PL113387B1 - Method of manufacturing thermocouple wires of heat-resistant alumel alloy - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarza¬ nia drutów ze stopu zarotrwalego alumel przezna¬ czonego do wytwarzania mierników termoelektrycz¬ nych typu chromel — alumel.Znane dotychczas sposoby wytwarzania stopu alumel polegaly na wytwarzaniu stopu niklowo — manganowo — krzemowo — aluminiowego o naste¬ pujacym skladzie chemicznym: mangan 1,80 — 2,20%, krzem 0,85 — 2,0%, aluminium 1,80 — 2,5%, reszta niklu, pierwiastki zanieczyszczajace wegiel max 0,20%, siarka max 0,02%, fosfor max 0,05%, zelazo max 0,30%, miedz max 0,25%, magnez max 0,05%. Stop ten cechuje stosunkowo duza toleran¬ cja pierwiastków podstawowych . mangan, krzem, aluminium oraz nadmierna pierwiastków zanie¬ czyszczajacych jak wegla, siarki i miedzi. Ponad¬ to w dotychczas produkowanych stopach nie uw¬ zgledniono innych pierwiastków zanieczyszczaja¬ cych, które takze wywieraja wplyw na wartosci sily termoelektrycznej. Zbyt duza tolerancja za¬ wartosci pierwiastków podstawowych a takze za¬ nieczyszczen umozliwia uzyskiwanie wytopów o powtarzalnych i waskich tolerancjach wartosci sily termoelektrycznej w poszczególnych temperaturach co stanowilo o nieprzydatnosci stopu do wytwa¬ rzania drutów termoparówych.Znany stop wytwarza sie w nastepujacy sposób: wytapia sie w piecu indukcyjnym o wylozeniu za¬ sadowym stosujac jako wsad nikiel w postaci ka¬ tody oraz dodatki manganu metalicznego, krzemu 10 15 20 25 metalicznego czystego aluminium, magnezu meta¬ licznego miszmetalu. Do wytapiania stosuje sie elek¬ trody weglowe. Po odlaniu w temperaturze ok. 1 500°C, wlewki poddaje sie kuciu na goraco w za¬ kresie temperatur 1200—900°C, po czym poddaje sie skórowaniu a nastepnie walcuje sie na goraco w zakresie temperatur 1100—900°C. Po walco¬ waniu na goraco walcówke przeciaga sie na zim¬ no wyzarza miedzyoperacyjnie i trawi w na¬ stepujacy sposób: przeciaganie z srednicy 7 mm na 6 mm nastepnie 5 mm, po czym wyzarza sie miedzyoperacyjnie w temp. 850°C przez 4 godziny, trawi w mieszaninie rozcienczonego kwasu azoto¬ wego i siarkowego i ponownie przeciaga sie na srednice 4,2 mm nastepnie 3,5 mm oraz 3 mm. Wy¬ zarzanie koncowe prowadzi sie w temperaturze 1150°C przez 4 godziny.Znana metoda nie uzyskuje sie drutów o sredni¬ cach ponizej 3 mm. W podanym sposobie ciagnie¬ nia drutów stosuje sie gnioty powyzej 50% co unie¬ mozliwia uzyskanie drutów termoparówych o sta¬ bilnej charakterystyce a ponadto zastosowane od¬ czynniki trawiace powoduja na powierzchni dru¬ tów wzery uniemozliwiajace ciagnienie drutu na srednice ponizej 3 mm z uwagi na sklonnosc drutu do pekania. Stosowane temperatury wyzarzania miedzyoperacyjnego przyczynialy sie do nadmier¬ nego rozrostu ziarna w strukturze stopów co pro¬ wadzi do rozrzutu wartosci sily termoelektrycznej oraz niestabilnosci charakterystyki. 113 387113 38T 3 Celem wynalazku jest znalezienie sposobu wy¬ twarzania drutów z zarotrwalego stopu alumel przeznaczonego na termoelementy typu K o sred¬ nicach do 0,1 mm cechujacych sie powtarzalna i prostoliniowa charakterystyka termoelektryczna, zgodna z wymogami dotyczacymi wysokiej czulosci i tolerancji sily termoelektrycznej.Cel ten zostal osiagniety przez zastosowanie dru¬ tów ze stopu zawierajacego wagowo: krzemu 2,30— 2,60%, niklu — reszta oraz zanieczyszczen w po¬ staci manganu 0,05—0,30%, aluminium max 0,1%, wegla max 0,01%, siarki 0,008%, fosforu max 0,005%, zelaza max 0,02%, miedzi max 0,02%, mag¬ nezu max 0,05%, chromu max 0,01%, wanadu max 0,03%, wolframu max 0,03%, molibdenu max 0,05%, kobaltu'max. 0,05?/o.Sposób wedlug wynalazku polega na tym, ze stop wytapia sie metoda prózniowa przy cisnieniu mniejszym od 1,33 • 10—2 kP, roztapiajac najpierw katody niklowe i dodajac odpowiednie ilosci pier¬ wiastków stopowych po czym odgazowuje sie w temperaturze 1 520—1 560°C i odlewa, a nastepnie wlewki przerabia sie na walcówke na goraco w temperaturze 1150—850°C, przy czym walcówke wyzarza sie w temperaturze 830±20°C przez 2 go¬ dziny, trawi i ciagnie na zimno do srednicy 3 mm gniotami jednostkowymi max 25% i sumarycznymi max 50%, a druty wyzarza sie miedzyoperacyjnie w temperaturze 800±20°C przez 4 godziny, trawi i ciagnie do srednicy 3 mm, przy czym przy sred¬ nicach ponizej 3 mm stosuje sie gnioty jednostko¬ we max 10—25% i sumaryczne max 40%, a wyza¬ rzanie miedzyoperacyjne prowadzi sie w tempera¬ turze 800±10°C przez 2 godziny, natomiast koncowe dla poszczególnych srednic prowadzi sie w tempe¬ raturze 1000—1100±20°C przez 4 godziny i trawi.Trawienie walcówki i drutów do 3 mm po wy¬ zarzaniu prowadzi sie najpierw w kapieli o skla¬ dzie HC1 w ilosci 8%, H2S04 w ilosci 10%, HF w ilosci 10%, H20 w ilosci 60%, przy czym ste¬ zenie kapieli wynosi 20—24%, temperatura 15— 25°C, czas trawienia 30—40 minut, nastepnie drut plucze sie w wodzie i ponownie trawi w kapieli za¬ mierajacej HC1 w ilosci 57%, HN08 w ilosci 0,7%, H20 w ilosci 42!%, przy czym stezenie tej kapieli wynosi 6—8% temperatura 25—35°C, czas trawie¬ nia 30—40 minut i znowu drut plucze sie i poddaje sie koncowemu trawieniu w kapieli o skladzie HN03 w ilosci 10,5%, HF w ilosci 9,5%, H20 w ilosci 80%, przy czym temperatura wynosi 30—40%, czas trwania 5—10 minut. Natomiast trawienie dru¬ tu o srednicy 0,1 mm po wyzarzaniu prowadzi sie najpierw w kapieli o skladzie KOH w ilosci 80% i NaNOg w ilosci 20% w temperaturze 450—500°C przez 30—40 minut i plucze sie w zimnej wodzie i ponownie trawi w kapieli zawierajacej H2S04 (150—200 g/l), NaNOa (40—60 g/l), NaCl (60—100 g/l) w temperaturze 80—90°C przez 15—20 minut i plu¬ cze sie w zimnej wodzie po czym zabiela sie w K2Cr2Oa w ilosci 20—50 g/l i H^504 w ilosci 80—100 gA w temperaturze 80—90°C przez 2—3 minuty, plucze i neutralizuje w goracym roztworze mydla, a nastepnie naklada podklad smarowy o skladzie CaO w ilosci 10—100 g/l i NaCl w ilosci 100—150 g/l w temperaturze 90—95°C przez zanurzanie 5—7 4 razy z wytrzymaniem przez 1—7 minut i suszy w temperaturze 60—80°C.Przyklad I. Stop zawierajacy wagowo; 2,52% krzemu niklu — reszta oraz zanieczyszczen man- 5 ganu 0,08%, aluminium 0,03%, wegla 0,008%, siarki 0,004%, fosforu 0,003%, zelaza 0,01%, miedzi 0,01, magnezu 0,04, chromu 0,07, wolframu 0,02, wanadu 0,01, molibdenu 0,04, kobaltu 0,04 topi sie w piecu prózniowym pod cisnieniem ^1,33 10~4 kPa roz- 10 tapiajac najpierw katody niklowe i dodajac w trakcie topienia odpowiednio do wielkosci wsadu ilosc koksu nastepnie odgazowuje sie przez okolo 20 minut, az do calkowitego uspokojenia kapieli.Temperatura po odgazowaniu wynosi 1530°C. Na- 15 stepnie wprowadza sie do komory pieca gaz argon do cisnienia 6,65 • 10_1 kPa, dodaje odtleniaczy w postaci metalicznego manganu, krzemu i zaprawy niklowo — magnezowej (miszmetal). Supst kapieli prowadzi sie do wlewnic suchych. Temperatura 20 spustu wynosi 1550°C.Po skrzepnieciu wlewki skóruje sie, kuje i wal¬ cuje sie na goraco w temperaturze 1100—850°C, po czym walcówke wyzarza sie w temperaturze 830°C przez 2 godziny i sprawdza wymiary i stan wal- 25 cówki, która nie powinna wykazywac wad po¬ wierzchniowych na glebokosci ponizej 0,20 mm. To¬ lerancja srednicy walcówki powinna sie ograniczyc do ±0,30 mm, a srednica wielkosci ziarna w wal- cówce powinna by mniejsza od 0,060 mm. Walców- 30 ke nastepnie trawi sie celem usuniecia warstwy zgorzeliny powstalej na powierzchni w czasie wy¬ zarzania. W kapieli zawierajacej 8% kwasu sol¬ nego (HC1), 16% kwasu siarkowego (H2S04), 10% kwasu fluowodorowego (HF) i 60% wody (H20) 35 stosuje sie stezenie kapieli 20%, temperature tra¬ wienia 20°C, czas 30 minut. Nastepnie druty plu¬ cze sie w zimnej wodzie i ponownie trawi sie w kapieli o skladzie: 37% kwasu solnego (HC1), 0,7% kwasu azotowego (HNO3) i 42% wody (H20), ste- 40 zenie kapieli 6—9% temperatura trawienia 30°C, czas 30 minut. Dalej plucze sie w zimnej wodzie i trawi w kapieli o skladzie: 10,5% kwasu azoto¬ wego i(HNOs), 9,5% kwasu fluowodorowego (HF), 80% wody (H20), temperatura trawienia 30°C, czas 45 10 minut. Po trawieniu plucze sie walcówke w zimnej wodzie i wapnuje sie. W przypadku stwier¬ dzenia wad powierzchniowych siegajacych na gle¬ bokosc powyzej 0,3 mm walcówke przeciaga sie kalibruje i luszczy. Nastepnie walcówke luszczona 50 lub bez wad powierzchniowych ciagnie sie na zim¬ no stosujac gnioty jednostkowe do 25%. Wyzarza miedzyoperacyjne lub koncowe i trawi w sposób nastepujacy przeciaganie z srednicy 7 mm na 6,3 mm a nastepnie 5,5 mm. Wyzarza sie miedzyope- 55 racyjnie trawi przeciaga na srednice 4,6 mm na¬ stepnie 4,0 mm wyzarza sie miedzyoperacyjnie i trawi przeciaga na srednice 3,6 mm, 3,0 mm wy¬ zarza koncowo w temperaturze 1100°C.Przyklad II. Stop w przykladzie jak wyzej 60 i sposób postepowania do wyzarzania walcówki jak w przykladzie I, po czym walcówke trawi sie w roztworze o zawartosci 100% wodorotlenku potasu (KOH) lub 80% wodorotlenku sodu (NaOH) i 20% azotanu sodu (NaHOj), temperatura trawienia wy- 65 nosi 450°C, czas 35—40 minut. Nastepnie plucze113 387 6 sie druty w zimnej wodzie, po czym ponownie tra¬ wi w kapieli zawierajacej kwas siarkowy (H2S04) — 150 g/l, azotanu sodu (NaNOj) — 40 g/l, chlorek sodu (NaCL) — 60—100 g/l, temperatura trawienia 80°C, czas 15—20 minut, druty plucze sie w zim¬ nej wodzie nastepnie zabiela w dwuchromianie po¬ tasu (K2Cr207) — 20 g/1, kwas siarkowy (H2S04) — 80 g/l temperatura zabielania 80°C, czas 2 minuty.Nastepnie druty plucze sie w zimnej wodzie i ne¬ utralizuje w goracym roztworze mydla, po czym naklada sie podklad smarowy zlozony z tlenku wap¬ nia (CaO) 10 gfl, chlorku sodu (NaCl) — 100 g/l w temperaturze 90°C, zanurza sie 5 razy z wytrzy¬ maniem 1 do 7 minut. Drut suszy sie w tempera¬ turze 70°C.Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wytwarzania drutów ze stopu zaro- trwalego alumel zwlaszcza przeznaczonego na ter- mopary zawierajacego wagowo max 0,1% wegla, max 0,005% fosforu, max 0,008% siarki, max 0,1% chromu, max 0,02% miedzi, max 0,05% molibdenu, max 0,03% wolframu, max 0,03% wanadu, max 0,1% aluminium, max 0,05% magnezu, max 0,02% zelaza, max 0,05% kobaltu, 0,05—0,30% manganu, 2,30—2,60% krzemu, reszta nikiel polegajacy na wytapianiu, odgazowaniu, walcowaniu, przeciaga¬ niu, wyzarzaniu, znamienny tym, ze wlewki przera¬ bia sie na walcówke na goraco w temperaturze 1150—850°C, po czym walcówke wyzarza sie w temperaturze 830±20°C przez 2 godziny, trawi i ciagnie na zimno do srednicy 3 mm gniotami jednostkowymi max 25% i sumarycznymi max 50%, a druty wyzarza sie miedzyoperacyjnie w tem¬ peraturze 800±20°C przez 4 godziny, trawi i ciag¬ nie do srednicy 3 mm, przy czym przy srednicach ponizej 3 mm stosuje sie gnioty jednostkowe max 10—25% i sumaryczne max 40%, a wyzarzanie miedzyoperacyjne prowadzi sie w temp. 800±10°C przez 2 godziny, natomiast koncowe dla poszcze¬ gólnych srednic prowadzi sie w temperaturze 1000 5 —1100±20°C przez 4 godziny i trawi. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze trawienie walcówki i drutów do 3 mm po wyza¬ rzaniu prowadzi sie w kapielach najpierw o skla¬ dzie HC1 w ilosci 8%, H2S04 w ilosci 10%, HF w io ilosci 10%, H20 w ilosci 60% przy czym stezenie kapieli wynosi 20—24%, temperatura 15—25°C, czas trawienia 30—40 minut, nastepnie drut plucze sie w wodzie i ponownie trawi w kapieli o skladzie HC1 w ilosci 57%, HNO« w ilosci 0,7%, H20 w ilo- 15 sci 42% przy czym stezenie kapieli wynosi 6—8%, temperatura 25—35°C, czas trawienia 30—40 minut i znowu drut plucze sie i poddaje sie koncowemu trawieniu w kapieli zawierajacej HN08 w ilosci 10,5%, HF w ilosci 9,5%, H20 w ilosci 80% przy 20 czym temperatura kapieli wynosi 30—40% czas tra¬ wienia 5—10 minut po czym pulcze sie w wodzie. 3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze po wyzarzaniu trawienie drutów do srednicy 0,1 mm prowadzi sie najpierw w kapieli w skladzie 25 KOH w ilosci 100% lub NaOH w ilosci 80% i NaN08 w ilosci 20% w temperaturze 450—500°C przez 30—40 minut i plucze sie w zimnej wodzie i ponownie trawi w kapieli zawierajacej H2S04 (150—200 g/l), NaNOs (40—60 g/l), NaCl (60—100 g/l) 30 w temperaturze 80—90°C przez 15—20 minut i plu¬ cze sie w zimnej wodzie po czym zabiela w K2Cr2Of w ilosci 20—50 g/l i H2S04 w ilosci 80—100 gA w temp. 80—90°C przez 2—3 minuty, plucze i nautra- lizuje w goracym roztworze mydla, a nastepnie ,na- 35 klada sie podklad smarowy o skladzie CaO w ilo¬ sci 10—100 gA i NaCl w ilosci 100—150 g/l w tem¬ peraturze 90—95°C przez zanurzanie 5—7 razy z wytrzymaniem przez 1—7 minut i suszy w tem¬ peraturze 60—80°C. PL

Claims (3)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wytwarzania drutów ze stopu zaro- trwalego alumel zwlaszcza przeznaczonego na ter- mopary zawierajacego wagowo max 0,1% wegla, max 0,005% fosforu, max 0,008% siarki, max 0,1% chromu, max 0,02% miedzi, max 0,05% molibdenu, max 0,03% wolframu, max 0,03% wanadu, max 0,1% aluminium, max 0,05% magnezu, max 0,02% zelaza, max 0,05% kobaltu, 0,05—0,30% manganu, 2,30—2,60% krzemu, reszta nikiel polegajacy na wytapianiu, odgazowaniu, walcowaniu, przeciaga¬ niu, wyzarzaniu, znamienny tym, ze wlewki przera¬ bia sie na walcówke na goraco w temperaturze 1150—850°C, po czym walcówke wyzarza sie w temperaturze 830±20°C przez 2 godziny, trawi i ciagnie na zimno do srednicy 3 mm gniotami jednostkowymi max 25% i sumarycznymi max 50%, a druty wyzarza sie miedzyoperacyjnie w tem¬ peraturze 800±20°C przez 4 godziny, trawi i ciag¬ nie do srednicy 3 mm, przy czym przy srednicach ponizej 3 mm stosuje sie gnioty jednostkowe max 10—25% i sumaryczne max 40%, a wyzarzanie miedzyoperacyjne prowadzi sie w temp. 800±10°C przez 2 godziny, natomiast koncowe dla poszcze¬ gólnych srednic prowadzi sie w temperaturze 1000 5 —1100±20°C przez 4 godziny i trawi.
2. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze trawienie walcówki i drutów do 3 mm po wyza¬ rzaniu prowadzi sie w kapielach najpierw o skla¬ dzie HC1 w ilosci 8%, H2S04 w ilosci 10%, HF w io ilosci 10%, H20 w ilosci 60% przy czym stezenie kapieli wynosi 20—24%, temperatura 15—25°C, czas trawienia 30—40 minut, nastepnie drut plucze sie w wodzie i ponownie trawi w kapieli o skladzie HC1 w ilosci 57%, HNO« w ilosci 0,7%, H20 w ilo- 15 sci 42% przy czym stezenie kapieli wynosi 6—8%, temperatura 25—35°C, czas trawienia 30—40 minut i znowu drut plucze sie i poddaje sie koncowemu trawieniu w kapieli zawierajacej HN08 w ilosci 10,5%, HF w ilosci 9,5%, H20 w ilosci 80% przy 20 czym temperatura kapieli wynosi 30—40% czas tra¬ wienia 5—10 minut po czym pulcze sie w wodzie.
3. 3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze po wyzarzaniu trawienie drutów do srednicy 0,1 mm prowadzi sie najpierw w kapieli w skladzie 25 KOH w ilosci 100% lub NaOH w ilosci 80% i NaN08 w ilosci 20% w temperaturze 450—500°C przez 30—40 minut i plucze sie w zimnej wodzie i ponownie trawi w kapieli zawierajacej H2S04 (150—200 g/l), NaNOs (40—60 g/l), NaCl (60—100 g/l) 30 w temperaturze 80—90°C przez 15—20 minut i plu¬ cze sie w zimnej wodzie po czym zabiela w K2Cr2Of w ilosci 20—50 g/l i H2S04 w ilosci 80—100 gA w temp. 80—90°C przez 2—3 minuty, plucze i nautra- lizuje w goracym roztworze mydla, a nastepnie ,na- 35 klada sie podklad smarowy o skladzie CaO w ilo¬ sci 10—100 gA i NaCl w ilosci 100—150 g/l w tem¬ peraturze 90—95°C przez zanurzanie 5—7 razy z wytrzymaniem przez 1—7 minut i suszy w tem¬ peraturze 60—80°C. PL