CN111041256B - 一种真空感应熔炼CuTi合金材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种真空感应熔炼CuTi合金材料的制备方法，具体方法步骤包括：按重量百分含量Ti3.6％，Cu96.4％，进行配料，Ti以中间合金形式加入，装炉时将钢模放正钢模上部放好保温冒口，钢模外壁上沿包裹保温棉，先装电解铜板，中间合金穿插在电解铜板上部，合上炉盖，真空计抽到P≤‑0.1MPa时，开启罗茨泵，打开复合真空计，待低真空抽到10Pa时，准备加热；按照功率梯度进行熔炼，浇铸时先慢后快再慢，浇铸完成后把电位器旋转到“0”位置，出炉，冷却后脱模，本发明的一种真空感应熔炼CuTi合金材料的制备方法更高效，更环保，且成本较低，适合广泛推广。

Description

一种真空感应熔炼CuTi合金材料的制备方法

技术领域

本发明涉及CuTi合金制备技术领域，尤其涉及一种真空感应熔炼CuTi合金材料的制备方法。

背景技术

铜钛是高强、高弹、导电铜合金，物理性能与时效强化代表性铍铜合金相媲美，且高温性能和抗应力松弛性能要优于铍铜合金。虽然铍铜本身无毒，但是在熔炼、热加工、热处理会排放出看不见的有毒气体，危害身体健康。因此，铜钛合金将会替代铍铜合金在电工电子等工业上的应用，如制备高强度弹簧、电触点、手机按键等。

铜钛合金在电工电子行业应用广泛，目前市场上没有批量供货能力，多从国外进口，目前国内外生产CuTi合金的方法有：真空电弧熔炼法、混粉烧结法、电磁悬浮熔炼法等，真空电弧自耗熔炼法是将一定比例的铜粉与海绵钛制成电极，放入真空自耗炉内进行熔化，待完全溶化后浇入水冷铜模内，这种方法电极制造困难、工序复杂且容易偏析，过快的冷却强度易造成中心缩孔、缩松，且成本较高。混粉烧结法是将Cu粉和Ti粉混合均匀，制得混合料后进行压制成型，制得合金生坯；将合金生坯在惰性气体气氛下烧结后冷却出炉，此方法气体含量较高、成分不易控制。

这些方法成本较高，有的无法实现量产，本发明针对现有技术存在的不足，提供了一种采用真空感应熔炼的制备方法。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种真空感应熔炼CuTi合金材料的制备方法。

本发明的技术要点为：

一种真空感应熔炼CuTi合金材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)配料，按重量百分含量计，原料中各元素百分含量为：Ti3.6％，Cu96.4％，其中Ti以中间合金形式加入，按比例称取中间合金和电解铜板；

(2)装炉，开启放气阀，打开炉盖，将钢模放正钢模上部放好保温冒口，钢模外壁上沿包裹保温棉，架好溜槽，溜槽孔对准钢模中心，钢模底部放垫片，防止击穿，先装电解铜板，中间合金穿插在电解铜板上部，合上炉盖，清理观察窗，关闭放气阀；

(3)抽真空，打开1#、2#滑阀真空泵，打开1#、2#、3#、4#阀对炉体粗抽真空；待粗真空计抽到P≤-0.1MPa时，开启1#、2#罗茨泵，打开复合真空计，待低真空抽到10Pa时，准备加热；

(4)熔炼，先将功率加至60kW，保温15min，再将功率加至140kW，保温15min，再将功率加至200kW，待铜料开始熔化时，功率调到40kW，依次关闭4#、3#、2#、1#阀，然后按顺序关闭罗茨泵、滑阀泵，打开充氩气阀缓慢对炉体充入氩气至-0.08MPa，关闭氩气阀，然后缓慢加功率到200kW精炼20min；

(5)浇铸，降功率至40KW，倾翻坩埚预热炉嘴保持0.5min后开始浇铸，浇铸开始速度放慢、再加快保证浇铸过程流量均匀，浇铸快完成时再减慢速度以减小缩孔深度，浇铸完成后把电位器旋转到“0”位置，整个浇铸过程在10min之内完成；

(6)出炉，冷却35min后出炉，2小时后脱模。

进一步的，所述熔炼的铜钛合金，Ti含量烧损新坩埚第一炉按照0.3％烧损，后续连续熔炼按照0.15％烧损，防止钛烧损成分超出合格范围，且此种方法能更精准的把控成分波动。

进一步的，步骤(6)出炉过程中冷却采用随炉冷却，出炉后空冷。

进一步的，步骤(2)装炉中所述保温棉宽度为30cm，厚度为2cm，防止热量流失和合金吸气，保证锭子自下而上顺序凝固。

进一步的，所述整个制备过程所使用的坩埚炉采用高纯石墨坩埚炉，防止CuTi合金与坩埚炉发生反应。

进一步的，所述步骤(1)配料中Ti以CuTi50中间合金形式加入，CuTi50是CuTi50中间合金，其熔炼温度低，易于融化，且成本更低。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

第一，元素配比合理，Ti3.6％，Cu96.4％，按比例称取中间合金和电解铜板，此配比考虑了钛的烧损，使成分保证在合格范围内，且成分波动小，便于后期的熔炼，选择CuTi50的中间合金元素，并第一炉按照0.3％的烧损，后续连续熔炼按照0.15％的烧损，新坩埚第一炉钛的烧损比连续正常生产要大，CuTi50中间合金温度低，更易于融化，且成本更低。

第二，通过将配好的电解铜板装入坩埚内,使CuTi50中间合金棒穿插放到电解铜板上部，和现有技术中通用的感应熔炼炉相比，采用高纯石墨坩埚炉熔炼更加灵活，对铜和钛合金的成分的控制更加精确，烧损更小，且与现有技术相比也利用金属本身的电阻和炉内安装合金棒的电解铜板反应加热，弥补了现有技术感应熔炼炉能耗大的缺点。

第三，通过阶梯加热和功率的设置，使合金的融化速度更易把控，与坩埚内料的温度更相匹配，提高坩埚中金属材料的纯度，延长真空炉的使用寿命。

第四，通过在钢模上部安装保温冒口和在钢模外壁上沿包裹保温棉，保证了冒口处温度不会下降太快，使锭子自下而上顺序凝结，使后续的步骤可更高效的完成，提高材料的纯度。

附图说明

图1是本发明的制备步骤流程图；

图2a是本发明的合金金相图放大50倍图；

图2b是本发明的合金金相图放大200倍图；

具体实施方式

实施例：

一种真空感应熔炼CuTi合金材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)配料，按重量百分含量计，原料中各元素百分含量为：Ti3.6％，Cu96.4％，其中Ti以CuTi50中间合金形式加入，按比例称取中间合金和电解铜板；

(2)装炉，开启放气阀，打开炉盖，将钢模放正钢模上部放好保温冒口，钢模外壁上沿包裹保温棉，架好溜槽，溜槽孔对准钢模中心，钢模底部放垫片，防止击穿，先装电解铜板，CuTi50中间合金穿插在电解铜板上部，合上炉盖，清理观察窗，关闭放气阀；

(3)抽真空，打开1#、2#滑阀真空泵，打开1#、2#、3#、4#阀对炉体粗抽真空；待粗真空计抽到P＝-0.15MPa时，开启1#、2#罗茨泵，打开复合真空计，待低真空抽到10Pa时，准备加热；

(4)熔炼，先将功率加至60kW，保温15min，再将功率加至140kW，保温15min，再将功率加至200kW，待铜料开始熔化时，功率调到40kW，依次关闭4#、3#、2#、1#阀，然后按顺序关闭罗茨泵、滑阀泵，打开充氩气阀缓慢对炉体充入氩气至-0.08MPa，关闭氩气阀，然后缓慢加功率到200kW精炼20min；

(5)浇铸，降功率至40KW，倾翻坩埚预热炉嘴保持0.5min后开始浇铸，浇铸开始速度放慢在4min内完成、再加快保证浇铸过程流量均匀并在2min内完成，浇铸快完成时再减慢速度以减小缩孔深度在4min内完成，浇铸完成后把电位器旋转到“0”位置，整个浇铸过程在10min之内完成；

(6)出炉，冷却35min后出炉，2小时后脱模。

所述步骤(4)熔炼中Ti含量烧损新坩埚第一炉按照0.3％烧损，后续连续熔炼按照0.15％烧损，新坩埚第一炉钛的烧损比连续正常生产要大。

步骤(6)出炉过程中冷却采用随炉冷却，出炉后空冷。

步骤(2)装炉中所述保温棉宽度为30cm，厚度为2cm，确保炉内温度不流失和防止了合金吸气。

所述整个制备过程所使用的坩埚炉采用高纯石墨坩埚炉，熔炼时对温度对合金的烧损更易控制。

所述步骤(1)配料中Ti以CuTi50中间合金形式加入，CuTi50中间合金其熔炼温度低，使熔炼更加简单，烧损更低。

本实施例用于Ti3.6％，Cu96.4％配比时的CuTi合金材料制备方法，经试验证实本制备方法也适用于Ti含量在2％-5％范围内的CuTi合金材料的制备。

其中，Ti含量为3.6％时，制备的CuTi合金材料效果最佳。

采用真空感应熔炼法制备的CuTi合金金相组织如附图2所示：

图2中，基体为具有树枝状的a相，枝晶间有片层状Cu3Ti相，所示制备的CuTi合金的铸态枝晶分布均匀，无粗大枝晶，可见本发明的制备方法可制备出性能更佳的CuTi合金。

采用真空感应熔炼法制备的CuTi合金化学含量检测如下表1：

表1：CuTi合金化学含量检测结果

表1

通过上述所示，可见本制备方法所制备出得高能铜钛合金材料具有低气体含量、组织均匀、无偏析的特点。

Claims (4)

1.一种真空感应熔炼CuTi合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)配料，按重量百分含量计，原料中各元素百分含量为：Ti3.6％，Cu96.4％，其中Ti以中间合金形式加入，按比例称取中间合金和电解铜板；

(2)装炉，开启放气阀，打开炉盖，将钢模放正钢模上部放好保温冒口，钢模外壁上沿包裹保温棉，架好溜槽，溜槽孔对准钢模中心，钢模底部放垫片，防止击穿，先装电解铜板，中间合金穿插在电解铜板上部，合上炉盖，清理观察窗，关闭放气阀；

(3)抽真空，打开1#、2#滑阀泵，打开1#、2#、3#、4#阀对炉体粗抽真空；待粗真空抽到P≤-0.1MPa时，开启1#、2#罗茨泵，打开复合真空计，待低真空抽到10Pa时，准备加热；

(4)熔炼，先将功率加至60kW，保温15min，再将功率加至140kW，保温15min，再将功率加至200kW，待铜料开始熔化时，功率调到40kW，依次关闭4#、3#、2#、1#阀，然后按顺序关闭罗茨泵、滑阀泵，打开氩气阀缓慢对炉体充入氩气至-0.08MPa，关闭氩气阀，然后缓慢加功率到200kW精炼20min；

(5)浇铸，降功率至40KW，倾翻坩埚炉炉嘴保持0.5min后开始浇铸，浇铸开始速度放慢、再加快保证浇铸过程流量均匀，浇铸快完成时再减慢速度以减小缩孔深度，浇铸完成后把电位器旋转到“0”位置，整个浇铸过程在10min之内完成；

(6)出炉，冷却35min后出炉，2小时后脱模；

所述步骤(4)熔炼中Ti含量烧损：新坩埚第一炉按照0.3％烧损，后续连续熔炼按照0.15％烧损；

步骤(1)中Ti以CuTi50中间合金形式加入。

2.如权利要求1所述的一种真空感应熔炼CuTi合金材料的制备方法，其特征在于，步骤(6)出炉过程中冷却采用随炉冷却，出炉后空冷。

3.如权利要求1所述的一种真空感应熔炼CuTi合金材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)装炉中所述保温棉宽度为30cm，厚度为2cm。

4.如权利要求1所述的一种真空感应熔炼CuTi合金材料的制备方法，其特征在于，所述整个制备过程所使用的坩埚炉采用高纯石墨坩埚炉。

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