Способ приготовления резистивного сплава на медно-никелевой основе

 

(72) Авторы изобретения

О. Д. Молдавский, И. А. Саркисян, В. А. Измайлов и Т. А. Стомахина

Государственный научно-исследовательский и проектный институт сплавов и обработки цветных металлов Типроцветметобработка" 1 (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ РЕЗИСТИВНОГО

СПЛАВА НА МЕДНΠ— НИКЕЛЕВОЙ ОСНОВЕ

Изобретение относится к металлургии, ь частности к тсхнологии производства медноникслевых сплавов и может быть использовано при приготовлении слитков для производства проволоки и фольги из прецизионных резистивных сплавов, применяющихся в приборо- % строснии.

Основными требованиями, предъявленными к полуфабрикатам, изготавливаемым из этих сплавов, в частности к тензометрической термокомпснсированной проволоке, являются узкий предел значений температурного коэффициента электросопротивления (TKC) и стабильная величина элсктросопротивления, Разброс электросопротивлсния одного погонного метра проволоки в одной катушке не должен превышать 100 Ом. Величина и стабильность укаэанных значений электрических свойств определяется в значительной степени стабильностью химического состава сплава и микрострукту20 рой исходной заготовки.

Известен способ приготовления резистивного сплава на медно-никелевой основе, включавший расплавление медно-никелево-железной

2 насти шихты, перегрев (до 1673 — 1732 К) и выдержку в вакууме (в тсчснис 5 — 10 мин), легирование марганцем, раскисление магнием, выдержку в течение 5 мин, псремешивание и разливку в изложницу в атмосфере инертного газа 11).

Однако процесс лсгирования расплава марганцем осушествлястся при высокой температуре и окисленной ванне (в сплаве отсутствуют компоненты с большим, чем у марганца. сродством к кислороду). Это приводит к черезмерному и неравномерному испарению и окислению марганца.и, следовательно, к широким пределам колебания его содержания в слитках (до + 11 0 относ %) Разливка расплава в изложницы приводит во-первых, к появлению мелких литейных и кристаллизационных дефектов, сопоставимых с размерами микропроволоки и фольги. которые приводят к обрыву изделия в процессе волочения и прокатки, особенно на конечных этапах производства, что увеличивает трудоемкость и снижает выход годного, 20

3 90132

Во-вторых, способствует формированию грубой и не постоянной ло сечению слитков микроструктуры (расстояние между осями второго порядка дендритов 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 неста1О бильности химического состава, из-за чего не может быть достигнута нужная воспроизводимость ТКС и электросопротивления.

Цель изобретения — создание способа приготовления резистивного ь.едно-никелевого спла- 15 ва для производства термокомпенсированной микропроволоки и фольги с повышенной пластичностью. воснроиэводимостью 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, перемешивание 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 сплава, 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.

Предложенный способ отличается от известного тем, что операцию легирования расплава марганцем производят после предварительного раскисления расплава магнием и ввода силикокальция либо железо-церия, прн более низкой температуре. Это обеспечивает снижение угара марганца и железа и, следовательно. повышение воспроизводимости их содержания в слитках и ТКС и электросопротнвления готовой продукции. Кроме того, дополнительный ввод силикокальция либо железо-церня в расплав обеспечивает: во первых, образование легконлавких соединений окислов кремния и марганца к удаление их иэ расплава; во-вторых,, сохранение части свободного (активного) кальция либо церия в слитке, предназначенном для электрошлакового переплава. Использование кальция либо церия для этих целей обусловлено нх боньшей химической активностью зэ

I и боже низкой, чем у магния, упругостью пара.

Электрошлаковый дервплав, благодаря

:относительно малому объему яащкометалличес4 кои ванны и направлениои кристаллизации слитка, обеспечивает получение здорового слитка беэ кристаллнэационных и литейных дефектов, а также низкий разброс содержания легирующнх 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 каль-. ция) . Неметаллические включения, образовавшиеся в процессе кристаллизации слитка, имеют размеры 0,0001-0,0004 мм (значительно меньше

I параметров изделия),.которые не оказывают существенного влияния на нластичность 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 дендритов 00035 — 0,0050 мм (35-50 мкм). Это способствует повышению пластичности полуфабрикатов и иэделий.

Заданные пределы средней скорости кристаллизации слитка (З,Π— 5,0) 10 м/с обеспечиваются температурой шлаковой ванны в,процеасе 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 слитФ ков (увеличению расстояния между осями второго порядка дсндритов, которое доходит до

100 мкм), и, следовательно, к снижению пластичности слитка до уровня слитков наполнительного литья. Снижение температуры шлаковой ванны ниже 1350 С 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 0017 вес.% кальция и

0,004 вес.% церия обеспечивают достаточную концентрацию кальция и церия в электроде для защиты от окисления жидкометаллической ванны слитка электрошлакового переплава при его формировании со бедней скоростью кристаллизации 3 10 "м (такая ванна имеет низкий перегрев над точкой плавления, малые объем и время взаимодействия со шлаковым раснлавом). Верхние пределы KRBhtgUI 0,05 вес.% и 0>012 вес.% церия обеспечивают защиту жидкометаллической ванны электрошлакового . слитка со средней скоростью кристаллизации

5 10 "м/с (такая ванна характеризуется высоким перегревом, большими объемом и време901321 э нем взаимодействия со шлаковым расплавом. а, следовательно, и большим угаром кальция и церия). При указанных количествах вводимого кальция в слитках электрошлакового переплава обнаруживают следы кальция. а содержание кремния не превышает допустимый уровень 0,1 вес.% для этих сплавов (ГОСТ 492 — 73).

Кроме того, верхний предел церия

0 012 вес.% обусловлен тем, что церий в виду своей высокой активности сильно разъедает магнезитовый тигель нри приготовлении сплава. Поэтому количество неметаллических включений s сплаве растет и, следовательно, повышается обрывность проволоки и фольги при их изгбтовлении.

Пример осуществления способа.

В набивном магнезитовом тигле емкостью

60 — 80 кг по меди вакуумной печи ОКБ-869 были проведены плавки сплава спецконстантант 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. Раскислитель силикакальций (с содержанием 35 aec.%

Са) либо железо-церий (с содержанием 40aec%

Ce) также заворачивают в медную фольгу и укладывают во второй дозатор. Вес основных компонентов и добавок берут из расчета шихты на 48 кг. После откачки установки ОКБ — 869 цо остаточного разрежения 1,5.10-2,0.10 мм рт.ст. на мощности 50 квт расплавляют медно-железно-никелсвую часть шихты и дегазируют расплав. После чего вводят аргон и измеряют температуру расплава, которая должна быть в Ç5 пределах 1400 — 1450 С. В случае, если температура сплава ниже, его дополнительно подогревают путем повышения мощности.

Затем снижают мощность до 15-30 квт (в зависимости от температуры расплава) для понижения температуры расплава до 1300-.

1330 С и производят раскисление лигатурой никель-магний, вводят силикокальций либо железо-цсрий. Сразу же после этих операций вводят марганец в 2-3 приема. После. выдержки расплава в течение 2 — 3 мии его перемеппьвания производят разлив металла в чугунную изложницу Я90 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 напряженке 37 — 38 В.

Й процессе переплава измеряют температуру

55 расплава, фиксируют колебания тока, которые . не превышают + 0,1 КА . В конце плавки выводят усадочиую раковину по следующему режиму:

3000 А 1 мин

2500 А 1 мин

2000 А 1 мин

1000 .А 1 мин

Общая продолжительность выведения усадочной раковины сосгавляет 4 мин.

Далее от слитков отрезают темнлеты и определяют металлографически диаметр дендритной ячейки, а путем химического анализа стружки — ликвацию и угар марганца и желеЧасть полученных слитков отковывают до

995 мм и отпрессовывают на прутки910мм, которые протянуты вхолодную до 0,5 мм без промежуточных отжигов. Далее после садочного отжига в вакуумной печи при 680 С в течение 1 ч и волочення с вытяжкой иа проход

k,3 получена проволока диаметром 30, 25 и

20 мкм.

Другая часть слитков была прокована на сутунки 44х220х400 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 данных параллельно проводят обработку металла, иолучснного методом наполннтельного литья (диаметр дендритной ячейки 90 и 110 мкм).

Из получснных данных следует, что использование предлагаемого способа приготовления рсзистивного сплава иа медно-никелевой основе обсспсчивает сннжсние разброса содержания (ликнации) марганца и жслсза по диаметру слитка электрошлакового переплава (ЭШП). что позволяет получить константановую проволоку с разбросом по ТКС .и электросопротивлению внутри одной плавки соответственно

+1,5.10 ОС и 50 Ом; уменьшение угара марганца в среднем в 5 раз при ЭШИ обсспечивает достаточно стабильное воспроизведение хими ческого состава. Получение металла с дсндрнтной ячейкой 38 — 45 мкм позволяет повысить пластичность металла в 10 раз, что приводит к резкому уменьшению обрывности при полученья 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 реэистивного сплава на медно-никелевой основе, включающий расплавление шихты н перегрев расплава до 14001450 С, легирование марганцем, раскисление магнием, выдержку, перемешивание и разливку в изложницы в атмосфере инертного газа, отличающийся тем, что, с целью

Составитель В. Бедовский

Техред Л.Пекарь редактор E. Лушникова

Корректор М. Пожо

Подписное

Заказ 12305/25 Тираж б56

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППН "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная„4

Ч013 повышения пластичяости сплава, воспроизводимости значений температурного коэффициента сопротивления и электросопротивления, перегретый расплав охлаждают до 1300-1330 С, раскисляют мааэтнем, вводят кальций в количестве 0017 05% or веса сплава, предпочтительно в виде аиликокальция, или церий в количестве 0,004-0,0)2% от веса сплава, предпочтительно в виде железо-церия, затем легируют марганцем, и слитки после разливки в излож21 В ницы переплавляют в электрошлаковой печи при температуре шлаковой ванны 1350 — 1600 С и линейной скорости кристаллизации слитка (3,0 — 5,0) 10 м/с.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

l. Плавка, литье н изготовление шашек из сплава МНМцЖ вЂ” 40 — 1, 25 — 0,4. Технологическая карта 17 — 77. Экспериментальный завод качественных сплавов. М„1977.