CN116083739A - 一种高纯低气环保型铜铬触头制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高纯低气环保型铜铬触头制备方法，包括以下步骤：S1收集真空自耗电弧熔炼和真空感应熔炼锯切掉的冒口、底片回收料，配成原料；S2将原料装入石墨坩埚中，抽真空，进行加热升温，等到原料熔化均匀后，关真空泵并缓慢充氩气，降功率，保温后浇入水冷铜模中冷却出炉；S3将真空感应熔炼的CuCr25‑50铸锭进行锻打，得到锻锭；S4对锻锭进行退火，得到退火后锻锭；S5车掉退火后锻锭的氧化皮后并采用CuCr25‑50螺杆连接退火后锻锭，得到自耗电极棒；S6将自耗电极棒装入真空自耗电弧熔炼炉内进行熔炼，得到铜铬触头铸锭。本发明可对废料进行回收利用；并且所制备的铜铬触头气体含量低，金相组织均匀，且杂质含量少。
Description
技术领域
本发明涉及资源回收技术领域，具体是涉及一种高纯低气环保型铜铬触头制备方法。
背景技术
在真空电器中，触头材料的选择和使用是很关键的，它关系着器件的真空度以及其它性能好坏。目前较为广泛使用的触头材料为铜铬合金。近年来电路断路器正朝着高电压、大容量的方向发展，理想的触头材料应满足开断能力大、耐电压能力强、抗熔焊性能好、截流水平低等多方面的要求。
铜铬合金触头材料，其气体成分的含量是一个很重要的性能指标，当氧和氮含量过高时在高温电弧作用下都将充分释放和电离，引起开关腔体内的真空度破坏，严重的将引起电路关断失败。而金相组织中各相的大小、分布均匀与否、夹杂、孔隙多少等也是铜铬触头材料的重要技术指标之一。
真空自耗电弧熔炼熔炼时，在真空或者气氛保护下，自耗电极在直流电弧高温作用下迅速熔化，并在水冷铜模中快速凝固形成铸锭，由于冷却速度快、过冷度大，使得固液界面偏离了平衡，有效抑制或消除了合金微观组织中的成分偏析，所以制备的触头材料晶粒较为细小，且组织分布比较均匀，含气量少。但是自耗电极在熔炼过程中金属氧化物的熔点高、比重小，铜和铬熔化后，金属氧化物会上浮，聚积在熔池的表面，随着熔池移至铸锭的顶端，或者被电弧吹到熔池边缘，冷凝在铸锭外圆表面，除此之外，刚起弧阶段，电压不稳，容易产生气孔等缺陷，为了保证产品质量将锯切掉铸锭底片和冒口以及车掉外圆屑，材料浪费较大。除此之外原材料采用的是纯铜、纯铬粉生产成本高。
真空感应熔炼可以直接回收自身以及真空自耗电弧熔炼的冒口，底片，降低生产成本，提高材料利用率，但是单独采用真空感应熔炼，由于冷却效率过低，Cr颗粒粗大，造成了组织中存在富集现象，气体含量较高，这无法满足高电压长寿命触头的要求。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种高纯低气环保型铜铬触头制备方法。
本发明的技术方案是：一种高纯低气环保型铜铬触头制备方法，包括以下步骤：
S1配料：收集真空自耗电弧熔炼和真空感应熔炼锯切掉的冒口、底片回收料，并按照重量和含量配成Cr含量在25-50％的原料；
S2真空感应熔炼：将原料装入石墨坩埚中，真空抽至≤7.8×10-2Pa，进行加热升温，等到原料熔化均匀后，关真空泵并缓慢充氩气，使炉内压力升至-0.03～-0.08MPa，待石墨坩埚中原料完全熔化后降低功率，保温一段时间浇入水冷铜模中冷却30～50min出炉；
S3锻造：将真空感应熔炼的CuCr25-50铸锭，锯切冒口和底片后进行锻造，对坯料进行锻打，得到锻锭；
S4退火：对锻锭进行退火，炉温升至700～800℃，保温2h，随炉冷却至≤400℃后出炉，得到退火后锻锭；
S5制备自耗电极棒：车掉退火后锻锭的氧化皮后并采用CuCr25-50螺杆连接退火后锻锭，得到自耗电极棒；
S6真空自耗熔炼：将自耗电极棒装入真空自耗电弧熔炼炉内进行熔炼，熔炼的工艺采用熔滴控制工艺，熔炼电流3～5kA，熔炼电压20～35V，真空度≤80Pa，熔炼温度为800～1000℃，熔滴速度1～5s-1，冷却水流速为120～240ml/min，得到铜铬触头铸锭。
进一步地，所述步骤S2的保温一段时间为0.2～0.8min。
说明：通过对熔化原料进行保温一段时间再进行浇铸，有利于使熔化原料的成分均匀稳定，从而获取得到组织分布均匀的CuCr25-50铸锭，而为后续CuCr25-50铸锭进行锻造、退火及真空自耗熔炼提供性能稳定的原坯料。
进一步地，在所述步骤S2真空感应熔炼中，加热升温方法为：先在功率10KW下加热2～10min；升功率至20KW下加热3～8min；升功率至30KW下加热3～8min；随后升功率至40KW下加热等到原料熔化均匀；待石墨坩埚中原料完全熔化后降低功率至20～35KW。
说明：通过采用上述梯度升温加热的方式，能够有效降低在真空感应熔炼过程中对真空感应熔炼设备的损伤，同时有利于原料中气体的释放，从而提高CuCr25-50铸锭的纯净度。
进一步地，在所述步骤S3锻造中，锻打的方式采用模锻，锻造尺寸为65～80mm。
说明：采用模锻的方式，其力学性能高，模锻可使锻锭内部的锻造流线分布比较完整，更加合理，并且锻锭质量较高，尺寸精度高，生产率较高，而且操作简单，易于实现机械化，批量化生产成本低。
更进一步地，所述模锻的单次变形比为0.8～1.3。
说明：通过在上述变形比区间范围下进行模锻，从而在获取所需尺寸规格的锻锭前提下，控制锻锭的纤维流向以及密度等满足后续生产使用需求。
进一步地，在所述步骤S5制备自耗电极棒中，CuCr25-50螺杆连接退火后锻锭的方法为：按照退火后锻锭上部朝下的方式连接，连接而成直径65～75mm，长度600～800mm的自耗电极棒。
说明：通过使用CuCr25-50螺杆对锻锭进行延长对接，从而方便使用真空自耗熔炼装置进行真空自耗熔炼，同时采用退火后锻锭上部朝下的方式进行连接，可以提高后续自耗电极棒的真空自耗熔炼效果。
进一步地，在步骤S6真空自耗熔炼中，所述熔滴控制工艺根据自耗电极棒的熔炼量对熔炼电流以及熔滴速度进行动态控制。
说明：实际生产过程中我们发现，在熔滴控制工艺过程中，若对熔炼电流的调控不合适，会有更多的枝晶沉降至铸坯中心附近，而且随着凝固的进行，熔池中溶质含量逐渐增加，凝固末期高浓度的溶质富集至顶部的熔池，形成较严重的正偏析；同时，若对熔滴速度的调控不合适，如熔滴速度过大会导致在熔池上部流动增强，这也会对铜铬触头顶部的偏析度产生一定影响，进而影响最终铜铬触头成品的质量，因此，通过对熔炼电流以及熔滴速度进行动态控制可以改善铜铬触头成品的质量。
更进一步地，所述动态控制方法为：
1)在自耗电极棒开始熔炼时，熔炼电流由3kA的初始电流以0.5～1kA/10s的上升速率升至5kA的峰值电流，同时，熔滴速度由5s-1的初始速度以1～2/10s：0.5～1kA/10s的比率进行下降，直至达到熔炼电流5kA，熔滴速度1s-1，自耗电极棒的熔炼量X％；
2)在自耗电极棒的熔炼量在X％后，熔炼电流保持在5kA，熔滴速度以1/10s的上升速率升至5s-1，直至达到自耗电极棒的熔炼量Y％；
3)在自耗电极棒的熔炼量在Y％后，随后熔炼电流、熔滴速度以0.5～2kA/10s：1～4/10s的比率进行同步下降至熔炼电流3kA，熔滴速度1s-1，直至自耗电极棒完全熔炼。
说明：通过反复试验及测试我们发现，可对自耗电极棒熔炼过程分为三个阶段进行真空自耗熔炼的动态调控，设定X为第一熔炼量节点，Y为第二熔炼量节点，其依次为0％～X％的熔炼第一阶段、X％～Y％的熔炼第二阶段以及Y％～100％的熔炼第三阶段，
在熔炼第一阶段通过使熔炼电流在额定区间内逐渐上升，同时使熔滴速度在额定区间内降低，在熔滴速度与熔炼电流定比调控下，能够进一步稳定在熔炼第一阶段中的偏析度，避免出现气孔等缺陷，
在熔炼第二阶段通过恒定熔炼电流，逐渐提高熔滴速度能够在保证偏析度稳定的同时，提高铜铬触头的制备效率，
在熔炼第三阶段通过使熔炼电流、融滴速度在额定区间进行同比同步下降，从而减轻铜铬触头的宏观偏析，并改善铜铬触头的晶粒大小、组织分布情况等，制取得到高纯低气的铜铬触头；
通过在对真空自耗熔炼过程中对熔炼电流、熔滴速度这些参数在上述调控范围内进行动态控制，能够有效改善铜铬触头的制备效果，使其所制备的触头材料晶粒更加细小，且组织分布更加均匀，含气量更少。
本发明的有益效果是：
(1)本发明铜铬触头制备方法采用两联工艺直接对冒口和底片回收料进行回收利用，可提高材料的利用率；并且所制备的铜铬触头气体含量低，金相组织均匀，且杂质含量少，可满足高电压等级需求。
(2)本发明铜铬触头制备方法通过在对真空自耗熔炼过程中对熔炼电流、熔滴速度这些参数在上述调控范围内进行动态控制，能够有效改善铜铬触头的制备效果，使其所制备的触头材料晶粒更加细小，且组织分布更加均匀，含气量更少。
附图说明
图1是CuCr30真空感应熔炼制备材料50X下金相照片；
图2是CuCr30真空感应熔炼加真空自耗熔炼制备材料50X下金相照片；
图3是CuCr30真空感应熔炼制备材料在200X、500X下金相照片，其中，(a)200X、(b)500X；
图4是CuCr30真空感应熔炼加真空自耗熔炼制备材料在200X、500X下金相照片，其中，(a)200X、(b)500X。
具体实施方式
下面结合具体实施方式来对本发明进行更进一步详细的说明，以更好地体现本发明的优势。
在某些实施例中，高纯低气环保型铜铬触头制备方法，包括收集真空自耗电弧熔炼和真空感应熔炼锯切掉的冒口、底片回收料作为原料，依次进行真空感应熔炼、锻造、退火、制备自耗电极棒以及真空自耗熔炼。该制备方法能够对冒口和底片回收料进行回收利用，提高材料的利用率；同时所制备的铜铬触头气体含量低，金相组织均匀，且杂质含量少，可满足高电压等级需求。
在某些实施例中，所述真空感应熔炼的加热升温方法为：先在功率10KW下加热2～10min；升功率至20KW下加热3～8min；升功率至30KW下加热3～8min；随后升功率至40KW下加热等到原料熔化均匀。通过采用以上梯度升温加热的方式，能够有效降低在真空感应熔炼过程中对真空感应熔炼设备的损伤，同时有利于原料中气体的释放，从而提高CuCr25-50铸锭的纯净度。
在某些实施例中，所述锻打的方式采用模锻，锻造尺寸为65～80mm，例如65mm、70mm、75mm、80mm等，模锻的单次变形比为0.8～1.3，例如0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3等。通过采用模锻的方式，其力学性能高，模锻可使锻锭内部的锻造流线分布比较完整，更加合理，并且锻锭质量较高，尺寸精度高，生产率较高，而且操作简单，易于实现机械化，批量化生产成本低，同时，在获取所需尺寸规格的锻锭前提下，控制锻锭的纤维流向以及密度等满足后续生产使用需求。
在某些实施例中，所述熔滴控制工艺根据自耗电极棒的熔炼量对熔炼电流以及熔滴速度进行动态控制，由于熔滴速度控制变量有限，因此熔炼电流以熔滴速度变动为基准进行调控会更加便捷，在自耗电极棒开始熔炼时，熔炼电流由3kA的初始电流以0.5～1kA/10s的上升速率升至5kA的峰值电流，例如0.5kA/10s、1kA/10s等，同时，熔滴速度由5s-1的初始速度以1～2/10s：0.5～1kA/10s的比率进行下降，例如1/10s和0.5kA/10s、2/10s和1kA/10s等，直至达到熔炼电流5kA，熔滴速度1s-1，自耗电极棒的熔炼量X％；在自耗电极棒的熔炼量在X％后，熔炼电流保持在5kA，熔滴速度以1/10s的上升速率升至5s-1，直至达到自耗电极棒的熔炼量Y％；在自耗电极棒的熔炼量在Y％后，随后熔炼电流、熔滴速度以0.5～2kA/10s：1～4/10s的比率进行同步下降，例如0.5kA/10s和4/10s、0.7kA/10s和3/10s、1kA/10s和2/10s、2kA/10s和1/10s，直至自耗电极棒完全熔炼。通过在对真空自耗熔炼过程中对熔炼电流、熔滴速度这些参数在上述调控范围内进行动态控制，能够有效改善铜铬触头的制备效果，使其所制备的触头材料晶粒更加细小，且组织分布更加均匀，含气量更少。
为了能更好的阐述本发明创造的技术效果，本研究者就研究过程中的相关试验内容进一步作出以下阐述，以便于本领域技术人员充分理解本发明创造的技术构思。
实施例1
一种高纯低气环保型铜铬触头制备方法，包括以下步骤：
S1配料：收集真空自耗电弧熔炼和真空感应熔炼锯切掉的冒口、底片回收料，并按照重量和含量配成Cr含量在30％的原料；
S2真空感应熔炼：将原料装入石墨坩埚中，真空抽至7.8×10-2Pa，进行加热升温，先在功率10KW下加热7min；升功率至20KW下加热5min；升功率至30KW下加热5min；随后升功率至40KW下加热等到原料熔化均匀后，关真空泵并缓慢充氩气，使炉内压力升至-0.05MPa，待石墨坩埚中原料完全熔化后降低功率至30KW，保温0.6min浇入水冷铜模中冷却45min出炉；
S3锻造：将真空感应熔炼的CuCr30铸锭，锯切冒口和底片后进行锻造，对坯料进行锻打，锻打的方式采用模锻，锻造尺寸为75mm，单次变形比为1.2，得到锻锭；
S4退火：对锻锭进行退火，炉温升至750℃，保温2h，随炉冷却至400℃后出炉，得到退火后锻锭；
S5制备自耗电极棒：车掉退火后锻锭的氧化皮后，并采用CuCr30螺杆连接退火后锻锭，按照退火后锻锭上部朝下的方式连接，连接而成直径70mm，长度700mm的自耗电极棒；
S6真空自耗熔炼：将自耗电极棒装入真空自耗电弧熔炼炉内进行熔炼，熔炼的工艺采用熔滴控制工艺，熔炼电流4kA，熔炼电压30V，真空度80Pa，熔炼温度为900℃，熔滴速度3s-1，冷却水流速为210ml/min，得到铜铬触头铸锭。
将实施例1制备方法制备的CuCr30铜铬触头进行检测，同时设置对照，对照例为采用上述相同的真空感应熔炼直接浇铸得到CuCr30铜铬触头，具体如下表1：
表1CuCr30铜铬触头中O、N含量检测结果
结论：通过上述表1的对比可以看出，采用实施例1进行制备的CuCr30铜铬触头的含氧量、含氮量均低于对照例，因此，采用本发明制备方法进行铜铬触头的制备，铜铬触头的气体含量低。
同时，对实施例1、对照例所制备的CuCr30铜铬触头进行金相组织观察，根据图1-图4观察可以发现，实施例1所制备的CuCr30铜铬触头相较于对照例而言，其晶粒细小、金相组织均匀，且杂质含量少，因此，采用本发明制备方法进行铜铬触头的制备，铜铬触头可满足高电压长寿命触头的要求。
实施例2
在实施例1的基础上，先在功率10KW下加热2min；升功率至20KW下加热3min；升功率至30KW下加热3min；随后升功率至40KW下加热等到原料熔化均匀后；待石墨坩埚中原料完全熔化后降低功率至20KW。
实施例3
在实施例1的基础上，先在功率10KW下加热10min；升功率至20KW下加热8min；升功率至30KW下加热8min；随后升功率至40KW下加热等到原料熔化均匀后；待石墨坩埚中原料完全熔化后降低功率至35KW。
实施例4
在实施例1的基础上，使炉内压力升至-0.03MPa；保温0.2min后浇入水冷铜模中冷却30min出炉。
实施例5
在实施例1的基础上，使炉内压力升至-0.08MPa；保温0.8min后浇入水冷铜模中冷却50min出炉。
实施例6
在实施例1的基础上，炉温升至700℃，保温2h，随炉冷却至400℃后出炉。
实施例7
在实施例1的基础上，炉温升至800℃，保温2h，随炉冷却至400℃后出炉。
实施例8
在实施例1的基础上，熔炼电流3kA，熔炼电压20V，真空度80Pa，熔炼温度为800℃，熔滴速度1s-1，冷却水流速为120ml/min。
实施例9
在实施例1的基础上，熔炼电流5kA，熔炼电压35V，真空度80Pa，熔炼温度为1000℃，熔滴速度5s-1，冷却水流速为240ml/min。
将实施例2-9制备方法制备的CuCr30铜铬触头进行检测，具体如下：
一、实施例2、3分别是与实施例1不同的加热升温参数，对所制备的CuCr30铜铬触头的O、N含量进行检测，具体如下表2：
表2CuCr30铜铬触头中O、N含量检测结果
结论：通过上述表2的对比可以看出，采用不同的加热升温参数对CuCr30铜铬触头的气体含量有一定影响，其中，以实施例1的加热升温参数最优。
二、实施例4、5分别是与实施例1不同的保温及冷却时间，对所制备的CuCr30铜铬触头的O、N含量进行检测，具体如下表3：
表3CuCr30铜铬触头中O、N含量检测结果
结论：通过上述表3的对比可以看出，采用不同的保温及冷却时间对CuCr30铜铬触头的气体含量的影响较小，这可能是由于后续还需进行真空自耗熔炼进行进一步处理，实施例5与实施例1基本相同，但实施例5采用了更长的工艺处理时间，因此，从经济性、生产效率等角度考量，实施例1的保温及冷却时间最优。
三、实施例6、7分别是与实施例1不同的退火参数，对所制备的CuCr30铜铬触头的O、N含量进行检测，具体如下表4：
表4CuCr30铜铬触头中O、N含量检测结果
结论：通过上述表4的对比可以看出，采用不同的退火温度对CuCr30铜铬触头的气体含量的影响较小，其中实施例7与实施例1基本相同，但实施例5采用了更高的退火温度处理，因此，从经济性等角度考量，实施例1的退火参数最优。
四、实施例8、9分别是与实施例1不同的真空自耗熔炼参数，对所制备的CuCr30铜铬触头的O、N含量进行检测，具体如下表5：
表5CuCr30铜铬触头中O、N含量检测结果
结论：通过上述表5的对比可以看出，采用不同的真空自耗熔炼参数对CuCr30铜铬触头的气体含量有一定影响，其中，实施例1的真空自耗熔炼参数最优。
实施例10
进一步地，在步骤S6真空自耗熔炼中，所述熔滴控制工艺根据自耗电极棒的熔炼量对熔炼电流以及熔滴速度进行动态控制，所述动态控制方法为：
1)在自耗电极棒开始熔炼时，熔炼电流由3kA的初始电流以1kA/10s的上升速率升至5kA的峰值电流，同时，熔滴速度由5s-1的初始速度以2/10s随着熔炼电流上升同步进行下降，即每10秒降低2s-1融滴速度，直至达到熔炼电流5kA，熔滴速度1s-1，自耗电极棒的熔炼量16％；
2)在自耗电极棒的熔炼量在16％后，熔炼电流保持在5kA，熔滴速度以1/10s的上升速率升至5s-1，即每10秒上升1s-1融滴速度，直至达到自耗电极棒的熔炼量46％；
3)在自耗电极棒的熔炼量在46％后，随后熔炼电流、熔滴速度以0.7kA/10s：3/10s的比率进行同步下降至熔炼电流3kA，熔滴速度1s-1，直至自耗电极棒完全熔炼。
实施例11
在实施例10的基础上，所述动态控制方法为：
1)在自耗电极棒开始熔炼时，熔炼电流由3kA的初始电流以0.5kA/10s的上升速率升至5kA的峰值电流，同时，熔滴速度由5s-1的初始速度以1/10s随着熔炼电流上升同步进行下降，直至达到熔炼电流5kA，熔滴速度1s-1，自耗电极棒的熔炼量28％；
3)在自耗电极棒的熔炼量在58％后，随后熔炼电流、熔滴速度以0.5kA/10s：4/10s的比率进行同步下降至熔炼电流3kA，熔滴速度1s-1，直至自耗电极棒完全熔炼。
实施例12
在实施例10的基础上，所述动态控制方法为：
1)在自耗电极棒开始熔炼时，熔炼电流由3kA的初始电流以0.5kA/10s的上升速率升至5kA的峰值电流，同时，熔滴速度由5s-1的初始速度以1/10s随着熔炼电流上升同步进行下降，直至达到熔炼电流5kA，熔滴速度1s-1，自耗电极棒的熔炼量28％；
3)在自耗电极棒的熔炼量在58％后，随后熔炼电流、熔滴速度以2kA/10s：1/10s的比率进行同步下降至熔炼电流3kA，熔滴速度1s-1，直至自耗电极棒完全熔炼。
将实施例10-12制备方法制备的CuCr30铜铬触头进行检测，具体如下表6所示：
表6CuCr30铜铬触头中O、N含量检测结果
结论：通过上述表6的对比可以看出，采用真空自耗熔炼方式对CuCr30铜铬触头的气体含量有一定影响，
通过实施例1与实施例10的对比可以发现，在根据自耗电极棒的熔炼量进行，通过对熔炼电流以及熔滴速度进行动态控制后，CuCr30铜铬触头的气体含量相较于实施例1未进行动态控制的CuCr30铜铬触头，其气体含量出现了进一步有效下降，从而通过实施例10的制备方法可以获取更低气体含量的CuCr30铜铬触头，从而满足高电压长寿命触头的要求；
通过实施例10、11、12的对比可以发现，在不同的动态控制条件下，CuCr30铜铬触头的气体含量存在一定得区别，其中，以实施例10的动态控制条件所制备的CuCr30铜铬触头最优；
同时为了进一步分析在各个阶段下，熔滴控制工艺根据自耗电极棒的熔炼量对熔炼电流以及熔滴速度进行动态控制的影响情况，现做出如下探究：
1、0％～X％的熔炼第一阶段
设置对照例1，在自耗电极棒开始熔炼时，熔炼电流由3kA的初始电流以1kA/10s的上升速率升至5kA的峰值电流，同时，熔滴速度保持1s-1的初始速度，直至达到熔炼电流5kA，自耗电极棒的熔炼量4％，步骤2)3)参数保持不变；
设置对照例2，在自耗电极棒开始熔炼时，熔炼电流保持5kA的初始电流，同时，熔滴速度由5s-1的初始速度以2/10s进行下降，直至达到熔滴速度1s-1，自耗电极棒的熔炼量16％，步骤2)3)参数保持不变；
具体如下表7所示：
表7CuCr30铜铬触头中O、N含量检测结果
结论：通过上述表7的对比可以看出，通过对真空自耗熔炼的步骤1)进行调整对照发现，在该阶段改变熔滴速度以及熔炼电流的调整参数，对所制备的CuCr30铜铬触头有一定影响，其中，以实施例10的真空自耗熔炼效果最好。
2、X％～Y％的熔炼第二阶段
设置对照例，在自耗电极棒的熔炼量在16％后，熔炼电流保持在5kA，熔滴速度以1s-1处理40s，达到自耗电极棒的熔炼量24％，步骤1)3)参数保持不变；
具体如下表8所示：
表8CuCr30铜铬触头中O、N含量检测结果
结论：通过上述表8的对比可以看出，通过对真空自耗熔炼的步骤2)进行调整对照发现，在该阶段控制熔滴速度，对所制备的CuCr30铜铬触头有一定影响，其中，以实施例10的真空自耗熔炼效果最好。
3、Y％～100％的熔炼第三阶段
设置对照例1，在自耗电极棒的熔炼量在46％后，熔炼电流保持在5kA，熔滴速度保持在5s-1，直至自耗电极棒完全熔炼，步骤1)2)参数保持不变；
设置对照例2，在自耗电极棒的熔炼量在46％后，随后熔炼电流保持在5kA，熔滴速度以3/10s的比率下降至1s-1，直至自耗电极棒完全熔炼，步骤1)2)参数保持不变；
设置对照例3，在自耗电极棒的熔炼量在46％后，随后熔炼电流以0.7kA/10s的比率下降至3kA，熔滴速度保持在5s-1，直至自耗电极棒完全熔炼，步骤1)2)参数保持不变；
具体如下表9所示：
表9CuCr30铜铬触头中O、N含量检测结果
结论：通过上述表9的对比可以看出，通过对真空自耗熔炼的步骤3)进行调整对照发现，在该阶段改变熔滴速度以及熔炼电流的调整参数，对所制备的CuCr30铜铬触头有一定影响，其中，以实施例10的真空自耗熔炼效果最好。
Claims (9)
1.一种高纯低气环保型铜铬触头制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1配料：收集真空自耗电弧熔炼和真空感应熔炼锯切掉的冒口、底片回收料，并按照重量和含量配成Cr含量在25-50％的原料；
S2真空感应熔炼：将原料装入石墨坩埚中，真空抽至≤7.8×10-2Pa，进行加热升温，等到原料熔化均匀后，关真空泵并缓慢充氩气，使炉内压力升至-0.03～-0.08MPa，待石墨坩埚中原料完全熔化后降低功率，保温一段时间浇入水冷铜模中冷却30～50min出炉；
S3锻造：将真空感应熔炼的CuCr25-50铸锭，锯切冒口和底片后进行锻造，对坯料进行锻打，得到锻锭；
S4退火：对锻锭进行退火，炉温升至700～800℃，保温2h，随炉冷却至≤400℃后出炉，得到退火后锻锭；
S5制备自耗电极棒：车掉退火后锻锭的氧化皮后并采用CuCr25-50螺杆连接退火后锻锭，得到自耗电极棒；
S6真空自耗熔炼：将自耗电极棒装入真空自耗电弧熔炼炉内进行熔炼，熔炼的工艺采用熔滴控制工艺，熔炼电流3～5kA，熔炼电压20～35V，真空度≤80Pa，熔炼温度为800～1000℃，熔滴速度1～5s-1，冷却水流速为120～240ml/min，得到铜铬触头铸锭。
2.根据权利要求1所述的一种高纯低气环保型铜铬触头制备方法，其特征在于，所述步骤S2的保温一段时间为0.2～0.8min。
3.根据权利要求1所述的一种高纯低气环保型铜铬触头制备方法，其特征在于，在所述步骤S2真空感应熔炼中，加热升温方法为：先在功率10KW下加热2～10min；升功率至20KW下加热3～8min；升功率至30KW下加热3～8min；随后升功率至40KW下加热等到原料熔化均匀；待石墨坩埚中原料完全熔化后降低功率至20～35KW。
4.根据权利要求1所述的一种高纯低气环保型铜铬触头制备方法，其特征在于，在所述步骤S3锻造中，锻打的方式采用模锻，锻造尺寸为65～80mm。
5.根据权利要求4所述的一种高纯低气环保型铜铬触头制备方法，其特征在于，所述模锻的单次变形比为0.8～1.3。
6.根据权利要求1所述的一种高纯低气环保型铜铬触头制备方法，其特征在于，在所述步骤S5制备自耗电极棒中，CuCr25-50螺杆连接退火后锻锭的方法为：按照退火后锻锭上部朝下的方式连接成直径65～75mm，长度600～800mm的自耗电极棒。
7.根据权利要求1所述的一种高纯低气环保型铜铬触头制备方法，其特征在于，在步骤S6真空自耗熔炼中，所述熔滴控制工艺根据自耗电极棒的熔炼量对熔炼电流以及熔滴速度进行动态控制。
8.根据权利要求7所述的一种高纯低气环保型铜铬触头制备方法，其特征在于，所述动态控制方法为：
1)在自耗电极棒开始熔炼时，熔炼电流由3kA的初始电流以0.5～1kA/10s的上升速率升至5kA的峰值电流，同时，熔滴速度由5s-1的初始速度以1～2/10s：0.5～1kA/10s的比率进行下降，直至达到熔炼电流5kA，熔滴速度1s-1，自耗电极棒的熔炼量X％；
2)在自耗电极棒的熔炼量在X％后，熔炼电流保持在5kA，熔滴速度以1/10s的上升速率升至5s-1，直至达到自耗电极棒的熔炼量Y％；
3)在自耗电极棒的熔炼量在Y％后，随后熔炼电流、熔滴速度以0.5～2kA/10s：1～4/10s的比率进行同步下降至熔炼电流3kA，熔滴速度1s-1，直至自耗电极棒完全熔炼。
9.根据权利要求1所述的一种高纯低气环保型铜铬触头制备方法，其特征在于，所述自耗电极棒的直径为65～75mm，长度为600～800mm。
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Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1619000A (zh) * | 2003-11-19 | 2005-05-25 | 中国科学院金属研究所 | 一种低氧低夹杂物铜铬合金触头的生产方法 |
| CN101851706A (zh) * | 2009-03-25 | 2010-10-06 | 辽宁金力源新材料有限公司 | 一种去除真空熔炼铜铬合金夹杂物的方法 |
| US20100319818A1 (en) * | 2009-06-18 | 2010-12-23 | Hitachi Cable, Ltd. | Method for fabricating a copper alloy and copper alloy fabricated by the same |
| CN108441670A (zh) * | 2018-03-19 | 2018-08-24 | 陕西斯瑞新材料股份有限公司 | 利用真空自耗电弧炉制备铜铬50电接触材料的方法 |
| CN109371270A (zh) * | 2018-11-07 | 2019-02-22 | 西安斯瑞先进铜合金科技有限公司 | 一种采用真空感应熔炼CuFe母合金材料的制备方法 |
| CN113278830A (zh) * | 2021-04-28 | 2021-08-20 | 西安斯瑞先进铜合金科技有限公司 | 一种高均匀铜铁合金的制备方法 |
| CN113293309A (zh) * | 2021-04-09 | 2021-08-24 | 陕西斯瑞新材料股份有限公司 | 一种真空自耗电弧熔炼铜铬触头材料组织优化方法 |
| JP2021172885A (ja) * | 2020-04-17 | 2021-11-01 | 陝西斯瑞新材料股▲分▼有限公司Shaanxi Sirui Advanced Materials Co., Ltd. | 微粒子ＣｕＣｒコンタクト材料を製造する方法及び装置 |
| CN113737051A (zh) * | 2021-09-06 | 2021-12-03 | 西安斯瑞先进铜合金科技有限公司 | 一种超高强铜铬锆合金的制备方法 |
| CN114672687A (zh) * | 2022-03-11 | 2022-06-28 | 西安斯瑞先进铜合金科技有限公司 | 一种铜钛合金铸锭的熔炼工艺 |
| CN115360035A (zh) * | 2022-07-08 | 2022-11-18 | 陕西斯瑞新材料股份有限公司 | 一种高抗熔焊性CuCr50Te触头材料的制备方法 |
-
2022
- 2022-12-08 CN CN202211574140.0A patent/CN116083739A/zh active Pending
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1619000A (zh) * | 2003-11-19 | 2005-05-25 | 中国科学院金属研究所 | 一种低氧低夹杂物铜铬合金触头的生产方法 |
| CN101851706A (zh) * | 2009-03-25 | 2010-10-06 | 辽宁金力源新材料有限公司 | 一种去除真空熔炼铜铬合金夹杂物的方法 |
| US20100319818A1 (en) * | 2009-06-18 | 2010-12-23 | Hitachi Cable, Ltd. | Method for fabricating a copper alloy and copper alloy fabricated by the same |
| CN108441670A (zh) * | 2018-03-19 | 2018-08-24 | 陕西斯瑞新材料股份有限公司 | 利用真空自耗电弧炉制备铜铬50电接触材料的方法 |
| CN109371270A (zh) * | 2018-11-07 | 2019-02-22 | 西安斯瑞先进铜合金科技有限公司 | 一种采用真空感应熔炼CuFe母合金材料的制备方法 |
| JP2021172885A (ja) * | 2020-04-17 | 2021-11-01 | 陝西斯瑞新材料股▲分▼有限公司Shaanxi Sirui Advanced Materials Co., Ltd. | 微粒子ＣｕＣｒコンタクト材料を製造する方法及び装置 |
| CN113293309A (zh) * | 2021-04-09 | 2021-08-24 | 陕西斯瑞新材料股份有限公司 | 一种真空自耗电弧熔炼铜铬触头材料组织优化方法 |
| CN113278830A (zh) * | 2021-04-28 | 2021-08-20 | 西安斯瑞先进铜合金科技有限公司 | 一种高均匀铜铁合金的制备方法 |
| CN113737051A (zh) * | 2021-09-06 | 2021-12-03 | 西安斯瑞先进铜合金科技有限公司 | 一种超高强铜铬锆合金的制备方法 |
| CN114672687A (zh) * | 2022-03-11 | 2022-06-28 | 西安斯瑞先进铜合金科技有限公司 | 一种铜钛合金铸锭的熔炼工艺 |
| CN115360035A (zh) * | 2022-07-08 | 2022-11-18 | 陕西斯瑞新材料股份有限公司 | 一种高抗熔焊性CuCr50Te触头材料的制备方法 |
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