Способ получения заготовок из слитков высокооловянистой бронзы

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.

 

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, rс, 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 rc)	120 (0,75 rc)	160 (rc 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

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.%.