CN102358923A - 非真空半连续熔铸铜铬锆合金的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种非真空半连续熔铸铜铬锆合金的方法，特征是，采用以下工艺步骤：(1)熔炼铜锆中间合金；(2)将阴极铜送入中频炉内进行熔炼，加入脱氧剂进行除气脱氧，除气脱氧后向中频炉内加入金属铬和溶剂；(3)将熔铸设备的流槽加热烘干，在流槽的上方开口处用气体火焰封住流槽的开口；(4)将中频炉中的铜液通过中频炉的炉嘴倒入加热烘干后的流槽内；(5)在铜液倒入流槽的同时，将铜锆中间合金投入流槽中，铜锆中间合金的投入位置与铜液的落入点一致；(6)打开流槽上的塞棒开关，让铜液通过石墨漏管导入水冷结晶器中进行铸锭。本发明完全在大气中进行熔炼，铸造铜铬锆合金，投资少、操作简单、成分控制稳定、安全可靠。
Description
技术领域
本发明涉及一种非真空半连续熔铸铜铬锆合金的方法，尤其是一种高强高导铜铬锆合金在非真空状态下实现半连续熔铸的方法。
背景技术
Cu-Cr-Zr合金材料具有优良高强高导性能，其强度是普通纯铜的3～5倍，具有75～85％IACS的高导电率，抗500～900℃高温不软化，无中温脆性，冲击不产生火花等优良特性，是目前综合性能最好的高强高导耐高温铜基合金材料，广泛用于制造大功率、大电流、高温、热封装等恶劣工况条件下的重要导电、导热零部件，随着我国电子、电力、装备制造业的科技进步，主要装备向高可靠、长寿命、高性能、高功效、节能环保方向发展，对材料的导电、导热、强度、抗软化等综合性能要求越来越高，铬锆铜已成为高性能铜合金材料的代表。尤其在高性能电阻焊电极材料，抗软化导电线材，大规模集成电路引线框架等材料等领域，市场需求量猛增。高强度高导电、耐高温铜铬锆合金规模生产，制备技术及相关产品的开发已成为国外先进国家在高性能铜合金材料领域保持竞争优势的核心技术之一。由于Cr、Zr原素均为吸气能力较强的原素，采用大气熔炼制备时，Cr、Zr原素非常容易发生氧化反应、烧损，尤其是zr原素掌握不当可以全都烧损，很难有效添加到铜液中，其次，高温熔体吸气量大，除气困难，保留到固态合金中成为缺陷。
目前，我国熔炼Cu、Cr、Zr合金都是采用传统的真空熔炼技术，受真空炉的局限性，产量规模较小，工艺复杂，流程较长能耗大，制备成本较高，旨在克服真空熔炼Cu-Cr-Zr合金的不足。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种非真空半连续熔铸铜铬锆合金的方法，操作简单、安全、可靠、合金成份控制稳定。
按照本发明提供的技术方案，所述非真空半连续熔铸铜铬锆合金的方法，特征是，采用以下工艺步骤：
(1)按质量百分比铜为58～62％、锆为38～42％在真空炉内熔炼，得到铜锆中间合金，备用；所述真空炉内的真空度为10～15Pa，熔炼温度为1400～1500℃，熔炼时间为60～70分钟；
(2)按照铜铬锆合金的组成和配比配料，单位为质量百分比：锆当量为0.075～0.2％的铜锆中间合金，金属铬0.7～1.2％，余量为阴极铜；
(3)将阴极铜送入中频炉内进行熔炼，熔炼温度为1250～1300℃，熔炼时间为60～70分钟；加入脱氧剂进行除气脱氧，脱氧剂的加入量为铜铬锆合金重量的0.04～0.06％，除气脱氧的时间为3～5分钟、温度为1250～1300℃；除气脱氧后向中频炉内加入金属铬和溶剂，溶剂的加入量为铜铬锆合金重量的0.2～0.3％，溶剂覆盖住中频炉内的铜液表面，使中频炉升温至1380～1400℃，保温12～15分钟；
(4)将熔铸设备的流槽加热烘干，烘干温度为400～500℃，烘干时间为30～35分钟；在流槽的上方开口处用气体火焰封住流槽的开口，气体火焰的温度为1250～1700℃；
(5)将中频炉中的铜液通过中频炉的炉嘴倒入加热烘干后的流槽内，铜液的倒入速度为28～32kg/分钟，并确保流槽内的铜液量保持在50～80mm；
(6)在铜液倒入流槽的同时，将铜锆中间合金投入流槽中，铜锆中间合金的投入位置与铜液的落入点一致；
(7)打开流槽上的塞棒开关，让铜液通过石墨漏管导入水冷结晶器中进行铸锭，所述铸造速度为28～32kg/分钟；冷却水的水压为0.8～1.2公斤压力，温度为10～55℃。
步骤(6)中，所述铜锆中间合金分次投入流槽中，铜锆中间合金的首次投入量是再次投入量的3倍，之后每隔28～32秒投入一次铜锆中间合金。
所述脱氧剂为纯镁。
所述溶剂包括以下组份，组份比例按重量份数计，石英玻璃25～30份、无水硼砂35～40份、冰晶石15～20份、萤石15～20份。
本发明具有以下优点：
(1)、本发明选用中频感应熔炼炉、特殊设计的流槽、丝杆式半连续铸造机构等设备，完全在大气中进行熔炼，铸造Cu-Cr-Zr合金，具有投资少、操作简单、成分控制稳定、安全可靠等优点；
(2)、本发明采用专业的加铬加锆的加料方法，避开了在大气中熔铸铬锆铜合金中的铬、锆易氧化、烧损、难添加的不足，确保铸锭化学成份达标、稳定、不偏析；
(3)、本发明优化了一整套熔炼铸造工艺，确保铸锭表面光洁，无裂纹、夹杂、内表无气孔，开裂等缺陷，可直接上压机挤压；
(4)本发明所述的非真空半连续熔铸铜铬锆合金的设备投入成本大大降低，生产能力大大提高，可形成规模生产，可以铸造大锭；并且操作简单、安全、可靠、合金成份控制稳定；工艺流程缩短，采用本发明的铸锭可直接挤压，而真空铸锭需锯帽口、表面车削、锻造、再车削后供挤压。
附图说明
图1为本发明所使用的熔铸设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明所使用的熔铸设备包括中频炉1、水冷结晶器2和流槽3，水冷结晶器2安装在流槽3的下方，在流槽3的底部安装有石墨漏管5，石墨漏管5的管口由塞棒4进行封闭；所述水冷经晶器2和流槽3之间由石墨漏管5连接。
实施例一：一种非真空半连续熔铸铜铬锆合金的方法，采用以下工艺步骤：
(1)按质量百分比铜为58％、锆为38％在真空炉内熔炼，得到铜锆中间合金，备用；所述真空炉内的真空度为10Pa，熔炼温度为1400℃，熔炼时间为70分钟；也可以采用市售的铜锆中间合金；
(2)按照铜铬锆合金的组成和配比配料，单位为质量百分比：锆当量为0.1％的铜锆中间合金，金属铬1.2％，余量为阴极铜；
(3)将阴极铜送入中频炉内进行熔炼，熔炼温度为1250℃，熔炼时间为70分钟；加入脱氧剂纯镁进行除气脱氧，纯镁的加入量为铜铬锆合金重量的0.04％，除气脱氧的时间为3分钟、温度为1300℃；除气脱氧后向中频炉内加入金属铬和溶剂，溶剂的加入量为铜铬锆合金重量的0.2％，溶剂覆盖住中频炉内的铜液表面，使中频炉升温至1380℃，保温15分钟；所述溶剂由石英玻璃25份、无水硼砂35份、冰晶石15份、萤石15份组成；
(4)将熔铸设备的流槽加热烘干，烘干温度为400℃，烘干时间为35分钟；在流槽的上方开口处用气体火焰封住流槽的开口，气体火焰的温度为1250℃；
(5)将中频炉中的铜液通过中频炉的炉嘴倒入加热烘干后的流槽内，铜液的倒入速度为28kg/分钟，并确保流槽内的铜液量保持在50mm；
(6)在铜液倒入流槽的同时，将铜锆中间合金投入流槽中，铜锆中间合金的投入位置与铜液的落入点一致；所述铜锆中间合金分次投入流槽中，铜锆中间合金的首次投入量是再次投入量的3倍，之后每隔28秒投入一次铜锆中间合金；
(7)打开流槽上的塞棒开关，让铜液通过石墨漏管导入水冷结晶器中进行铸锭，所述铸造速度为28kg/分钟；冷却水的水压为0.8公斤压力，温度为10℃。
实施例二：一种非真空半连续熔铸铜铬锆合金的方法，采用以下工艺步骤：
(1)按质量百分比铜为62％、锆为42％在真空炉内熔炼，得到铜锆中间合金，备用；所述真空炉内的真空度为15Pa，熔炼温度为1500℃，熔炼时间为60分钟；
(2)按照铜铬锆合金的组成和配比配料，单位为质量百分比：锆当量为0.11％的铜锆中间合金，金属铬1.18％，余量为阴极铜；
(3)将阴极铜送入中频炉内进行熔炼，熔炼温度为1300℃，熔炼时间为60分钟；加入脱氧剂纯镁进行除气脱氧，纯镁的加入量为铜铬锆合金重量的0.06％，除气脱氧的时间为5分钟、温度为1250℃；除气脱氧后向中频炉内加入金属铬和溶剂，溶剂的加入量为铜铬锆合金重量的0.3％，溶剂覆盖住中频炉内的铜液表面，使中频炉升温至1400℃，保温12分钟；所述溶剂由石英玻璃30份、无水硼砂40份、冰晶石20份、萤石20份组成；
(4)将熔铸设备的流槽加热烘干，烘干温度为500℃，烘干时间为30分钟；在流槽的上方开口处用气体火焰封住流槽的开口，气体火焰的温度为1700℃；
(5)将中频炉中的铜液通过中频炉的炉嘴倒入加热烘干后的流槽内，铜液的倒入速度为32kg/分钟，并确保流槽内的铜液量保持在80mm；
(6)在铜液倒入流槽的同时，将铜锆中间合金投入流槽中，铜锆中间合金的投入位置与铜液的落入点一致；所述铜锆中间合金分次投入流槽中，铜锆中间合金的首次投入量是再次投入量的3倍，之后每隔32秒投入一次铜锆中间合金；
(7)打开流槽上的塞棒开关，让铜液通过石墨漏管导入水冷结晶器中进行铸锭，所述铸造速度为32kg/分钟；冷却水的水压为1.2公斤压力，温度为55℃。
实施例三：一种非真空半连续熔铸铜铬锆合金的方法，采用以下工艺步骤：
(1)按质量百分比铜为59％、锆为39％在真空炉内熔炼，得到铜锆中间合金，备用；所述真空炉内的真空度为11Pa，熔炼温度为1420℃，熔炼时间为62分钟；
(2)按照铜铬锆合金的组成和配比配料，单位为质量百分比：锆当量为0.12％的铜锆中间合金，金属铬1.14％，余量为阴极铜；
(3)将阴极铜送入中频炉内进行熔炼，熔炼温度为1260℃，熔炼时间为62分钟；加入脱氧剂纯镁进行除气脱氧，纯镁的加入量为铜铬锆合金重量的0.045％，除气脱氧的时间为3.5分钟、温度为1260℃；除气脱氧后向中频炉内加入金属铬和溶剂，溶剂的加入量为铜铬锆合金重量的0.22％，溶剂覆盖住中频炉内的铜液表面，使中频炉升温至1385℃，保温13分钟；所述溶剂由石英玻璃26份、无水硼砂36份、冰晶石16份、萤石16份组成；
(4)将熔铸设备的流槽加热烘干，烘干温度为420℃，烘干时间为32分钟；在流槽的上方开口处用气体火焰封住流槽的开口，气体火焰的温度为1300℃；
(5)将中频炉中的铜液通过中频炉的炉嘴倒入加热烘干后的流槽内，铜液的倒入速度为29kg/分钟，并确保流槽内的铜液量保持在60mm；
(6)在铜液倒入流槽的同时，将铜锆中间合金投入流槽中，铜锆中间合金的投入位置与铜液的落入点一致；所述铜锆中间合金分次投入流槽中，铜锆中间合金的首次投入量是再次投入量的3倍，之后每隔29秒投入一次铜锆中间合金；
(7)打开流槽上的塞棒开关，让铜液通过石墨漏管导入水冷结晶器中进行铸锭，所述铸造速度为29kg/分钟；冷却水的水压为0.9公斤压力，温度为20℃。
实施例四：一种非真空半连续熔铸铜铬锆合金的方法，采用以下工艺步骤：
(1)按质量百分比铜为60％、锆为40％在真空炉内熔炼，得到铜锆中间合金，备用；所述真空炉内的真空度为12Pa，熔炼温度为1440℃，熔炼时间为64分钟；
(2)按照铜铬锆合金的组成和配比配料，单位为质量百分比：锆当量为0.15％的铜锆中间合金，金属铬1.19％，余量为阴极铜；
(3)将阴极铜送入中频炉内进行熔炼，熔炼温度为1270℃，熔炼时间为64分钟；加入脱氧剂纯镁进行除气脱氧，纯镁的加入量为铜铬锆合金重量的0.05％，除气脱氧的时间为4分钟、温度为1280℃；除气脱氧后向中频炉内加入金属铬和溶剂，溶剂的加入量为铜铬锆合金重量的0.24％，溶剂覆盖住中频炉内的铜液表面，使中频炉升温至1390℃，保温14分钟；所述溶剂由石英玻璃27份、无水硼砂37份、冰晶石17份、萤石17份组成；
(4)将熔铸设备的流槽加热烘干，烘干温度为480℃，烘干时间为33分钟；在流槽的上方开口处用气体火焰封住流槽的开口，气体火焰的温度为1500℃；
(5)将中频炉中的铜液通过中频炉的炉嘴倒入加热烘干后的流槽内，铜液的倒入速度为30kg/分钟，并确保流槽内的铜液量保持在70mm；
(6)在铜液倒入流槽的同时，将铜锆中间合金投入流槽中，铜锆中间合金的投入位置与铜液的落入点一致；所述铜锆中间合金分次投入流槽中，铜锆中间合金的首次投入量是再次投入量的3倍，之后每隔30秒投入一次铜锆中间合金；
(7)打开流槽上的塞棒开关，让铜液通过石墨漏管导入水冷结晶器中进行铸锭，所述铸造速度为30kg/分钟；冷却水的水压为1.1公斤压力，温度为30℃。
实施例五：一种非真空半连续熔铸铜铬锆合金的方法，采用以下工艺步骤：
(1)按质量百分比铜为61％、锆为41％在真空炉内熔炼，得到铜锆中间合金，备用；所述真空炉内的真空度为14Pa，熔炼温度为1480℃，熔炼时间为65分钟；
(2)按照铜铬锆合金的组成和配比配料，单位为质量百分比：锆当量为0.099％的铜锆中间合金，金属铬1.18％，余量为阴极铜；
(3)将阴极铜送入中频炉内进行熔炼，熔炼温度为1280℃，熔炼时间为68分钟；加入脱氧剂纯镁进行除气脱氧，纯镁的加入量为铜铬锆合金重量的0.058％，除气脱氧的时间为4.5分钟、温度为1280℃；除气脱氧后向中频炉内加入金属铬和溶剂，溶剂的加入量为铜铬锆合金重量的0.28％，溶剂覆盖住中频炉内的铜液表面，使中频炉升温至1395℃，保温14.5分钟；所述溶剂由石英玻璃29份、无水硼砂39份、冰晶石19份、萤石19份组成；
(4)将熔铸设备的流槽加热烘干，烘干温度为480℃，烘干时间为34分钟；在流槽的上方开口处用气体火焰封住流槽的开口，气体火焰的温度为1600℃；
(5)将中频炉中的铜液通过中频炉的炉嘴倒入加热烘干后的流槽内，铜液的倒入速度为31kg/分钟，并确保流槽内的铜液量保持在70mm；
(6)在铜液倒入流槽的同时，将铜锆中间合金投入流槽中，铜锆中间合金的投入位置与铜液的落入点一致；所述铜锆中间合金分次投入流槽中，铜锆中间合金的首次投入量是再次投入量的3倍，之后每隔31秒投入一次铜锆中间合金；
(7)打开流槽上的塞棒开关，让铜液通过石墨漏管导入水冷结晶器中进行铸锭，所述铸造速度为31kg/分钟；冷却水的水压为1.1公斤压力，温度为45℃。
本发明实施一到实施五生产的铜铬锆合金，其化学成份如表1所示。
表1
本发实施例一到实施五熔铸得到的铜铬锆合金，经检验表面光滑，无凹坑、夹杂、开裂等缺陷，截面无气孔，中心裂纹等缺陷。铸锭锯切后可直接上压机挤成各种规格的棒材、型材、杆材、条材，也可以直接锻造加工成各种另部件，可以更换结晶器铸造直径更大或更小的铸锭，也可以选用更大的炉型，可以熔铸单支重量更重的铸锭。
Claims (4)
1.一种非真空半连续熔铸铜铬锆合金的方法，其特征是，采用以下工艺步骤：
(1)按质量百分比铜为58～62％、锆为38～42％在真空炉内熔炼，得到铜锆中间合金，备用；所述真空炉内的真空度为10～15Pa，熔炼温度为1400～1500℃，熔炼时间为60～70分钟；
(2)按照铜铬锆合金的组成和配比配料，单位为质量百分比：锆当量为0.075～0.2％的铜锆中间合金，金属铬0.7～1.2％，余量为阴极铜；
(3)将阴极铜送入中频炉内进行熔炼，熔炼温度为1250～1300℃，熔炼时间为60～70分钟；加入脱氧剂进行除气脱氧，脱氧剂的加入量为铜铬锆合金重量的0.04～0.06％，除气脱氧的时间为3～5分钟、温度为1250～1300℃；除气脱氧后向中频炉内加入金属铬和溶剂，溶剂的加入量为铜铬锆合金重量的0.2～0.3％，溶剂覆盖住中频炉内的铜液表面，使中频炉升温至1380～1400℃，保温12～15分钟；
(4)将熔铸设备的流槽加热烘干，烘干温度为400～500℃，烘干时间为30～35分钟；在流槽的上方开口处用气体火焰封住流槽的开口，气体火焰的温度为1250～1700℃；
(5)将中频炉中的铜液通过中频炉的炉嘴倒入加热烘干后的流槽内，铜液的倒入速度为28～32kg/分钟，并确保流槽内的铜液量保持在50～80mm；
(6)在铜液倒入流槽的同时，将铜锆中间合金投入流槽中，铜锆中间合金的投入位置与铜液的落入点一致；
(7)打开流槽上的塞棒开关，让铜液通过石墨漏管导入水冷结晶器中进行铸锭，所述铸造速度为28～32kg/分钟；冷却水的水压为0.8～1.2公斤压力，温度为10～55℃。
2.如权利要求1所述的非真空半连续熔铸铜铬锆合金的方法，其特征是：步骤(6)中，所述铜锆中间合金分次投入流槽中，铜锆中间合金的首次投入量是再次投入量的3倍，之后每隔28～32秒投入一次铜锆中间合金。
3.如权利要求1所述的非真空半连续熔铸铜铬锆合金的方法，其特征是：所述脱氧剂为纯镁。
4.如权利要求1所述的非真空半连续熔铸铜铬锆合金的方法，其特征是：所述溶剂包括以下组份，组份比例按重量份数计，石英玻璃25～30份、无水硼砂35～40份、冰晶石15～20份、萤石15～20份。
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