МПа увеличивается заклинивание инструмента по технологическим зазорам;

- при изотермической выдержке менее 10 минут уменьшается плотность заготовки, при изотермической выдержке более 20 минут снижается производительность процесса.

Скорость охлаждения расплава ≥2000°С/с определяется параметрами инертной атмосферы и габаритами установки грануляции.

Пределы размеров гранул от 0,5 до 2,0 мм задаются параметрами инертной атмосферы, а также скоростью распыления гранул и определяются следующим: - при размере гранул более 2,0 мм значительно искажается сферическая форма и возрастает расход гелия на охлаждение, при размере менее 0,5 мм снижается производительность процесса грануляции.

Отлитые гранулы подвергают твердофазному компактированию диффузионной сваркой в вакууме не выше 5×10-5 мм рт. ст., в интервале температур 0,6-0,8 температуры плавления высокооловянистой бронзы, при давлении сжатия 0,5-21 МПа, изобарной и изотермической выдержке в течение 10-20 мин.

Пример осуществления способа.

Катодную медь марки МООК(ГОСТ859-78) и олово в чушках марки 01Пч(ГОСТ860-75) загружали в плавильник установки гранулирования. Вакуумировали печь и гранулятор до остаточного давления 5×10-5 мм рт. ст., после чего заполняли печь и гранулятор гелием марки А до давления 0,4-0,6 ати. Расплав перегревали на 100-150°С выше температуры плавления и перемешивали полем индуктора. Продолжительность перемешивания определялась опытным путем по результатам хим. анализов. Полученную бронзу гранулировали и классифицировали по границам - 2000+200 мкм. Гранулы бронзы сваривали в необходимые заготовки в вакуумной установке УСП. Температура нагрева гранул составляла 0,6 от температуры плавления бронзы, давление сжатия составляло 15МПа, а время выдержки составило 20 мин. Сваренные черновые заготовки протачивали в необходимые размеры для последующей обработки давлением. В результате осуществления способа получили равномерное распределение олова в бронзе с мелкодисперсным выделением эвтектоида, который легко растворяется последующей гомогенизацией. Способ позволил повысить содержание олова в сплаве до 15% (по массе) без существенного снижения технологичности сплава.

На чертеже приведена микроструктура высокооловянистой бронзы:

а, б - микроструктура литой бронзы, полученной по прототипу,

в, г - микроструктура литой бронзы, полученной по предлагаемому способу.

Похожие патенты RU2307722C2

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВОК ИЗ СЛИТКОВ ВЫСОКООЛОВЯНИСТОЙ БРОНЗЫ 2007
  • Антипов Вадим Витальевич
  • Антоненков Евгений Васильевич
  • Воробьева Алла Валентиновна
  • Ильенко Евгений Владимирович
  • Дробышев Валерий Андреевич
  • Зурабов Владимир Александрович
  • Чистов Юрий Иванович
  • Абдюханов Эльдар Мансурович
RU2353683C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЛИТКОВ ИЗ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ МЕДИ, СОДЕРЖАЩИХ ОЛОВО 2001
  • Дробышев В.А.
  • Зиновьев В.Г.
  • Зурабов В.С.
  • Комендант Л.К.
  • Чистов Ю.И.
  • Кораблев В.И.
  • Дубиков А.А.
  • Шиков А.К.
  • Панцырный В.И.
  • Воробьева А.Е.
RU2180359C1
Способ получения хромовой бронзы 2020
  • Шильников Евгений Владимирович
  • Кабанов Илья Викторович
  • Сисев Андрей Александрович
  • Муруев Станислав Владимирович
  • Сосницкий Николай Александрович
  • Урин Сергей Львович
  • Троянов Кирилл Владимирович
RU2731540C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО СВЕРХПРОВОДЯЩЕГО ПРОВОДА НА ОСНОВЕ СОЕДИНЕНИЯ NbSn И ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО СВЕРХПРОВОДЯЩЕГО ПРОВОДА НА ОСНОВЕ СОЕДИНЕНИЯ NbSn 2013
  • Шиков Александр Константинович
  • Воробьёва Александра Евгеньевна
  • Абдюханов Ильдар Мансурович
  • Фигуровский Дмитрий Константинович
  • Дергунова Елена Александровна
  • Никуленков Евгений Васильевич
  • Насибулин Мансур Нурахметович
  • Трактирникова Надежда Викторовна
RU2559803C2
Способ модифицирования структуры литых заготовок из антифрикционной бронзы для диффузионной сварки со сталью (варианты) 2021
  • Колтыгин Андрей Вадимович
  • Баженов Вячеслав Евгеньевич
  • Титов Андрей Юрьевич
  • Белов Владимир Дмитриевич
RU2778039C1
Способ получения сверхпроводящего покрытия на основе интерметаллического соединения 1979
  • Пан В.М.
  • Клименко Г.А.
  • Белецкий Ю.И.
  • Флис В.С.
  • Шендерович П.Б.
  • Гольденберг Е.С.
SU860625A1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОМПОЗИТНОГО СВЕРХПРОВОДНИКА НА ОСНОВЕ СОЕДИНЕНИЯ NBSN 1999
  • Плашкин Э.И.
  • Никуленков Е.В.
  • Салунин Н.И.
  • Шиков А.К.
  • Ведерников Г.П.
  • Беляев В.С.
  • Малафеева О.В.
  • Воробьева А.Е.
  • Силаев А.Г.
RU2152657C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МИШЕНИ ДЛЯ РАСПЫЛЕНИЯ ИЗ СПЛАВА НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ 2010
  • Штинов Евгений Дмитриевич
  • Глебовский Вадим Георгиевич
  • Чашечкина Жаннета Юрьевна
  • Ищенко Владимир Иванович
  • Бывшев Петр Яковлевич
RU2446229C1
АМОРФНЫЙ ЛЕНТОЧНЫЙ ПРИПОЙ НА ОСНОВЕ МЕДИ 2011
  • Калин Борис Александрович
  • Сучков Алексей Николаевич
  • Федотов Владимир Тимофеевич
  • Севрюков Олег Николаевич
  • Мазуль Игорь Всеволодович
  • Маханьков Алексей Николаевич
RU2464143C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РАСПЫЛЯЕМОЙ МИШЕНИ ИЗ СПЛАВА НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ 2010
  • Штинов Евгений Дмитриевич
  • Глебовский Вадим Георгиевич
  • Чашечкина Жаннета Юрьевна
  • Ищенко Владимир Иванович
  • Бывшев Петр Яковлевич
RU2446228C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 307 722 C2

Реферат патента 2007 года СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКООЛОВЯНИСТОЙ БРОНЗЫ

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам получения высокооловянистой бронзы. Может использоваться для получения сверхпроводящих материалов. Способ получения высокооловянистой бронзы, преимущественно для сверхпроводниковых материалов, включает плавку компонентов в инертной атмосфере с электромагнитным перемешиванием расплава полем соленоида. Расплав подвергают грануляции в инертной атмосфере. Гранулы соединяют диффузионной сваркой в вакууме при температуре 0,6-0,8 от температуры плавления бронзы и давлении сжатия 0,5-21 МПа с изотермической и изобарной выдержкой в течение 10-20 минут. Техническим результатом является повышение содержания олова в бронзе и гомогенности по олову без снижения технологических характеристик сплава. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 307 722 C2

1. Способ получения высокооловянистой бронзы, преимущественно для сверхпроводниковых материалов, включающий плавку компонентов в инертной атмосфере с электромагнитным перемешиванием расплава полем соленоида, отличающийся тем, что расплав подвергают грануляции в инертной атмосфере, после чего гранулы соединяют диффузионной сваркой в вакууме при температуре 0,6-0,8 от температуры плавления бронзы и давлении сжатия 0,5-21 МПа с изотермической и изобарной выдержкой в течение 10-20 мин.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что грануляцию проводят со скоростью охлаждения расплава ≥2000°С/с.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что грануляцию проводят с получением размера гранул 0,2-2,0 мм.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2007 года RU2307722C2

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЛИТКОВ ИЗ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ МЕДИ, СОДЕРЖАЩИХ ОЛОВО 2001
  • Дробышев В.А.
  • Зиновьев В.Г.
  • Зурабов В.С.
  • Комендант Л.К.
  • Чистов Ю.И.
  • Кораблев В.И.
  • Дубиков А.А.
  • Шиков А.К.
  • Панцырный В.И.
  • Воробьева А.Е.
RU2180359C1
RU 2003122274 A, 27.01.2005
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАНУЛ ИЗ ЖАРОПРОЧНЫХ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ 1992
  • Мусиенко В.Т.
  • Кошелев В.Я.
RU2011474C1
Противофильтрационное устройство каменно-земляной плотины 1984
  • Недрига Василий Павлович
  • Анахаев Кошкинбай Назирович
SU1217979A1
Перекатываемый затвор для водоемов 1922
  • Гебель В.Г.
SU2001A1
Способ крашения тканей 1922
  • Костин И.Д.
SU62A1

RU 2 307 722 C2

Авторы

Антоненков Евгений Васильевич

Воробьева Алла Валентиновна

Воробьева Александра Евгеньевна

Волошина Елена Алексеевна

Дробышев Валерий Андреевич

Емельховский Виктор Евгеньевич

Зурабов Владимир Сергеевич

Ильенко Евгений Владимирович

Панцырный Виктор Иванович

Филиппов Владимир Борисович

Чистов Юрий Иванович

Шиков Александр Константинович

Даты

2007-10-10Публикация

2005-07-12Подача