Способ получения слитков из сплавов на основе меди, содержащих олово

 

Изобретение относится к цветной металлургии, конкретно к способам получения высококачественных слитков из сплавов на основе меди с оловом вакуумным дуговым переплавом в сочетании с вакуумной индукционной плавкой, пригодных для изготовления изделий обработкой давлением. Способ включает вакуумный дуговой переплав расходуемого электрода в кристаллизатор в атмосфере инертного газа с использованием в качестве расходуемого электрода слитка сплава на основе меди, содержащего олово, полученного вакуумной индукционной плавкой. Используют кристаллизатор с соленоидом. Напряженность магнитного поля соленоида задают согласно выражению 10(100/q-1)≤Н≤12(100/q-1), при значениях плотности тока дуги 20<q<40, где Н - напряженность магнитного поля соленоида, А/см; q - плотность тока дуги, А/см² площади поперечного сечения кристаллизатора. Предложенный способ обеспечивает получение высококачественных слитков из сплавов на основе меди, содержащих олово, пригодных для получения изделий путем обработки давлением с высокой степенью деформации и позволяющих повысить выход в годное в 3-5 раз, в том числе для использования в качестве матричного материала многоволоконных сверхпроводников на основе Nb₃Sn с ультратонкими волокнами диаметром порядка 2-10 мкм. 1 табл.

Изобретение относится к области цветной металлургии, конкретно к способам получения высококачественных слитков из сплавов на основе меди с оловом дуговым переплавом (ДП) в сочетании с вакуумной индукционной плавкой (ВИП), пригодных для изготовления изделий, используемых в электротехнической промышленности, в том числе для производства сверхпроводников.

Известен способ получения слитков из сплавов на основе меди, содержащих олово, путем вакуумной индукционной плавки, при котором медь загружают в графитовый тигель вакуумной индукционной печи, вакуумируют печь, расплавляют и перегревают расплав до температуры Т=1250...1400^oС, рафинируют расплав за счет выдержки при этих температурах, вводят олово, охлаждают расплав до температуры литья, превышающей температуру плавления соответствующей бронзы на 100...200^oС и разливают в изложницу [1].

Недостатками данного способа являются 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 так же способ получения слитков из сплавов 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^oС, вакуумируют печь, перегревают расплав до температуры Т= 1250...1400^oС, проводят рафинировку за счет выдержки расплава при этих температурах, охлаждают расплав до температуры литья и разливают в водоохлаждаемую изложницу, в результате чего получают слиток из сплава меди с оловом без газовой пористости [2].

Недостатком данного способа является наличие в теле слитка крупных, неравномерно распределенных хрупких выделений интерметаллической фазы Сu₃₁Sn₈, обогащенных оловом, что снижает выход в годное при обработке слитков давлением, особенно при содержании олова более 13% (по массе).

Наиболее близким решением по технической сущности является способ получения слитков из сплавов на основе меди, содержащих олово, при котором проводят вакуумную индукционную плавку в графитовом тигле в атмосфере инертного газа с разливкой в изложницу. Полученный слиток, используемый в качестве расходуемого электрода, переплавляют в дуговой печи в атмосфере инертного газа в медный водоохлаждаемый кристаллизатор [3] - прототип.

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, особенно при содержании олова более 13% (по массе).

Технической задачей, решаемой с помощью данного изобретения, является получение высококачественных слитков из сплавов на основе меди, содержащих олово, с улучшенной поверхностью и равномерным распределением олова, пригодных для получения изделий, в том числе ультратонких, путем обработки давлением с высокой степенью деформации, пригодных для изготовления изделий, используемых в электротехнической промышленности, в том числе для производства сверхпроводников, повысить выход в годное в 3...5 раз.

Решение поставленной задачи достигают тем, что для получения слитков из сплавов на основе меди, содержащих олово, проводят вакуумный дуговой переплав расходуемого электрода в атмосфере инертного газа, с использованием в качестве расходуемого электрода слитка сплава на основе меди, содержащего олово и полученного вакуумной индукционной плавкой, в кристаллизатор с соленоидом и задают напряженность магнитного поля соленоида согласно выражению: 10(100/q-1)≤H≤12(100/q-1), при значениях плотности тока дуги: 20<q<40, q - плотность тока дуги, А/см² площади поперечного сечения кристаллизатора.

Результаты, представленные в таблице, показывают, что проведение дуговой плавки сплава меди с содержанием от 13,5% до 16% (по массе) олова при плотности тока q<20 А/см² не позволяет получить удовлетворительную поверхность слитка и характеризуется значительным разбросом содержания олова по длине слитка (±1,5% по массе) независимо от величины напряженности магнитного поля соленоида Н, что дает выход в годное не более 13% при обработке слитков давлением со степенью деформации, близкой к 100%.

Превышение же q>40 А/см² при дуговой плавке сплава меди с содержанием от 13,5% до 16% (по массе) олова, также приводит к низкому выходу в годное при обработке давлением слитков из-за высокого разброса содержания олова по длине слитка (±1,4% по массе) независимо от напряженности магнитного поля Н. Также показано, что получение слитков меди, содержащих от 13,5% до 16% (по массе) олова, дуговой плавкой, при 20<q<40 (А/см²) и Н<10(100/q-1) и Н>12(100/q-1) (А/см), также сопровождается низким выходом в годное при обработке давлением.

При проведении же процесса дуговой плавки слитков из сплава на основе меди от 13,5% до 16% (по массе) олова, по предлагаемому способу, удается существенно повысить выход в годное при обработке давлением со степенью деформации, близкой к 100%.

Пример осуществления способа.

Получение слитка из сплава меди с 16% (по массе) олова путем вакуумной индукционной плавки, с последующим переплавом полученного слитка в вакуумной дуговой печи, при котором медную шихту (медь марки МОк) массой 103 кг загружали в графитовый тигель вакуумной индукционной печи типа ДР-1, проводили ее расплавление и выдержку расплава в вакууме до прекращения кипения (35 мин), вводили олово марки O1 массой 18 кг и разливали расплав в изложницу диаметром 15 см. Полученный слиток массой 120 кг подвергали дуговому переплаву в вакуумной дуговой печи типа ВДП-300 в кристаллизатор диаметром 19 см с соленоидом. Дуговую печь предварительно вакуумировали до остаточного давления 0,1 мм рт.ст, затем заполняли аргоном до остаточного давления 130 мм рт. ст. и проводили переплав при значениях: q = 26 А/см² (ток дуги = 7,5 кА) и Н = 28,5 А/см. Полученный слиток массой 117,8 кг подвергали анализу на содержание олова, отбирая пробы от нижней, средней и верхней части слитка, согласно данным которого разброс содержания олова по длине слитка составил ±0,3% (по массе).

Затем слиток подвергали обработке давлением, включающей горячее прессование и волочение, и далее полученные изделия использовали в качестве единичного элемента для получения многоволоконного сверхпроводника, причем степень деформации единичного элемента составила почти 100% (99,9999997%), а диаметр волокон (содержащих сплав меди с 16% по массе олова) составил 0,001 см (10 мкм) при выходе в годное 38,8%.

Результаты проведенных исследований свидетельствуют о решении поставленной технической задачи и получении нового технического результата: получение высококачественных слитков из сплавов на основе меди, содержащих олово, с улучшенной поверхностью и равномерным распределением олова, пригодных для получения изделий, в том числе ультратонких, путем обработки давлением с высокой степенью деформации и позволяющего повысить выход в годное в 3-5 раз по сравнению с прототипом.

Предложенный способ может найти применение в промышленности производства изделий из сплавов на основе меди, содержащих олово, в том числе при производстве сверхпроводников.

Источники информации 1. Фридляндский P.M., Стрельцов Ф.М., Молдавский О.Р. "Вакуумная плавка медных сплавов". Москва, 1974 г. Цветметинформация, стр. 68-69.

2. А.С. 1144396, кл. С 22 В 9/04.

3. Ю. Ф. Ефимов и др. "Распределение олова в больших слитках бронзы БрО13". Известия ВУЗов. Цветная металлургия, 1990 г., стр. 105-110 - прототип.

Формула изобретения

Способ получения слитков из сплавов на основе меди, содержащих олово, включающий дуговой переплав расходуемого электрода в кристаллизатор в вакуумной дуговой печи в атмосфере инертного газа, причем в качестве расходуемого электрода используют слиток, полученный вакуумной индукционной плавкой из сплава на основе меди, содержащего олово, отличающийся тем, что используют кристаллизатор с соленоидом, при этом напряженность магнитного поля соленоида задают согласно выражению 10(100/q-1)≤Н≤12(100/q-1), при значениях плотности тока дуги 20<q<40, q - плотность тока дуги, А/см² площади поперечного сечения кристаллизатора.

РИСУНКИ

Рисунок 1