PL119328B1 - Process for manufacturing conductive elements - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposófo wytwarza¬ nia elementów przewodzacych takich jak prze¬ wody jezdne, dzialki komutatora, elementy ety¬ ków elektrycznych, przewody teletechniczne, spre¬ zyny przewodzace, linki napowietrzne itp.Przewody jeizdne produkowane sa z miedzi tle¬ nowej o zawartosci tlenu do 500 ppm lub mie¬ dzi beztlenowej zgodnie z norma PN-64/E 90090.Przewody te1 uzyskuje sie na drodze przeróbki plastycznej na zimno pretów, które wytwarzane sa metoda walcowania lub wyciskania na gora¬ co, Srednica preta po przeróbce plastycznej na goraco jest tak dobrana, aby koncowa wielkosc zgniotu w przewodzie jezdnym wynosila okolo 56%. Wielkosc koncowego zgniotu decyduje o zy¬ wotnosci przewodu jezdnego.Wedlug badan przeprowadzonych przez F. Rog- gena, opublikowanych w czasopismie Pro Metal, 1970 r. nr 4, str. 26'—29, czas polówkowej rekry- staliaacjiii przy temperaturze 373 K wynosi dja 56% zgniotu okolo 100000 godzin, dla 85% zgnio¬ tu okolo 16000 godzin, dla 96% 'zgniotu okolo 3000 godzin, a dla 99% zgniotu 500 godzin.Temperatura polówkowej rekrystalizacji przy okolo 56% zgniocie dla przewodów jezdnych z miedzi wynosi 420—470 K. Ograniczenie wiel¬ kosci koncowego zgrTiotu jest warunkiem uzyska¬ nia odpowiedniej wytrzymalosci na rozciaganie oraz odpowiedniej twardosci przewodu. Wytrzy¬ malosc na rozciaganie wynosi 330—360 MN/m2, 10 15 20 25 30 a twardosc minimum 80 HB pirzy przewodnosci przewodu jezdnego okolo 93—95,5% IACS.Dzialki komutatora produkowane sa z miedzi o czystosci miniimiuim 99,9 lufo z miedzi srebrowej o zawartosci srebra 0,08—0,25% wagowych. Doda¬ tek srebra w miedzi stosowany jest w celu pod¬ niesienia temperatury rekrystalizacji oraz .nie¬ znacznego umocnienia roztworowego miedzi. Naj¬ czesciej dzialki komutatora posiadaja twardosc 75—95 HB i przewodnosc elektryczna 95—98% IACS. Dzialki komutatora wytwarza- sie w ten sposób, ze prety okragle1, plaskie lub profilowe otirzymane na drodze" przeróbki plastycznej na. goraco metoda wyciskania lub walcowania, pod¬ daje sie, celem nadania wymaganego ksztaltu, przeróbce plastycznej na zimno i ewentualnie miedzyoperacyjnemu wyzarzaniu rekrystalizujace- mu. Wielkosc koncowego zgniotu, niezbedna dla uzyskania odpowiednich wlasnosci mechanicznych oiraz wysokiej 'temperatury rekrystalizacji, wy¬ nosi 25—40%. "• ' Znanych jest wiele stopów miedzi o przewod¬ nosci elektrycznej zblizonej do przewodnosci czy¬ stej miedzi i podwyzszonej temperaturze rekrysta¬ lizacji.Jednym z nich jest stop miedzi zawieirajacy nie¬ wielkie dodatki boru i siarki^ znany z opisu pa¬ tentowego USA nr 832977, .posiadajacy tempera¬ ture rekrystalizacji ok. 570 K, przy przewodnos¬ ci elektrycznej ^ 8'5% IACS. 119 328\ 119 328 Inny stop miedzi znany z japonskiego opisu pa¬ tentowego nr 21182 z 11.12.1967 tr. zawiera dodat- ki pierwiastków ziem rzadkich, takich jak cer, lantan, niob, samar i prazeodym w ilosci 0,001 —4,0% wagowych. Stop o (zawartosci 0,06% tych dodatków posiada przewodnosc 98,5% IACS i wy¬ trzymalosc -na rozciaganie 290 MN/m2 po wyza¬ rzeniu w temperaturze 575 K przez 2 godziny, a stop o zawartosci 1,6% tych dodatków posiada przewodnosc 91% IACS i wytrzymalosc na roz¬ ciaganie 'Ckolo 460 /MN/m2 po obróbce cieplnej w tych samych warunkach.Znamy jest równiez stop miedzi zawierajacy tytan w ilosci 0,005i—0,09% wagowych. Jako od- tleniacz do otrzymywania tego stopu stosuje sie fosfor, lit, krzem, wapn, cynk, aluminium, cer, magnez. Stop .ten posiada przewodnosc zblizona do przewodnosci czystej miedzi i podwyzszona tem¬ perature rekrystalizacji.Do grupy stopów miedzi o wysokiej przewod¬ nosci elektrycznej, i umiarkowanych wlasnosciach mechanicznych naleza miedzy innymi znane z pu¬ blikacji P. Riais, D. Whitwham TMX/CDR 409.DW/CP/20/2/77 stopy utwatrdzalne roztworowo 4alkiex jak: stop OuCd 0,8 posiadajacy w stenie twardym przewodnosc elektryczna powyzej 30% IACS, stop GuiCd 1 Sn 0^15 posiadajacy w stanie twardym przewodnosc elektryczna powyzej 80% IACS, a takze stop CuCd 1 Sn 0,4 posiadajacy w stanie wyzarzonymi przewodnosc elektryczna po¬ wyzej 70% IACS.Do tej grupy nalezy równiez zaliczyc stopy utwardizalne wydzieleniowo takie, jak: GuiMgZr o max przewodnosci 95% IACS, CuCr o max prze¬ wodnosci 91% IACS, CuZr o max przewodnosci 96% IACS, CuCrZr o max przewodnosci 92% IACS, GuCrCdr o max przewodnosci 90% IACS oraz CuZrAs o max przewodnosci 99% IACS.Przy wytwarzaniu niektórych z wymienionych stopów, na przyklad zawierajacych kadm, mag¬ nez, waipn, fosfor lub metale ziem rzadkich wy¬ magane jest wprowadzanie tych dodatków stopo¬ wych w postaci zapraw. Produkcja zapraw wiaze sie ze stratami dodatku stopowego. Ponadto kadm jest dodatkiem toksycznym i wymaga stosowa¬ nia specjalnych urzadzen, w procesie topienia i odlewania.Celem wynalazku jest opracowanie sposobu produkcji elementów przewodzacych, który .za¬ pewni uzyskanie wysokiej temperatury rekrysta¬ lizacji i wysokiej przewodnosci elektrycznej z rów¬ noczesnym podniesieniem wlasnosci mechanicz¬ nych tych elementów, zwlaszcza wytrzymalosci na rozciaganie i twardosci, przy zastosowaniu prostej i bezpiecznej technologii topnienia, odlewania i przeróbki plastycznej.Istota wynalazku polega na tym, ze elementy przewodzace wytwarza sie ze stopu miedzi za¬ wierajacego wagowo cyne w ilosci 0,01—0,05% i ni¬ kiel w ilosci 0,01—0,05%, albo ze stopu miedzi za¬ wierajacego wagowo cyne w ilosci 0,01—0,05%, nikiel w ilosci 0,01—0,05% i tytan w ilosci 0,001— —0,01%. Dodatki stopowe wiprowadza sie do sto¬ pionej miedzi w postaci metalicznej lub zapraw.Stop odlewa sie na wlewki, które przerabia sie . plastycznie na goraco w temperaturze 800—1200 K; chlodzac pólwyroby na powietrzu lub czynnikiem przyspieszajaicym chlodzenie. Pólwyroby Ite pod¬ daje sie przeróbce plastycznej na zimno ze zgnio- 5 tern 10—95% z lub bez wyzarzania miedzyopera- cyjnego w zakresie temperatur 470—970 K.Wprowadzenie dodatków stopowych w postaci cyny, niklu i tytanu do stopionej miedzi pozwo¬ lilo 'uzyskac stop o nieznacznie nizszej przewodnosci 10 i wyzszej teraperatuirze rekrystalizacji w stosunku do czystej miedzi, przy czym obie te wlasnosci posiadaja inna wartosc niz wynikaloby to ze zna- • nego ich jednostkowego oddzialywania na czysta m;.edz. Dowodzi to zarówno nieaddytywnosci ich 15 oddzialywania jak równiez moze byc spowodowa¬ ne powstaniem zwiazków miedzymetalicznych (np.Ni—Ti). Taka zmiana wlasnosci pozwala na sto¬ sowanie wiekszego stopnia przeróbki plastyczne: na zimno a tym samym uzyskiwania w wyrobach 20 wyzszych wlasnosci mechanicznych przy praktycz¬ nie niezmienionej temperaturze rekrystalizacji i przewodnosci:. Elementy wytworzone sposobem wedlug wynalazku nie zmieniaja swych wlasnosci do temperatury rzedu 530—650 K. 25' Przedmiot wynalazku opisano blizej w poniz¬ szych przykladach.Przyklad I. W piecu indukcyjnym topi sie 1,5 tony katod miedzianych w gatunku MOK. Do stopionej miedzi dodaje sie w kolejnosci cyne w 30 ilosci 0,5 kg i nikiel w ilosci 0,5 kg. Tym sposo¬ bem otrzymuje sie stop o zawartosci wagowo: cyny — 0,028%, niklu — 0,032%. Odlewanie sto¬ pu prowadzi sie sposobem pólciaglym na wlewki okragle. Wlewiki po, nagrzaniu w nagrzewnicach 35 indukcyjnych do temperatury 1150 K przerabia sie plastycznie na goraco metoda wyciskania na prety o srednicy inominadjnej 22 mm. Otrzymane prety przerabia sie plastycznie na zimno metoda ciagnienia ze zgniotem 70% na przewód jezdny 40 o przekroju 150 mm2. Otrzymany wyzej opisanym sposobem przewód jezdny posiada twardosc w za¬ kresie 85—95 HB, wytrzymalosc nax rozciaganie 366—370 MN/m2* przewodnosc elektryczna 97% IACS oraz temperature rekrystalizacji'. okolo 45 615 K.Przyklad II. W piecu indukcyjnym topi sie 6,5 ton katod miedzianyeh w gatunku MOK. Do stopionej kapieli przy temperaturze 1270 K do¬ daje sie 3 kg niklu, 1,65 kg cyny i 0,165 kg tyta- 50 nu. Po przelaniu metalu clo odstojnika o pojem¬ nosci 5,5 tony wprowadza sie dodatkowo tytan w ilosci 0,06 kg. Tyim sposobem 'Otrzymuje sie stop o zawartosci wagowo: 0,03% cyny, 0,015% niklu i 0,0013% tytanu reszta miedz. Po 15 minutach od 55 wprowadzenia tytanu odlewanie prowadzi sie spo¬ sobem pólciaglyim na wlewki okragle. Wlewki po nagrzaniu w nagrzewnicach indukcyjnych do temperatury 1150 K pirzerabia sie plastycznie na goraco metoda wyciskania na prety o srednicy 60 nominalnej 18 mm .Otrzymane prety przerabia sie plastycznie na zimno metoda ciagnienia ze zgnio¬ tem okolo 62% na przewód jezdny o przekroju 100 mm2. Tak otrzymany przewód jezdny posiada twardosc w zakresie 87—94 HB, wytrzymalosc na 65 rozciaganie 360—362 MN/m2, przewodnosc elek-5 tryczna 97% IACS oraz temperature rekrystali¬ zacji okolo 570 K.Przyklad III. Stop jak w przekladzie 2 od¬ lewa sie sposobem pólciaglym na wlewki okrag¬ le. Wlewki po nagrzaniu w nagrzewnicach induk¬ cyjnych dó temperatury 1150 K przerabia sie pla¬ stycznie na goraco metoda wyciskania na prety 6 srednicy nominalnej 10 mm. Otrzymane prety przerabia sie plastycznie na zimno metoda wal¬ cowania i ciagnienia z dwoma zarzeniami miedizy- operacyjnymi na profil komutatorowy o wymia¬ rach przekroju 'poprzecznego 6X3, 1X1, 52 mm.Koncowy zgniot po ostatnim wyzarzaniu miedizy- operacyjnym wynosi 45%. Otrzymany wyzej opi¬ sanym sposobem profil komutatorowy posiada twardosc okolo 100 HB, wytrzymalosc na rozcia¬ ganie 370 MN/m2, przewodnosc elektryczna 95% IACS oraz temperature rekrystalizacji 590 K.Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wytwarzania elementów przewodza¬ cych polegajacy na tym, ze stop miedzi zawiera- 328 6 jacy dodatek cyny poddaje sie przeróbce plastycz¬ nej na goraco, a otrzymane pólwyroby przerabia sie plastycznie na zimno z/lub bez wyzarzania miedzyoperacyjnego, znamienny tym, ze stosuje 5 sie stop miedzi zawierajacy cyne w ilosci 0,01— —0,005% wagowych i dodatkowo nikiel w ilosci 0,01—0,05% wagowych, które wprowadza sie do roztopionej miedzi, a przeróbke plastyczna na zimno pólwyrobów z tego stopu prowadzi sie ze 10 zgniotem 10—95%. 2. Sflposób wytwarzania elementów przewodza¬ cych polegajacy na tym, ze stop miedza zawiera¬ jacy dodatek cyny poddaje sie przeróbce pla¬ stycznej na goraco, a otrzymane pólwyroby prze- 15 rabia sie plastycznie na zimno z/lub bez wyza¬ rzania miiedzyoperacyjnego, znamienny tym, ze stosuje sie stop miedzi zawierajacy cyne w ilos- si 0,01—0,05% wagowych d dodatkowo nikiel w ilos¬ ci 0,01—0,05% wagowych oraz tytan w ilosci 20 0,001—0,01% wagowych, które wprowadza sie do roztopionej miedzi, a przeróbke plastyczna na zimno pólwyrobów z tego stopu prowadzi sie ze zgniotem 10—95%. PL

Claims (2)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wytwarzania elementów przewodza¬ cych polegajacy na tym, ze stop miedzi zawiera- 328 6 jacy dodatek cyny poddaje sie przeróbce plastycz¬ nej na goraco, a otrzymane pólwyroby przerabia sie plastycznie na zimno z/lub bez wyzarzania miedzyoperacyjnego, znamienny tym, ze stosuje 5 sie stop miedzi zawierajacy cyne w ilosci 0,01— —0,005% wagowych i dodatkowo nikiel w ilosci 0,01—0,05% wagowych, które wprowadza sie do roztopionej miedzi, a przeróbke plastyczna na zimno pólwyrobów z tego stopu prowadzi sie ze 10 zgniotem 10—95%.
2. 2. Sflposób wytwarzania elementów przewodza¬ cych polegajacy na tym, ze stop miedza zawiera¬ jacy dodatek cyny poddaje sie przeróbce pla¬ stycznej na goraco, a otrzymane pólwyroby prze- 15 rabia sie plastycznie na zimno z/lub bez wyza¬ rzania miiedzyoperacyjnego, znamienny tym, ze stosuje sie stop miedzi zawierajacy cyne w ilos- si 0,01—0,05% wagowych d dodatkowo nikiel w ilos¬ ci 0,01—0,05% wagowych oraz tytan w ilosci 20 0,001—0,01% wagowych, które wprowadza sie do roztopionej miedzi, a przeróbke plastyczna na zimno pólwyrobów z tego stopu prowadzi sie ze zgniotem 10—95%. PL