Способ упрочнения свинцово-сурьмянистого сплава

 

Изобретение относится к способам упрочнения свинцово-сурьмяного сплава и может быть использовано для изготовления аккумуляторных пластин на непрерывных производственных линиях. Целью изобретения является повышение прочностных свойств. Способ заключается в обработке сплава давлением, быстрой термообработке сплава, включая закалку в течение отрезка времени, достаточного для активизации упрочняющего механизма в сплаве. Упрочнение происходит за счет получения рекристаллизованной структуры, содержащей более 50% растворимой сурьмы в полосах эвтектоидной фазы. 2 з.п. ф-лы, 3 ил. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51)5 С 22 F 1/12

ОПИСАНИЕ. ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ПАТЕНТУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4028628/27-02 (86) РСТ/ПБ 86/00501 (10.03 86) (22) 27.11.86 (3.1) 718630 . (32) 01.04.85 (33) US (46) 15,07.90. Бюл. №- 26 . (71) Асарко инкорпорейтед. (US) (72) Майкл Майерз (US) (53) 621.785.79(088.8) (56) Патент США ¹ 4332629, кл. 148-11512, 1982. (54) СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ СВИНЦОВО-СУРЬМЯНИСТОГО СПЛАВА (57) Изобретение относится к способам

Изобретение касается способа упрочнения свинцово-сурьмянистых сплавов, в частности способа быстрой термообработки, который позволяет упрочнять сплавы с особым соотношением компонентов и обрабатывать их на непрерывной производственной линии для изготовления аккумуляторных пластин.

Цель изобретения — повышение прочностных свойств.

Установлено, что прочность свинцово-сурьмянистых сплавов с низким со.держанием сурьмы можно увеличить пу.тем специальной обработки сплава, содержащего в соответствующеи пропорции мышьяк,, причем способ заключается в обработке сплава давлением и быстрой термообработке (включая закалку сплава в течение достаточного отрезка времени) при повышенной температуре для активизации упрочняющего механиз2 упрочнения свинцово-сурьмянистого сплава и может быть использовано для изготовления аккумуляторных пластин на непрерывных производственных ли- . ниях. Целью изобретения является повышение прочностных свойств. Способ заключается в обработке сплава давлением, быстрой термообработке сплава,. включая закалку в течение отрезка времени, достаточного для активизации упрочняющего механизма в сплаве. Упрочнение происходит за счет получения рекристаллизованной структуры, .содержащей более 50 мас.% расгворимой сурьмы в полосах эвтектоидной фазы.

2 з.п. ф-лы, 1 табл.

С: ма в сплаве, при этом время термообработки по существу меньше, чем в обычном способе термообработки свинцово-сурьмянистых сплавов.

Э юб

Свинцово-сурьмянистые сплавы, которые можно упрочнять согласно предложенному способу, могут содержать многие элементы, которые применяются в сплавах типа, например, олово, медь, серебро, кадмий, селен и теллурий, при условии, что сурьмы присутствует в количестве свыше 0 5 мас.%, например

0 5-6 мас.%, предпочтительно 0,75

3 мас.% и 1-2,5 мас.%, а мышьяк — в количестве 0,002-1 мас.%, предпочти- ю тельно 0,05-0,25 мас.% и 0,1-0,2 мас.X. (уф

Мышьяк указанной комбинации с сурьмой играет важную роль в обеспечении упрочнения сплава. Особо отмечается значительное различие в пределе прочности на разрыв после 24-часового ста- 1579466 рения, а также то, что предел прочнос- после закалки, когда сверхнасыщенный ти на разрыв продолжает значительно раствор выделяется в форме, которая увеличиваться в сравнении со сплавами, создает напряжение в кристаллической содержащими сурьму в количестве 1 — решетке сплава и препятствует движе2 мас.Х, но имеющими более низкие

5 нию дислокации. уровни содержания мышьяка, чем в изоб- Термообработка согласно изобретеретении. нию, включая стадию закалки, когда ее

В предложенном способе упрочнение применяют для обработанных свинцовосплава происходит за счет выделения 10 сурьмянистых сплавов, содержащих в опупрочняющей фазы, а ее зарождение об- ределенном соотношении мышьяк и .сурь-. легчается благодаря присутствию в on- му, активизирует реакцию упрочнения ределенном соотношении сурьмы и мышья- средствами, которые еще неизвестны. ка и применению стадии термообработки. Установлено, что сурьма в свинцовоЭто отличается от обычной обработки 1,5 сурьмянистых сплавах с низким содерна твердый раствор при которой сплав жанием мышьяка или без него трудно выупрочняется за счет продолжительного деляется и поэтому практически остадиффузионного растворения сурьмы при ется в растворе через литье, обработвысокой температуре и выделения сверх- ку деформацией и старение, причем обнасыщенного раствора при комнатной 20 работанные сплавы, даже содержащие в температуре. Новый способ термообра- определенном соотношении мышьяк и . ботки согласно изобретению обеспечи- сурьму, не упрочняются значительно вает мало или совсем не обеспечивает при старении или выдержке. Только когупрочнение сплава при низких уровнях да сплавы термообрабатывают согласно содержания мышьяка. 25 изобретению, они упрочняются, причем

Обработку сплава можно проводить, считают, что термообработка привоприменяя известные способы, причем дит к образованию метастабильного запод обработкой давлением или прокат- родыша, содержащего мышьяк, который кой, Выдавливанием и т.д. подразуме- упрощает процесс выделения сурьмы. вается механическая пластическая де30

Берут образцы одного листа холодноформация металла, которая включает катанного сплава толщиной 0,08 дюйма холодную ипи горячую обработку. Из (1,98 мм), содержащего 2 мас.Х сурьсплава отливают заготовку и прокаты- мы, 0,2 мас.Х мышьяка, 0,2 мас.Х оловают ее в полосу требуемого размера, ва, остальное — свинец. Лист получапропуская через последовательные

35 ют посредством холодной прокатки ливалки, при этом каждый валок уменьша- того сплава с обжатием íà 90Х через .. ет толщину заготовки иэ сплава. Режим девять последующих обжатий на 25Х за прокатки с постоянным обжатием в од- каждый раз. Один холоднокатанный ном направлении прокатки является сплав нагревают в жидкой соляной ван-: предпочтительным, поскольку заготовку 40 не при 230 С в течение 30 с и закалитолщиной, например, 0,75 дюйма (19 мм) вают в воде, а другой нагревают в обжимают до полосы .толщиной 0,04 дюй- жидкой соляной ванне в течение 1 ч ма (10 мм)., пропуская заготовки че- при той же температуре и закаливают рез 11 валков, причем каждый валок в воде ° Все образцы помещают в смолу последовательно уменьшает толщину за- и полируют, применяя стандартные меготовки примерно на 25Х. Можно также ханические металлографические спосоприменять другие режимы прокатки. бы, сразу после закалки. Образцы

Термообработку сплава проводят при травят в смеси уксусной кислоты и ,временных и температурных условиях, Н<О, которые не дают результат обычной Заметим, что прокатанный сплав потермообработки на твердый раствор.Об-,каэывает очень мало (и даже нет) упработка на твердый раствор требует рочнение после старения при комнатдиффузионно управляемое растворение . ной температуре. Сплав, полученный выделенной фазы, богатой сурьмой. Та- согласно изобретению и имеющий полкие процессы протекают медленно, при- ностью рекристаллизованную структуру, чем в зависимости от движения отдель- 55 причем часть объема зон., богатых ных атомов в твердом состоянии из сурьмой, такая же, как у прокатанноодного положения кристалла в решетке ro сплава. Напротив, микроструктура в последующее. Упрочнение происходит сплава, термообработанного на твердый

466 6 дает хорошие результаты по упрочнению полосы сплава толщиной 0,040 дюйма (1,19 мм). Эквивалентное время нагрева в муфельной печи составляет 2,5 мин.

Для полосы тотпциной 0,25 дюйма (6,3 мм) время нагрева в соляной ванне в широком диапазоне температур составляет меньше 2 мин и даже 1 мин, а муфельной печи — меньше 8 мин, причем время нагрева изменяется в зависимости от температуры нагрева и толщины сплава. Для полосы, сплава толщиной примерно 0,025-0,1 дюйма время нагрева в соляной ванне составляет 1-3 с, преимущественно от 5 или 30 с, до меньше, чем 1 мин, а для муфельной печи оно составляет 1 мин, предпочтительно 2 мин и наиболее предпочтительно меньше 5 мин. При необходимости можно применять более продолжительный нагрев, хотя он обычно не приводит к существенному повышению эффективности обработки. B качестве средств нагрева можно применять мазутный нагрев, индукционный, нагрев сопротивлением, инфракрасный нагрев и т.п. Например, нагрев сопротивлением обеспечивает почти мгновенный нагрев, требующий 5 с или меньше, хотя можно применять более продолжительный нагрев.

Для получения обработанного сплава и/или изготовления аккумуляторных пластин можно применять любой известный способ или устройство. Например, известен способ, при котором ленту из свинца подают в приспособление для раскатки, встроенное в линию, затей следует склеивание, сушка, резка и укладывание в пакет. Известно изготовление готовых пластин для аккумуляторных батарей из прокатанного листового материала посредством: (a)резки и развальцовки для образования открытой пластины,(Ь)штамповки отк- рытой пластины, (с) изготовления пластины взаимоблокированного типа и (d) повторения операции (а) или (b) с операцией (с) °

Сплав можно непрерьгвно отливать, обрабатывать давлением, термообрабатывать и развальцовывать или штамповать для изготовления пластин, которые собирают прямо в батареи. Если это требуется, то полосу можно сматывать в рулон для хранения и затем ее обрабатывать, либо ее можно сначала обработать, затем смотать в рулон и хранить для последующего применения.

5 1579 раствор (структура рекристаллизована с увеличенным ростом зерна)> следующая: полосы, богатые содержанием сурьмы, полностью находятся в растворе. Белые точки представляют фазу арсенида олова, которая не влияет на процесс закалки.

Термическая обработка на твердый раствор (как она определена согласно

AS ТМ: 44-83) включает нагрев сплава до соответствующей температуры, выдержку при этой температуре достаточное время, чтобы один или несколько компонентов сплава мог присутствовать в твердом растворе, и затем следует достаточно быстрое охлаждение для удержания этих компбнентов в растворе. Однако важно.-,чтобы сплав нагревали до заданной температуры, так как 20 нагрев сплава при заданной температуре не растворяет значительного количества растворимой сурьмы, например менее 50 мас.Х,. обычно ниже 25 мас.Е и ниже 10 мас./, например 5, 11 или 25 меньше. Прокатанный сплав, содержит примерно такое же количество крупнозернистой выделенной сурьмы, как и сплав, термообработанный согласно изобретению. Это противоположно обыч- 30 ной термообработке на твердый раствор, при которой остается очень мало крупнозернистой выделенной сурьмы. Растворимая сурьма растворяется в свинце до 3,5 мас./, причем количество свыше 3,5 мас.Е нельзя брать для определения, какое количество сурьмы может растворяться согласно предложенному способу.

Температура, при которой проводят 4б термообработку, находится между примерно 180ОС и температурой ликвидуса сплава, предпочтительно 200-252 С и наиболее предпочтительно 220-245 С.

Время, необходимое для доведения 45 сплава до заданной температуры, изменяется в зависимости от толщины сплава, температуры и способа нагрева, причем для более тонких полос из сплава и когда применяют более высокие температуры и/или средства нагрева с высокой скоростью теплопередачи требуется меньше времени для термообра-. ботки. Для достижения полного эффекта термообработки по упрочнению сплава необходимо, чтобы сплав был полностью доведен до заданной температуры. Целесообразна обработка в жидкой соляной ванне при 230 С в течение 30 с, что о

1579466 мы свыше 0,5 мас.Х, причем предпочтительно сплавы содержат 1,8-2 мас. Х сурьмы.

Пример, 2. Сплавы 1,3,4,6,7 и

8 нагревали при 180 С в течение о

2,5 мин в соляной ванне, при этом достигалось аналогичное улучшение предела прочности при растяжении для заявленных сплавов. Подобным образом нагрев при 252 С в течение 2,5 мин о увеличивал предел прочности при растяжении. Сплавы также термообрабатывали, применяя масляную ванну, муфельную печь (нагрев на воздухе) и инфракрасный нагрев при указанных температурах и времени, при этом получали повышенные значения предела прочности при растяжении в отличии от обработки сплавов, имеющих составы вне указанных в настоящей заявке, например сплавы В и Е.

Сплав можно также термообрабатывать после изготовления пластин. Независи-. мо от способа термообработки и изготовления пластин важно, чтобы до термообработки сплав был обработан давлением.

Пример 1. Сплавы (см. табли,цу) получали в нагретом графитовом . тигле посредством легирования свинца корродирующего типа элементарным мышьяком, сурьмой и оловом. Расплав заливали в графитовую изложницу при

400 С для получения литого алака разМером 5х4х0,75 дюймов.

Отливки отфреэеровали для удаления поверхностных дефектов и затем прокатали при комнатной температуре до толщины 0,045 дюйма (1,18 мм) в одиннадцати калибрах с обжатием на

25-301 на калибр. От полученной полосы отрезали образцы для химического анализа. заготовки размером 4х0,5 (101 мм х 12,7 мм) для механической обработки до испытываемых прутков на- 25 резали из полосы в направлении прокатки (продольно). Для резки. прутков размером 1-й длины и 0,75 ширины применяли машину "Тенсилкат". Термообра-ботку образцов осуществляли в жидкой 30 соляной ванне при 230 С в течение указанного отрезка времени и затем их закаливали путем погружения образцов в воду при комнатной температуре после их удаления из соляной ванны. После этого образцы хранили при комнатной температуре для их старения. Испытание образцов проводили на машине "Инстрон" при скорости ползуна 0,2 дюйма/мин.

Данные, представленные в таблице, показывают увеличение предела прочности на разрыв свинцовьгх сплавов, содержащих сурьму и мь1шьяк в определенном отношении, при применении способа согласно изобретению. Сравнение сплавов- 1,2 и 3 с сплавами С, D и Е показывает важность добавки йьппьяка для повышения предела прочности в течение 30-секундного периода термообработки. Сплавы А и В показывают не- О обходимасть в уровнях содержания сурьФ о р м ул а и з о б р е т е н и я

1. Способ упрочнения свинцово-сурьмянистого сплава, содержащего 0,756,0мас.X сурьмы,0,005-1мас.7 мышьяка, свинец — остальное, включающий нагрев сплава, обработку давлением и закалку .с последующим старением, о т л и ч аю щ .и и с я тем, что, с целью повышения прочностных свойств, обработку давлением проводят прокаткой — перед нагревом в несколько проходов с суммарным обжатием более 50Х для получения структуры, содержащей растворимую сурьму в форме полос эвтектоидной фазы, обогащенной сурьмой, а закалку выполняют. после нагрева в течение 5,с2 мин для получения сплава с рекристаллизованной структурой, упрочняемой при старении и содержащей более е

50Х растворимой сурьмы в полосах, обогащенной сурыеой эвтектоидной фазы.

2. Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что нагрев ведут до

180-252 С.

3. Способ по пп. 1 и 2, о т л ич а ю шийся тем, что нагрев ведут в ванне расплавленной соли.

1О!

579466

Предел прочности на разрыв (фунт/кв.дюйм) Сплав

Показатели

30 секундная термообработка

Термообработка в те" чение часа

24 ч

24 ч 10 дн

10 дн

5400(58) 8300(144)

7700 (t 1i ) 10000(181) 2 0,18

2 0,18

4080(19)

4090(13) 4000(18)

4300(18) (...) " процент увеличения в сравнении с прокатанным материалом. х 4140(4) Примерно через шесть недель старения при комнатной температуре.

Составитель Е. Носырева

Техред Л.Олийньпс Корректор Т. Палий

Редактор М. Келемеш

Тираж 492

Подпис иое

Заказ 1925

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент". г.ужгород, ул. Гагарина,101

2

4

А

В

С

Я

2,0 0,19

1,90 0,19

1,86 0,2

0,98 О,!9

1,4 0,19

0 0,2

0,49 0,19

t 8 О

0,005 3500

О,05 4000

0,22 4000»

0 2 3500

0,21 3900

0,19 3090

0,2 3500

2-6 ч/ 3400

/млн

2-6 -"- 3400

3-12 -"- 36005 f00(45)

6100 (51)

6300(58)

4200(19)

5000(29)

3600(16)

3800(7)

3850(14) 6600(56)

7800(95)

7500(88)

4800(37)

6500(67)

3600(17)

4000(14)

4200(24) 9500(170)!

1000(174) 10900(172) 4!00(18) 6400(65) 3800(17) 4000(14) 7600(124) 10000(183) !1500(187)

1 1400 (185)

5200(48)

8500(120)

35@0(t3)

4000(14)

8500(152)