Композиционный материал на основе меди для электродов контактной сварки оцинкованных сталей

Авторы патента:

B23K35/30 - с основным компонентом, плавящимся при температуре ниже 1550шC

Владельцы патента RU 2551039:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова" (RU)

Изобретение может быть использовано при контактной сварке оцинкованных сталей. Композиционный материал содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: титан 0,2-1,1, углерод 0,05-0,20, медь - остальное. Изготовленные из указанного материала электроды для контактной сварки обладают высокой сопротивляемостью адгезии к цинковому покрытию при одновременной хорошей жаропрочности, а также стабильностью контактного сопротивления, что обусловливает высокий ресурс их работы. 4 табл.

Изобретение относится к сварочному производству, в частности - к составам материалов на основе меди для электродов контактной сварки оцинкованных сталей.

Известны материалы на основе меди для электродов контактной сварки, например, бронзы, содержащие хром, титан, цирконий и другие элементы, обеспечивающие прочностные характеристики материала за счет дисперсионного упрочнения. Однако эти бронзы имеют низкую температуру рекристаллизации, что приводит к ускоренному разрушению контактной поверхности электродов [1].

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является композиционный порошковый материал на основе меди, содержащий ультрадисперсные частицы оксида титана TiO₂, полученный методом внутреннего окисления порошка сплава меди с титаном [2], пригодный для сварки оцинкованных сталей. Указанный материал обладает хорошими электрофизическими характеристиками как при комнатной, так и при повышенных температурах и имеет высокую температуру рекристаллизации. Однако недостаточно высокие антифрикционные и противоадгезионные свойства материала, а также нестабильность его контактного сопротивления обусловливают недостаточно высокий ресурс работы изготовленных из него электродов контактной сварки оцинкованных сталей, особенно, электродов для роликовой шовной и стыковой сварки. Кроме этого длительные окислительно-восстановительные отжиги, используемые в технологии получения данного материала, обусловливают высокие цены на него, что не позволяет осуществить его широкое применение в сварочном производстве.

Заявляемое изобретение решает задачу расширения ассортимента материалов, обладающих высокими физико-механическими характеристиками при одновременно высоких показателях антифрикционных, противоадгезионных свойств материала, стабильности его контактного сопротивления и ресурса работы изготовленных из него электродов контактной сварки оцинкованных сталей, а также расширения ассортимента композиционных порошковых материалов на основе меди, обладающих высокими физико-механическими характеристиками.

Эта задача решается тем, что композиционный материал на основе меди, содержащий титан, дополнительно содержит углерод при следующем соотношении компонентов, масс. %:

Титан	0,2-1,1
Углерод	0,05-0,20
Медь	остальное

Из уровня технически не известны аналоги, обладающие тождественной совокупностью признаков.

Заявляемый материал изготавливают из шихты, приготовленной смешиванием порошков титана (ТУ 48-0501-385-94), углерода (ГОСТ 4404-78) и меди (ГОСТ 4960-75), путем обработки шихты в шаровой мельнице, последующего холодного компактирования полученных гранул в брикеты и их горячей экструзии в пруток или профиль при температуре 750-850°С. При этом компоненты шихты вступают в твердофазные реакции, в результате которых образуется структура материала, представляющая собой практически чистую матрицу с равномерно распределенными в ней ультрадисперсными (10-50 нм) частицами оксида и карбида титана, а также свободного углерода. Наличие в материале равномерно распределенного ультрадисперсного углерода придает материалу высокие антифрикционные и противоадгезионные свойства, обеспечивая тем самым высокий ресурс изготовленных из него электродов контактной сварки и токоподводящих наконечников дуговой сварки.

В соответствии с описанной технологией были изготовлены прутки заявленного материала с вышеуказанным содержанием компонентов, а также материала-прототипа (табл.1).

Таблица 1
Компоненты	Составы, масс.%
№1	№2	№3	Прототип
Титан	0,20	0,50	1,10	0,50
Углерод	0,20	0,15	0,05	-
Медь	99,60	99,35	98,85	99,5

Все полученные прутки были подвергнуты испытаниям с целью определения их физико-механических характеристик, которые приведены в табл.2.

Твердость определялась по ГОСТ 9012-59, электропроводность - по ГОСТ 7229-76, а испытания на растяжение проводились по ГОСТ 1497-84.

Таблица 2
Составы	Физико-механические характеристики
Твердость НВ	Электропроводность, % от электропроводности меди	Временное сопротивление растяжению, МПа	Относительное удлинение, %	Относительное сужение, %
Прототип	143	83	420	18	32
Состав №1	145	87	425	18	33
Состав №2	155	85	510	16	28
Состав №3	185	72	560	12	22

Из табл.2 видно, что прочностные свойства заявляемого материала превосходят прочностные свойства материала-прототипа. При этом заявляемый материал составов №1 и №2 по сравнению с материалом-прототипом имеет и более высокую электропроводность.

Антифрикционные свойства материалов определялись на машине СМЦ-2 по схеме «ролик-колодка» при давлении на контактную поверхность пары трения 2 МПа и скорости скольжения 0,4 м/с. В качестве материала колодки использовались заявляемый материал указанных выше составов и материал-прототип. Для изготовления контртела (ролика) использовалась качественная углеродистая сталь 20, часто применяемая в конструкциях ответственного назначения, получаемых из листовых заготовок роликовой шовной сваркой.

Результаты испытаний приведены в табл.3.

Для оценки противоадгезионных свойств, а также стабильности контактного сопротивления заявляемого материала и материала-прототипа были отштампованы колпачковые электроды типа F диаметром 16 мм по ISO 5821. Испытания проводили при сварке оцинкованной стали толщиной 0,8±0,8 мм при сварочном токе силой 10-11 кА, усилии сжатия электродов - 230 кГс и темпе сварки - 7 пер.

Критерием оценки противоадгезионных свойств материалов, а также стабильности их контактного сопротивления было принято относительное изменение контактного сопротивления электродов, обусловленное в основном диффузией жидкого цинка в материал электродов, а также зашлаковыванием их контактных поверхностей. Измерялось контактное сопротивление между двумя электродами до (R_O) и после (R) испытаний и определялось относительное его изменение по формуле:

ΔR=R_O/R.

Результаты измерений приведены в табл.3.

Таблица 3
Составы	Антифрикционные свойства	Относительное изменение контактного сопротивления
Коэффициент трения	Удельный износ, мг/км	Удельная нагрузка заедания, кгс/см²
Прототип	0,030	0,403	163	1,34
Состав №1	0,028	0,365	181	1,24
Состав №2	0,024	0,347	287	1,29
Состав №3	0,022	0,326	363	1,32

Из табл.3 видно, что заявляемый материал обладает значительно более высокими антифрикционными и противоадгезионными свойствами, а также более стабильным контактным сопротивлением, чем материал-прототип.

Для определения ресурса электродов контактной сварки были проведены сравнительные испытания холодноштампованных колпачковых электродов типа F диаметром 16 мм по ISO 5821, изготовленных из заявляемого материала указанных выше составов и материала-прототипа. Испытания проводили при сварке оцинкованной стали толщиной 0,8±0,8 мм при сварочном токе силой 10-11 кА, усилии сжатия электродов - 230 кГс и темпе сварки -7 пер.

Критерием оценки ресурса работы электрода служило количество сваренных точек до его перезаточки, необходимость в которой наступала в том случае, когда диаметр контактной поверхности электрода увеличивался на 20% по сравнению с его исходным диаметром. Измерение диаметра контактной поверхности электрода производилось через каждые 100 циклов сварки. Если измеренный диаметр превосходил исходный диаметр на 20%, то за значение ресурса электрода принималось количество сваренных им точек, которое было зафиксировано при проведении предыдущего измерения контактной поверхности электрода.

Результаты ресурсных испытаний приведены в табл.4.

Таблица 4
Составы	Количество сваренных точек до переточки электрода, шт.
Составы	№ испытания
1	2	3	4	5	Среднее значение
Прототип	2300	2500	2100	2700	2400	2400
Состав №1	2400	2900	2800	3000	2500	2720
Состав №2	2600	2300	2900	3100	3200	2820
Состав №3	2800	3300	3100	3400	2900	3100

Из табл.4 видно, что электроды из заявляемого материала имеют ресурс, превосходящий ресурс электродов из материала-прототипа.

Источники информации, принятые во внимание при составлении описания и формулы изобретения

1. Справочник по обработке цветных металлов и сплавов / А.П. Смирягин, Н.З. Днестровский, А.Д. Ландиков и др. / Под ред. Л.Е. Миллера - М.: Металлургиздат, 1961. 872 с.

2. Данелия Е.П., Розенберг В.М. Внутреннеокисленные сплавы. - М.: Металлургия, 1978. 232 с.

Композиционный материал на основе меди для электродов контактной сварки оцинкованных сталей, содержащий титан, отличающийся тем, что он дополнительно содержит углерод при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Титан	0,2-1,1
Углерод	0,05-0,20
Медь	остальное

Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к получению композиционных материалов на основе меди, предназначенных для изготовления разрывных электрических контактов.

Материал подшипника скольжения // 2524812

Изобретение относится к применению CuFe2P в подшипнике скольжения или в качестве материала подшипника скольжения, причем CuFe2P представляет собой медный сплав, содержащий 2,1-2,6 мас.% Fe, 0,05-0,2 мас.% Zn, 0,015-0,15 мас.% Р, до 0,03 мас.% Pb и до 0,2 мас.% других добавок.

Шихта для изготовления материала для сильноточных электрических контактов и способ изготовления материала // 2523156

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к производству графито-медных материалов для сильноточных электрических контактов. Шихта содержит, мас.%: частицы меди 20-85, частицы гидрида титана 1-10 и частицы графита - остальное.

Способ изготовления порошкового композита сu-cd/nb для электроконтактного применения // 2516236

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению металлокерамических электроконтактных материалов Cu-Cd/Nb. Из порошков меди и ниобия готовят шихту, проводят холодное прессование и спекание.

Медный сплав и способ получения медного сплава // 2510420

Изобретение относится к углеродсодержащим медным сплавам и может быть использовано в электротехнике для изготовления электрических проводов. Медный сплав получают добавлением графита гексагональной системы в высокотемпературную среду с температурой в диапазоне от 1200°С до 1250°С в количестве, необходимом для получения медного сплава с содержанием углерода в диапазоне от 0,01% до 0,6% по весу.

Сплав на основе меди // 2508414

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам сплавов на основе меди, которые могут быть использованы для изготовления монет, бижутерии. Сплав на основе меди содержит, мас.%: медь 50,0-54,0; серебро 20,0-25,0; золото 2,0-3,0; галлий 10,0-13,0; олово 10,0-13,0.

Сплав на основе меди // 2507287

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам сплавов на основе меди, которые могут быть использованы для изготовления монет, бижутерии. Сплав на основе меди содержит, в мас.%: медь 68,2-70,2; серебро 20,0-25,0; индий 0,3-0,5; галлий 6,0-9,0; олово 0,3-0,5.

Ультрамелкозернистый медный сплав системы cu-cr и способ его получения // 2484175

Изобретение относится к области ультрамелкозернистых (УМЗ) материалов с повышенной прочностью и электропроводностью, предназначенных для использования в электротехнической промышленности для изготовления деталей, проводников и электрических контактов, работающих в условиях повышенных температур и высоких механических нагрузок.

Аморфный ленточный припой на основе меди // 2464143

Изобретение относится к пайке, в частности к разработке оптимальной формы выпуска и состава припоя, применяемого при пайке изделий из вольфрама и его сплавов с изделиями из меди и ее сплавов, например энергонапряженных узлов для термоядерной энергетики.

Способ получения порошкового материала на основе меди // 2460816

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению порошковых материалов на основе меди. .

Твердый припой на железохромовой основе // 2550471

Изобретение относится к области металлургии, в частности к твердому припою для высокотемпературной пайки нержавеющей стали. Порошок твердого припоя на железохромовой основе для высокотемпературной пайки основного материала из нержавеющей стали содержит, мас.

Состав для наплавки // 2549816

Изобретение относится к области металлургии, в частности к составу для лазерной наплавки при нанесении покрытий в качестве защитных слоев на различные детали, эксплуатируемые в различных областях техники.

Вспомогательный материал для сварки листов // 2548356

Изобретение относится к области металлургии, а именно к присадочному материалу для соединения листов сваркой и может быть использовано в автомобильной промышленности для сварки тонкостенных листов автомобильных кузовов.

Присадочный материал для сварки // 2543577

Изобретение относится к области металлургии, а именно к присадочному материалу для сварки, который может быть использован при сварке роторов газовых турбин. Присадочный материал содержит, вес.%: C 0,05-0,15, Cr 8-11, Ni 2,8-6, Mo 0,5-1,9, Mn 0,5-1,5, Si 0,15-0,5, V 0,2-0,4, B 0-0,04, Re 1-3, Ta 0,001-0,07, N 0,01-0,06, Pd 0-60 ч./млн, P не более 0,25, S не более 0,02, железо и неизбежные примеси - остальное.

Наплавляемый материал для сварки, наплавленный металл и деталь с наплавленным металлом // 2536016

Изобретение относится к области металлургии, в частности, к наплавляемому материалу и детали с наплавленным металлом и может быть использовано в технологическом устройстве, требующем высокие показатели сопротивления коррозии и сопротивления изнашиванию.

Металл сварного шва с высокой устойчивостью к водородному охрупчиванию // 2535417

Изобретение относится к области металлургии, в частности к металлу сварного шва, сформированному дуговой сваркой в защитном газе с применением электродной проволоки с флюсовым сердечником.

Дисперсный композиционный материал // 2534479

Изобретение относится к сварке, в частности к изготовлению порошков, используемых для плазменно-порошковой наплавки антифрикционных упрочняющих покрытий при изготовлении износостойких деталей.

Состав присадочного материала // 2530978

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при ремонте деталей паровых турбин. Состав присадочного материала в виде порошка для восстановления жаропрочных сталей характеризуется тем, что он содержит следующие компоненты при их соотношении, мас.%: Cr - 8-15, Si - 0,2-2,5, С - 0,01-0,18, Мо - 0,4-1,05, W - 0,4-1,2, V - 0,1-0,6, В - 0,01-2,0, Ni - 1-20, Fe - остальное, при этом суммарное значение Мо и W не превышает 1,0 мас.%.

Сварочная проволока для автоматической сварки теплоустойчивых сталей перлитного класса // 2530611

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству сварочных материалов, и может быть использовано для автоматической сварки теплоустойчивых сталей 2,25Cr-1Mo-0,25V композиции при изготовлении изделий в нефтехимическом машиностроении.

Электрод для сварки теплоустойчивых сталей // 2530215

Изобретение может быть использовано при ручной дуговой сварке конструкций химического машиностроения из сталей 2,25%Cr-1%Mo-0,25%V композиции. Электрод состоит из стержня из легированной стали 2,25%Cr-1%Mo-0,25%V и покрытия, содержащего следующие компоненты (в % по массе): мрамор 30,5-56,0, плавикошпатовый концентрат 20,0-33,0; двуокись титана 14,0-20,0; песок кварцевый 4,0-10,0; ферросилиций 1,0-3,0; марганец металлический 0,5-3,0; ферротитан 6,0-12,0; сода кальцинированная 0,5-2,5.

Сплав для соединения монокристалла алмаза с металлами // 2552810

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к сплавам для соединения кристаллов алмаза с металлами группы железа и сплавами на их основе, и может найти применение для изготовления одно- и многокристального алмазного инструмента. Состав сплава припоя содержит, в мас.%: 51,8-58,2 меди, 16,8-23,2 олова, 16,8-23,2 титана, 3,2-9,5 молибдена. Отсутствие в составе припоя серебра и низкая температура пайки существенно снижают риск возникновения микротрещин и разупрочнения кристаллов алмаза при пайке. 1 пр., 1 табл., 1 ил.