CN114990368A

CN114990368A - 一种铜钛合金大扁锭非真空熔铸工艺方法

Info

Publication number: CN114990368A
Application number: CN202210673778.3A
Authority: CN
Inventors: 谢石龙
Original assignee: Anhui Feifei New Material Technology Co ltd
Current assignee: Anhui Feifei New Material Technology Co ltd
Priority date: 2022-06-15
Filing date: 2022-06-15
Publication date: 2022-09-02

Abstract

本发明提供了一种铜钛合金大扁锭非真空熔铸工艺方法，本发明属于铜钛合金铸锭技术领域，原材料为电解铜和钛板，采用石油焦、沥青焦、无水光卤石粉、无水硫酸钾复配作覆盖剂，能与大气中之氧气及水份等反应，而在铜液表面形成HCl、H₂、C1₂等保护气氛。阻缓了铜液的氧化，具有良好的湿润能力，且形成复合化合物，因而具有一定的精炼能力，还能良好地湿润坩埚壁具有良好的覆盖性具有扩散和脱氧的作用，本发明公开的制备方法制备的铜钛中间合金大扁锭具有高强度、高弹性、耐热性、抗疲劳性优异以及良好的弯曲性能，制备方法简便，且非真空熔炼，可主要应用于合金添加剂，制备铜钛合金或是作为合金添加的母合金进行应用。

Description

一种铜钛合金大扁锭非真空熔铸工艺方法

技术领域

本发明属于铜钛合金铸锭技术领域，具体涉及一种铜钛合金大扁锭非真空熔铸工艺方法。

背景技术

钛具有出色的耐腐蚀性，是所有金属元素中强度密度比最高的。它可以与其他元素结合使用，生产出坚固、轻便的合金，可用于技术、制造和医药领域的众多高性能应用。铜钛合金应用在高温接插元件、继电器的弹性元件、真空插座等精密元件，也用于塑胶模具。这些行业通常用铍青铜，存在毒粉尘问题，化合物毒性更大，会引发癌症等疾病。另外，铍青铜制造的元件高温下抗应力松弛能力差、高温导电稳定性低和时效之后元件的变形度大等，已满足不了精密仪器的要求。铜钛合金是代替铍青铜最有潜力的材料之一。大规格铜基中间合金大铸锭。由于合金化程度高，结晶范围宽，氧化、吸气严重，易含气夹杂，成分宏/微观分布均匀性难以控制，并且铸造时极易开裂，成品率低。宽型厚截面、大扁锭及大直径高合金化均质无裂纹铸锭的熔炼、随着加工材截面积增大，合金铸锭规格相应增大，铸锭裂纹废品较多，铸锭与加工材组织均一性下降，这是因铸锭内部显微疏松、氧化夹渣、非金属夹杂等严重铸造缺陷所带来的废品比例增高，因此本领域技术人员亟待开发出一种铜钛合金大扁锭非真空熔铸工艺方法，弥补现有技术的缺陷，进而满足现有的市场需求和性能要求。

发明内容

鉴于以上现有技术的不足之处，本发明的主要目的在于提供一种铜钛合金大扁锭非真空熔铸工艺方法。

为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种铜钛合金大扁锭非真空熔铸工艺方法，包括以下步骤：

（1）配料：按照Ti为5％-6％，Cu为余量的重量百分含量对铜合金元素进行配比，选择并称取相应的原料；

（2）非真空感应熔炼：在坩埚底部加入干馏后的干馏煤，其上加入电解铜板，然后中频感应电炉通电加热，待电解铜板全部熔化后迅速将准备好的薄片状钛板放入熔液内，并迅速用占熔体1.5~2.5%的覆盖剂覆盖，覆盖剂厚度为20~30 mm，调整电炉功率急速升温，1300~1350℃时下保温10~20 min；

（3）浇注：关闭电源以及以一定速率逐步关闭功率按钮，装置完全关闭，出炉温度1250~1300℃，浇注温度在1200~1250℃；半连续铸造：采用保护气体氮气对浇注过程中对流槽保护，石墨结晶器溶体温度控制在1140~1180℃，拉铸速度2.5~3.5m/hn，冷却水压力0.05~0.20MPa，冷却水流量：60~65m³/h，结晶器振动次数：55次/分钟，得到规格尺寸180×1305mm，长度5320mm 的铜钛合金铸锭锭，完成浇注大扁锭。

进一步的，所述覆盖剂以下步骤制成：S1按质量份石油焦40~50份，沥青焦40~50份，无水光卤石粉3~5份，无水硫酸钾3~5份的配比称取，并将无水光卤石粉、无水硫酸钾、石油焦，沥青焦分别放入烘箱中100-150℃干燥2~3小时，冷却至室温；S2：将无水光卤石粉、无水硫酸钾以及石油焦、沥青焦放入搅拌机内搅拌均匀，即得所述覆盖剂，其中石油焦和沥青焦为为大小40~50mm的块状体，其中石油焦为煅烧石油焦，硫含量小于0.5%，灰分小于0.3%；沥青焦为煅烧沥青焦，硫含量小于0.5%，灰分小于0.5%。

无水光卤石是由天然光卤石(MgCl₂·KC1·6H₂O)脱水粉碎而成。无水光卤石熔点为400~480℃，远低于铜合金的熔点，其粘结度较小。无水光卤石中主要成份MgC1，能与大气中之氧气及水份等反应，而在铜液表面形成HCl、H₂、C1₂等保护气氛。阻缓了铜液的氧化，具有良好的湿润能力，且形成复合化合物，因而具有一定的精炼能力，还能良好地湿润坩埚壁，因而具有良好的覆盖性。

无水光卤石熔化温度低，而纯MgCl₂的熔点为718℃，而无水光卤石的熔点则为400~480℃，亦降低了粘度和表面张力。能阻止脱水过程中MgCl₂的水解过程，减少MgCl₂的耗损量。

进一步的，所述整个工艺过程所使用的坩埚采用高纯石墨坩埚。

进一步的，所述步骤（3）一定速率逐步关闭功率按钮的速率为1~1.5kW/min。

本发明的有益效果：

本发明原材料为电解铜和钛板，采用石油焦、沥青焦、无水光卤石粉、无水硫酸钾复配作覆盖剂，能与大气中之氧气及水份等反应，而在铜液表面形成HCl、H₂、C1₂等保护气氛。阻缓了铜液的氧化，具有良好的湿润能力，且形成复合化合物，因而具有一定的精炼能力，还能良好地湿润坩埚壁具有良好的覆盖性具有扩散和脱氧的作用，在高温状态空气中的停留时间，减少了合金液的吸气和氧化强化预防氧化和吸入空气，发挥覆盖作用形成对金属熔液的保护，把金属溶液与空气完全隔离，使其不能与空气发生反应，使合金溶液无法再吸入空气，从而达到预防金属元素发生氧化等现象，保障熔炼作业质量。

与现有技术相比，本发明具有以下优点在：

本发明公开的制备方法制备的铜钛中间合金大扁锭具有高强度、高弹性、耐热性、抗疲劳性优异以及良好的弯曲性能，制备方法简便，且非真空熔炼，可主要应用于合金添加剂，制备铜钛合金粉，或是作为合金添加的母合金进行应用。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

第一步、配料：按照Ti为6％，Cu为余量的重量百分含量对铜合金元素进行配比，选择并称取相应的原料严格按照领料单和上述重量执行，Cu采用电解铜板，钛为钛板；

第二步、非真空感应熔炼：下料：在高纯石墨坩埚底部加入干馏后的干馏煤，选用粒径规格为20mm的干馏煤，投入量以覆盖坩埚底部40mm厚，下电解铜板：电解铜板的加入顺序为:先加入小块的电解铜板在坩埚底部、然后加入大块电解铜板，注意不要堆积过高、过重，以免坩埚受压损坏；然后1.5T中频感应电炉通电加热，开启循环水泵电源开关，确定循环水冷却系统运转正常；启动中频感应炉，调整功率350KW，开始加热熔炼，铜料全部熔化后，用木勺清理坩埚内壁的铜渣和干馏煤，待电解铜板全部熔化后迅速将准备好的薄片状钛板放入熔液内，纯度不低于99.99%钛板剪切成5cm×5cm的方块，加入时可用夹子浸入铜液中，并迅速用占熔体1.5%的覆盖剂覆盖，覆盖剂厚度为20mm，调整电炉功率急速升温，用木棍拨开干馏煤，用传感测温仪测量铜液温度，1300℃时下保温10min；所述覆盖剂以下步骤制成：S1按质量份石油焦50份，沥青焦50份，无水光卤石粉5份，无水硫酸钾5份的配比称取，并将无水光卤石粉、无水硫酸钾、石油焦，沥青焦分别放入烘箱中150℃干燥2小时，冷却至室温；其中成份为无水光卤石粉为52%MgC1₂、32%KCl，余量为氯化钠；S2：将无水光卤石粉、无水硫酸钾以及石油焦、沥青焦放入搅拌机内搅拌均匀，即得所述覆盖剂，其中石油焦和沥青焦为为大小40mm的块状体，其中石油焦为煅烧石油焦，硫含量小于0.5%，灰分小于0.3%；沥青焦为煅烧沥青焦，硫含量小于0.5%，灰分小于0.5%。

第三步、浇注：关闭电源以及以1kW/min速率逐步关闭功率按钮，装置完全关闭，出炉温度1250℃，经铸锭机铸锭，半连续铸造：采用保护气体氮气对浇注过程中对流槽保护，石墨结晶器溶体温度控制在1140℃，拉铸速度2.5m/hn，冷却水压力0.20MPa，冷却水流量：65m³/h，结晶器振动次数：55次/分钟，得到规格尺寸180×1305mm，长度5320mm 的铜钛合金铸锭锭，完成浇注大扁锭。

实施例2

第一步、配料：按照Ti为5％，Cu为余量的重量百分含量对铜合金元素进行配比，选择并称取相应的原料严格按照领料单和上述重量执行，Cu采用电解铜板，钛为钛板；

第二步、非真空感应熔炼：下料：在高纯石墨坩埚底部加入干馏后的干馏煤，选用粒径规格为10mm的干馏煤，投入量以覆盖坩埚底部30mm厚，下电解铜板：电解铜板的加入顺序为:先加入小块的电解铜板在坩埚底部、然后加入大块电解铜板，注意不要堆积过高、过重，以免坩埚受压损坏；然后中频感应电炉通电加热，开启循环水泵电源开关，确定循环水冷却系统运转正常；启动1.5T中频感应炉，调整功率250KW，开始加热熔炼，铜料全部熔化后，用木勺清理坩埚内壁的铜渣和干馏煤，待电解铜板全部熔化后迅速将准备好的薄片状钛板放入熔液内，纯度不低于99.99%钛板剪切成5cm×5cm的方块，加入时可用夹子浸入铜液中，并迅速用占熔体2.5%的覆盖剂覆盖，覆盖剂厚度为30 mm，调整电炉功率急速升温，用木棍拨开干馏煤，用传感测温仪测量铜液温度，1350℃时下保温20 min；所述覆盖剂以下步骤制成：S1按质量份石油焦40份，沥青焦50份，无水光卤石粉5份，无水硫酸钾3份的配比称取，并将无水光卤石粉、无水硫酸钾、石油焦，沥青焦分别放入烘箱中100℃干燥3小时，冷却至室温；其中成份为无水光卤石粉为44%MgC1₂、48%KCl，余量为氯化钠。S2：将无水光卤石粉、无水硫酸钾以及石油焦、沥青焦放入搅拌机内搅拌均匀，即得所述覆盖剂，其中石油焦和沥青焦为为大小50mm的块状体，其中石油焦为煅烧石油焦，硫含量小于0.5%，灰分小于0.3%；沥青焦为煅烧沥青焦，硫含量小于0.5%，灰分小于0.5%。

第三步、浇注：关闭电源以及以1.5kW/min速率逐步关闭功率按钮，装置完全关闭，出炉温度1300℃，经铸锭机铸锭，半连续铸造：采用保护气体氮气对浇注过程中对流槽保护，石墨结晶器溶体温度控制在1180℃，拉铸速度3.5m/h，冷却水压力0.20MPa，冷却水流量：65m³/h，结晶器振动次数：55次/分钟，得到规格尺寸180×1305mm，长度5320mm 的铜钛合金铸锭锭，完成浇注大扁锭。

注：参考以下标准化学成分的分析按铜及铜合金化学分析方法第1部分:铜含量的测定；YS/T 283-2009铜中间合金锭。

Claims

1.一种铜钛合金大扁锭非真空熔铸工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）配料：按照Ti为5％~6％，Cu为余量的重量百分含量对铜合金元素进行配比，选择并称取相应的原料；

（2）非真空感应熔炼：在坩埚底部加入干馏后的干馏煤，其上加入电解铜板，然后中频感应电炉通电加热，待电解铜板全部熔化后迅速将准备好的薄片状钛板放入熔液内，并迅速用占熔体1.5~2.5%的覆盖剂覆盖，覆盖剂厚度为20~30mm，调整电炉功率急速升温，1300~1350℃时下保温10~20 min；

（3）浇注：关闭电源以及以一定速率逐步关闭功率按钮，装置完全关闭，出炉温度1250~1300℃，半连续浇注，完成浇注大扁锭。

2.如权利要求1所述的一种铜钛合金大扁锭非真空熔铸工艺方法，其特征在于，所述覆盖剂以下步骤制成：S1按质量份石油焦40~50份，沥青焦40~50份，无水光卤石粉3~5份，无水硫酸钾3~5份的配比称取，并将无水光卤石粉、无水硫酸钾、石油焦，沥青焦分别放入烘箱中100~150℃干燥2~3小时，冷却至室温；S2：将无水光卤石粉、无水硫酸钾以及石油焦、沥青焦放入搅拌机内搅拌均匀，即得所述覆盖剂，其中石油焦和沥青焦为为大小40~50mm的块状体，其中石油焦为煅烧石油焦，硫含量小于0.5%，灰分小于0.3%；沥青焦为煅烧沥青焦，硫含量小于0.5%，灰分小于0.5%。

3.如权利要求1所述的一种铜钛合金大扁锭非真空熔铸工艺方法，其特征在于，所述整个工艺过程所使用的坩埚采用高纯石墨坩埚。

4.如权利要求1所述的一种铜钛合金大扁锭非真空熔铸工艺方法，其特征在于，所述步骤（3）一定速率逐步关闭功率按钮的速率为1~1.5kW/min。