Способ приготовления резистивного сплава на медно-никелевой основе Советский патент 1982 года по МПК C22C1/02 

1

Изобретение относится к металлургии, ь частности к технологии производства медноникелевых сплавов и может быть использованс при приготовлении слитков для производства проволоки и фольги из прецизионных резистивных сплавов, применяющихся в приборостроении.

Основными требованиями, предъявленными к полуфабрикатам, изготавливаемым из этих сплавов, в частности к тензометрической термокомпенсироваиной проволоке, являются узкий предел значений температурного коэффициента электросопротивления (ТКС) и стабильная величина электросопротивления. Разброс электросопротивления одного погонного метра проволоки в одной катушке не должен превышать 100 Ом. Величина и стабильность указанных значений электрических свойств определяется в значительной степени стабильностью химического состава сплава и микроструктурой исходной заготовки.

Известен способ приготовления резистивиого сплава на медно-никелевой основе, включающий расплавление медно-никелево-железной

иасти шихты, перегрев (до 1673-1732 К) и выдержку в вакууме (в течение 5-10 мин), легирование марганцем, раскисление магнием, вьщержку в течение 5 мин, перемешивание и разливку в изложницу в атмосфере инертного газа 11.

Однако процесс легирования расплава марганцем осушествляется при высокой температуре и окисленной ванне (в сплаве отсутствуют компоненть с большим, чем у марганца, сродством к кислороду). Это приводит к чрезмер10ному и неравномерному испарению и окислению марганца. и, следовательно, к широким пределам колебания его содержания в слитках (до -ь11,0 относ.%).

V5

Разливка расплава в изложницы приводит во-первых, к появлению мелких литейных и кристаллизационных дефектов, сопоставимых с размерами микропроволоки и фольги, кото20рые приводят к обрыву изделия в процессе волочения и прокатки, особенно на конечных этапах производства, что увеличивает трудоемкость и снижает выход годного. 39 Во-вторых, способствует формированию гр бой и не постоянной ло сечению слитков мик структуры (расстояние между осями второго порядка дендрйтов составляет 90-110 мкм), которая, как известно, снижает пластичность слитка и полуфабрикатов. В-третьих, к появлению ликвации легирующих компонентов по сечению слитка (в пределах - 7+6 относ.% марганца и - 6 16 относ.% железа), что приводит к нестабильности химического состава, из-за чего не может быть достигнута нужная воспроизводимость ТКС и электросопротивления. Цель изобретения - создание способа приготовления резистквного л.едно-ннкелевого спл ва для производства термокомпенсированной микропроволоки и фольги с повышенной плас тичностью, воспроизводимостью значений ТКС и электросопротивления. Поставленная цель достигается тем, что в способе приготовления резистивного сплава на медно-никелевой основе, включающем расплавление шихты и перегрев расплава до температуры 1400-1450 С, легирование марганцем раскисление магнием, выдержку, перемеишвание и разливку в изложницы в атмосфере инертного газа, перегретый расплав охлаждают до 1300-1330 С, раскисляют магнием, вводят кальций в количестве 0,017-0,05% от веса сплава, например, в виде сИликокальция, или церий в количестве 0,004-0,012% от веса спла ва, например, в виде железо церия, затем легируют марганцем и слитки после разливки в изложницы переплавляют в электрошлаковой печи при температуре шлаковой ванны 1350- 1600 С и линейной скорости кристаллизации слитка (3,0-5,0) 10 м/сек. ПредложенньШ способ отличается от известного тем, что (шерацию легирования расплава марганцем производят после предварительного раскисления расплава магнием и ввода сняико кальцкя либо железо-церкя. при более низкой температуре. Это о6еспечи{18ет снижение угара марганца и железа и, сяедоаатепьно. повышение воспроизводимости их содержания в сштках и ТКС и электроеофотнвлеяия готовой продукции. Креме того, дополнительный ввод силикокаяыщя либо жвяезо-церия в {ясптав обеспечивает: во-первых. Образование легкоплавких соединений кремния и марган ца и удаление их уз расплава; во-вторых, | сохранение части свободаого (активного) каль ция Либо церия в еяитке, предавзначенном для электрошлакового переплава. Использование каяьция либо церия дпя этих целей обус ловлено их большей химической активностью и бояее низкой, чем у мапшя, упругостью пар Электроишаков вереялаа, благодаря отноопгельно малстйу объему жидкометаллической ванны и направленной кристаллизации слитка, обеспечивает получение здорового слитка без кристаллизационных и литейных дефектов, а также низкий разброс содержания легирующих компонентов по сечению слитка, Кроме того, шлаковая ванна поглощает все крупные экзогенные неметаллические включения электрода и частично, эндогенные включения, образовывающиеся в процессе переплава (в частности, окислы кремния, марганца и кальция). Неметаллические включения, образовавшиеся в процессе кристаллизации слитка, имеют размеры 0,0001-0,0004 мм (значительно меныце параметров изделия),, которые не оказывают существенного влияния на пластичность и прочность изделия. Формирование слитка при электрошлаковом переплаве со средней скоростью кристаллизации (3-5)х10 м/с обеспечивает получение микроструктуры слитка с расстоянием между осями второго порядка дендрйтов 0,0035-0,0050 мм (35-50 мкм). Это способствует повышению пластичности полуфабрикатов и изделий. Заданные пределы средней скорости кристаллизации слитка (3,0-5,0) 10 м/с обеспечиваются температурой шлаковой ванны в .процессе электрошлакового переплава, которая должна быть в пределах 1350-1600 К. Проведение переплава при более высокой температуре увеличивает угар марганца до 8 относ.% и приводит к огрублению микроструктуры слитков (увеличению расстояния между осями второго порядка дендрйтов, которое доходит до 100 мкм), и, следовательно, к снижению пластичности слитка до уровня слитков наполнительного литья. Снижение температуры шлаковой ванны ниже 1350С приводит к формированию относительно холодной жидкомсталлической ванны и ухудшению поверхности слитка (появлению гофр и шлаковых прослоек в слитке). Заданные пределы вводимого кальция 0,017-0,05 вес.% либо церия 0,004-0,012 вес.% приняты, исходя из следующих соображений. Нижние пределы 0,017 вес.% кальция и 0,004 вес.% церт1Я обеспечивают достато«1ую концентрацию кальция и церия в электроде для защиты от окисления жидкометаллической ванны слитка электйошлакового переплава при его формировали со садней скортотью кристаллизации 3 (такая ванна имеет низкий перегрев над точкой плавления, малые объем и время взаимодействия со шлаковым расплавом). Верхние пределы калыщя 0,05 вес.% и Oj012 0ес.% церия обеспечивают защиту жидкометаллической ванны злектрошлакового. слитка со средней скоростью кристаллизации 510м/с (такая ванна, характеризуется высоким перегревом, большими объемом и време59нем взаимодействия со шлаковым расплавом, а, следовательно, и большим угаром кальция и церия). При указанных количествах вводимо го кальция в слитках электрошлакового пере-, плава обнаруживают следы кальция, а содержание кремния не превышает допустимый уровень 0,1 вес.% для этих сплавов (ГОСТ 492-7 Кроме того, верхний предел церня 0,012 вес.% обусловлен тем, что церий в ввду своей высокой активности сильно разъедает магнезитовый тигель при приготовлении сплава. Поэтому количество неметаллических включений в сплаве растет и, следовательно, повышается об рывность проволоки и фольги при их изготовПример осушествления способа. В набивном магнезитовом тигле емкостью 60-80 кг по меди вакуумной печи ОКБ-869 были проведены плавки сплава спецконстантаит следующим образом. В тигель загружают медь, железо и никель. Марганец помещают в один из дозаторов. Лигатуру никель-магний (50% магния) заворачивают в медную фольгу и помещают на край другого дозатора. Раскиспитель силикакальций (с содержанием 35 вес.% Са) либо железо-церий (с содержанием 40 вес. Се) также заворачивают в медную фольгу и укла,цыва1от во второй дозатор. Вес основных компонентов и добавок берут из расчета шихт на 48 кг. После откачки установки ОКБ-869 до остеточногр разрежения 1,5- 1б-2,0-101им рт.ст. на мощности 50 кит расплавляют медно-железно-никелевую часть шихты и дегазируют расплав. После чего вводят аргон и измеряют температуру расплава, которая должна быть в пределах 1400-1450 С. В случае, если температура сплака ниже, его дополнительно подогревают путем повышения мощности. Затем снижают мощность до 15-30 квт (в зависимости от температуры расплава) для понижения темперьгуры расплава до 1300-. l33(fC и йроизводят раскисление лигатурой никель-магний, вводят силикокалышй либо желеэсу-церий. Сразу же после этих операций вводят марганец в 2-3 приема. После вьшерж кн расплава в течение 2-3 мин его перемешивания производят разлив металла в чугунную изложницу 90 мм и длиной 650-750 мм. Полученные слитки переплавляют в электрошлаковой печи А-550 под флюсом. Вес флюса во всех плавках составляет 3,0 кг. Диаметр кристаллизатора 135 мм, сила рабочего тока 3700-3900 А, рабочее на1фяженне 37-38 В. 6 процессе переплава измеряют температуру расплава, фиксируют колебания тока, которые не превышают + 0,1 КА . В коное плавки выв дят усадочную раковину по спеа,ующему режи. му:, 1 3000 А 2500 А 2000 А 1000 .А Общая продолжительность выведения усадочной раковины составляет 4 мин. Далее, от слитков отрезают темплеты и определяют металлографически диаметр денд1мггной ячейки, а путем химического анализа стружк - ликвацию и угар марганца И железа. Часть полученных слитков отковывают до 0 95 мм и отпрессовывают на прутки 0 10 мм, которые протянуты вхЬлодную до 0,5мм без промежуточных отжигов. Далее после садочного отжига в вакуумной печи при в течение 1 ч и волочения с вытяжкой на проход ,3 получена проволока диаметром 30, 25 и 20 мкм. Другая часть слитков была прокована на сутунки 44x220x400 мм, которые в горячую прокатывают до толщины 3,5 мм. После промежуточных отжигов в садочной печи ленту прокатывают вхолодную до фольги толщиной 7-5 мкм. Для получения сравнительных даннь1х параллельно проводят обработку металла, полученного методом наполнительного литья (диаметр Дендритной ячейки 90 и ПО мкм). Из полученных данных следует, что использование предлагаемого способа приготовления рсзистивного сплава на мсдно-никелевой основе обеспечивает снижение pa:i6poca содержания (лик11аиии) марганца и железа по диаметру слитка электрошлакового переплава (ЗШП), что позволяет получить констаНтановую проволоку с разбросом по ТКС и электросопротивлению внутри одной плавки соответственно +1,5-10 С и 50 Ом; уменьшение угара марганца в среднем в 5 раз при ЭШП обеспечивает достаточно стабильное воспроизведение химического состава. Получение металла с дендритной ячейкой 38-45 мкм позволяет повысить пластичность металла в 10 раз, что приводит к резкому уменьшению обрывности при полученш проволоки и фольги микронных сечений и повышению выхода кондиционной проволоки в 3-4 раза и фольги в 2-2,5 раза. Формула изобретения Способ приготовления резистивного сшгара на медно-никелевой основе, включающий расплавление шихты и перегрев расплава до 14001450 С, легировшше марганцем, раскисление магнием, выдержку, перемешивание и разливку Б изложшщы в атмосфере (гаертного газа, отличающийся тем, что, с целью

9013218

повышения пластичности сплава, воспроизводи-нищ переплавляют в электрошлаковой печи

мости значений температурного коэффициентапрн температуре шлаковой ваины 1350-160(ГС

сопротивления и эяектросопротивления, пере-и линейной скорости кристаллизации слитка

гретый pacffltts охлаждают до 1300-1330 С,(3,0-5,0) 10 м/с.

раскисляют ммптем, вводят кальций в коли-. Источники информации,

честве 0, от веса сплава, предпочти-принятые во внимание при зкспертизе

тельно в випе ошикокальция, или цериб в ко-1. Плавка, литье и изготовление шашек из

личестве 0,004-0,012% от веса сплава, предпоч-сплава МНМцЖ-40-1, 25-0,4. Технологическая

тнтельно в виде железо-церия, затем легируюткарта 17-77. Эксперимеитальный завод камарганцеМ, и слитгси после разливки в излож-|д чественных сплавов. М., 1977.