СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВОК ИЗ СЛИТКОВ ВЫСОКООЛОВЯНИСТОЙ БРОНЗЫ Российский патент 2009 года по МПК C22B9/20 C22C9/02 

Изобретение относится к цветной металлургии, конкретно к способам получения высококачественных литых заготовок из слитков высокооловянистой бронзы, полученных вакуумным дуговым переплавом в сочетании с вакуумной индукционной плавкой, пригодных для изготовления изделий, используемых в электротехнической промышленности, в том числе для производства сверхпроводников.

Известен способ получения заготовок из слитков высокооловянистой бронзы, при котором проводят вакуумную индукционную плавку в графитовом тигле с разливкой в изложницу, где формируется слиток, используемый в качестве электрода для переплава в дуговой печи в медный водоохлаждаемый кристаллизатор (Ю.Ф.Ефимов и др." Распределение олова в больших слитках бронзы БрО13". Известия ВУЗов. Цветная металлургия, 1990 г., стр.105-110).

Недостатками данного способа являются неудовлетворительное качество поверхности слитка из-за отсутствия перемешивания расплава в кристаллизаторе, а также значительная неравномерность содержания олова по длине слитка, вызванная ликвационными процессами, что приводит к снижению выхода в годное при обработке давлением заготовок, полученных из таких слитков, особенно при содержании олова более 13% мас.

Наиболее близким аналогом является способ получения заготовок из слитков высокооловянистой бронзы, включающий вакуумную индукционную плавку шихты из меди с расчетным содержанием олова, последующий вакуумный дуговой переплав в кристаллизатор, оснащенный системой для электромагнитного перемешивания расплава, и изготовление заготовки из полученного слитка (RU 2180359, С22В 9/20). Получаемые по данному способу слитки высокооловянистой бронзы характеризуются удовлетворительной поверхностью и равномерным распределением олова по высоте слитков, что позволяет успешно использовать их в качестве заготовок для производства труб и прутков обработкой давлением.

Недостатком данного способа является низкий выход в годное при изготовлении изделий в виде прутков, подвергаемых высокой степени деформации. Это связано с образованием за счет ликвационных процессов при кристаллизации в центральной осевой части слитка зоны, обогащенной оловом, и, как следствие, наличие в ней грубых непластичных выделений эвтектоида, содержащего а-фазу сплава и интерметаллическое соединение меди с оловом состава Cu₃₁Sn₈, а также значительного количества пор.

Технической задачей, решаемой с помощью данного изобретения, является получение высококачественных заготовок из слитков высокооловянистой бронзы, пригодных для получения изделий, в том числе ультратонких, путем обработки давлением с высокой степенью деформации, пригодных для изготовления изделий электротехнической промышленности, в том числе сверхпроводников, позволяющей повысить выход в годное в (1,5…2) раза.

Решение поставленной задачи достигают тем, что в способе получения заготовок из слитков высокооловянистой бронзы, включающем вакуумную индукционную плавку шихты, содержащей медь и расчетное количество олова с получением слитка, последующий вакуумный дуговой переплав его в кристаллизаторе, оснащенном системой для электромагнитного перемешивания расплава, и изготовление заготовки из полученного слитка, изготовление заготовки ведут из периферийной части слитка вакуумного дугового переплава, толщину которой определяют по соотношению:

Δ/r_с≤0,75,

где Δ - толщина периферийной части слитка, отсчитываемая от образующей слитка по направлению к его центру, мм;

r_с - радиус слитка, мм.

При этом расчетное содержание олова выбирают по соотношению

С_р/С_з=1,01,

где С_р - расчетное содержание олова в слитке вакуумной индукционной плавки, мас.%;

С_з - верхний предел заданного содержания олова в слитке вакуумного дугового переплава, мас.%.

Результаты проведенных заявителем экспериментов, приведенные в таблице 1, показывают, что центральная осевая часть слитков высокооловянистой бронзы, полученных ВДП, характеризуется превышением размеров дефектов (частиц эвтектоида и пор), что при дальнейшей обработке давлением заготовок, изготовленных из таких слитков, приводит к значительному снижению выхода в годное. В результате экспериментов установлено, что часть слитка, содержащая дефекты, размер которых удовлетворяет требованиям, представляет собой периферийную часть слитка толщиной не более 0,75r_c, отсчитываемой от образующей слитка.

Установлено также, что при этом обеспечение содержания олова в периферийной зоне слитка ВДП в заданных пределах достигается при расчетном значении содержания олова, превышающем максимальное требуемое его содержание в 1,01 раза.

Таблица 1
Результаты исследования качества заготовок из слитков высокооловянистой бронзы Радиус слитка, r_с, мм Контролируемые параметры качества Заданные значения параметров качества Расчетное значение параметров качества Толщина периферийной зоны слитка ВДП, отсчитываемая от его образующей, Δ, мм 0 (ось заготовки) 130 (0,81 r_c) 120 (0,75 r_c) 160 (r_c образующая слитка) 160,0 Содержание олова, % мас. 13,7-14,3 14,1 15,1 14,1 13,9 13,5 14,4 15,5 14,25 14,2 13,8 Максимальный размер эвтектоида, мкм ≤80 - 120 100 75 40 Максимальный размер пор, мкм ≤50 - 150 80 43 20

Пример осуществления предлагаемого способа.

Получение заготовок высокооловянистой бронзы с заданным содержанием олова - С_з=(13,7-14,3)% мас. осуществляли путем вакуумной индукционной плавки с последующим вакуумным дуговым переплавом полученного слитка, при котором медную шихту (медь марки МОк) и олово марки 01 загружали в графитовый тигель вакуумной индукционной печи типа ДР-Н, обеспечивая расчетное содержание олова 14,4% мас.

Слиток вакуумной индукционной плавки диаметром 275 мм, высотой 1600 мм массой 815 кг подвергали вакуумному дуговому переплаву в печи ДКВ-3,2 в медный водоохлаждаемый кристаллизатор диаметром 322 мм, оснащенный устройством для электромагнитного перемешивания расплава, в результате чего получен слиток диаметром 320 мм, высотой 1150 мм, массой 788 кг.

Слиток вакуумного дугового переплава разрезали на 3 части длиной по 300 мм, после чего 2 заготовки резали на 4 продольные части, из которых вытачивали заготовки диаметром 83,8 мм, длиной 300 мм, используя периферийную часть слитка толщиной 120 мм, отсчитываемую от образующей. Полученные заготовки подвергали обработке давлением с получением прутка диаметром 5,5 мм. Из третьей части слитка удаляли центральную осевую часть диаметром 83,8 мм, в которую затем помещали одну из заготовок диаметром 83,8 мм, полученную из предыдущих частей слитка ВДП. Затем полученную сборку подвергали обработке давлением с получением вышеприведенного прутка. В таблице 2 приведены технико-экономические показатели получения изделий из высокооловянистой бронзы по предлагаемому способу и способу, предложенному в прототипе.

Результаты проведенных исследований свидетельствуют о решении поставленной технической задачи и достижении нового технического результата - получение заготовок из высокооловянистой бронзы с требуемым уровнем качества (размеров эвтектоидных выделений, пор и заданного хим. состава), предназначенных для получения изделий в виде прутков и труб обработкой давлением и позволяющего повысить выход в годное в (1,5÷1,8) раза по сравнению с прототипом.

Предложенный способ может найти применение в промышленности при производстве изделий из высокооловянистой бронзы, в том числе при производстве сверхпроводников.

Таблица 2
Технико-экономические показатели получения изделий из высокооловянистой бронзы с содержанием олова (13,7-14,3),% мас. № п/п Тип изделия Технология получения заготовок под обработку давлением Выход в годное, % 1 (по предлагаемому способу) пруток S=5,4 мм из периферийной части слитка толщиной 0,75 радиуса слитка 78,7 2 (по прототипу) пруток S=5,4 мм из всего слитка ВДП 48,5 3 (по предлагаемому способу) пруток S=5,4 мм использование сборки из заготовок, полученных из периферийных частей слитка ВДП 82,2

Изобретение относится к цветной металлургии, конкретно к способам получения заготовок из высокооловянистой бронзы, предназначенных для изготовления изделий методом обработки давлением. Способ включает вакуумную индукционную плавку шихты, содержащей медь и расчетное количество олова, с получением слитка, последующий вакуумный дуговой переплав его в кристаллизаторе, оснащенном системой для электромагнитного перемешивания расплава, и изготовление заготовки из полученного слитка. Изготовление заготовки ведут из периферийной части слитка вакуумного дугового переплава, толщину которой определяют по зависимости Δ/r_с<0,75, где Δ - толщина периферийной части слитка вакуумного дугового переплава, отсчитываемая от образующей слитка, мм, r_с - радиус слитка, мм, при этом расчетное содержание олова выбирают по соотношению С_р/С_з=1,01, где С_р - расчетное содержание олова в слитке вакуумной индукционной плавки, % мас., С_з - верхний предел заданного содержания олова в слитке вакуумного дугового переплава, % мас. Техническим результатом является получение качественных заготовок из высокооловянистой бронзы, пригодных для прессования прутков и труб в качестве полуфабрикатов сверхпроводника на основе Nb₃Sn, и повышение выхода в годное. 2 табл.

Способ получения заготовок из слитков высокооловянистой бронзы, включающий вакуумную индукционную плавку шихты, содержащей медь и расчетное количество олова, с получением слитка, последующий вакуумный дуговой переплав его в кристаллизаторе, оснащенном системой для электромагнитного перемешивания расплава, и изготовление заготовки из полученного слитка, отличающийся тем, что изготовление заготовки ведут из периферийной части слитка вакуумного дугового переплава, толщину которой определяют по соотношению
Δ/r_c≤0,75,
где Δ - толщина периферийной части слитка, отсчитываемая от образующей слитка по направлению к его центру, мм,
r_с - радиус слитка, мм,
при этом расчетное содержание олова выбирают по соотношению
С_р/С_з=1,01,
где С_р - расчетное содержание олова в слитке вакуумной индукционной плавки, мас.%;
С_з - верхний предел заданного содержания олова в слитке вакуумного дугового переплава, мас.%.