PL202832B1 - Sposób wytwarzania materiałów odniesienia dla mosiądzów wysokoniklowych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania materiałów odniesienia do określenia zawartości Ni, Pb, Mn, Fe, Sn, Al, As, Cd, Sb, Bi, P, Si, Zn i Cu w mosiądzach wysokoniklowych, poddawanych następnie badaniom jednorodności i procedurom certyfikacyjnym, a służących jako spektralne certyfikowane materiały odniesienia, zwane wzorcami, do określania składu chemicznego mosiądzów wysokoniklowych.

W materiałach odniesienia służących do kalibracji spektrometrów emisyjnych zawartość domieszek musi być precyzyjnie wtopiona do metalu i jednorodna w całej masie wytworzonego materiału. Każdy odlany pręt jest cięty na walce o wysokości 30 mm i musi mieć taki sam skład chemiczny na całej powierzchni i głębokości.

W związku z tym, że ze względu na zróż nicowaną koncentrację, różne temperatury topienia i lotność, większość pierwiastków wprowadza się w postaci stopów wstępnych. W postaci czystej wprowadza się do miedzi katodowej Ni oraz Zn jako pierwiastki stopowe, natomiast Pb jako zanieczyszczenia.

Problem precyzyjnego i jednorodnego w całej masie stopu wtopienia pierwiastków, rozwiązuje sposób według wynalazku.

Zgodnie z wynalazkiem, do pieca indukcyjnego tyglowego, wsaduje się miedź katodową i nikiel elektrolityczny i roztapia pod szczelnym pokryciem topnika, a następnie wtapia się dodatkowe pierwiastki takie jak: Mn, Fe, Sn, Al, As, Cd, Sb, Bi, P i Si. Pierwiastki te wtapia się kolejno do ciekłej kąpieli w postaci stopów wstępnych i czystych metali, cały czas mieszając indukcyjnie ciekły metal. Kolejność wtapiania pierwiastków jest następująca: najpierw wtapia się Fe w postaci stopu wstępnego CuFe20 a po nim Si w postaci stopu wstępnego CuSi13. Potem wtapia się czysty Zn a następnie Al w postaci stopu CuAI50 i czysty Pb. Po ich wtopieniu dodaje się Mn w postaci stopu CuMn50, po roztopieniu którego wtapia się Sn wprowadzając do metalu stop wstępny CuSn10. Następnie wtapia się razem P, As Cd, Sb i Bi w postaci stopów wstępnych odpowiednio CuP10, CuAs7, CuCd4, CuSb54 i CuBi10.

Po zakończeniu wtapiania wszystkich składników, podgrzewa się ciekły metal do temperatury 1100-1140°C, dodatkowo miesza się i ściąga się z powierzchni kąpieli żużel, a następnie przelewa do rozgrzanego tygla przelewowego i odlewa do zagrzanej do temperatury około 320°C kokili żeliwnej. Uzyskuje się w ten sposób pręty o wymiarach około φ 40 mm x 350 mm, które tnie się na walce o wysokoś ci okoł o 30 mm.

Otrzymane wzorce w postaci walców poddaje się wstępnym badaniom jednorodności wszystkich wtopionych do miedzi składników i sprawdzeniu zgodności składu chemicznego z zaplanowanym. Do wstępnego badania jednorodności pobiera się próbki na przemian z dołu i z góry odlanych prętów stanowiących jeden wzorzec. Ocenę jednorodności przeprowadza się porównując intensywności linii charakterystycznych pierwiastków wchodzących w skład wzorców, wzbudzając czterokrotnie w iskrze niskowoltowej z obu stron powierzchnie czynne każdego walca. Skład chemiczny ustala się w oparciu o analizy chemiczne wykonane metodą AAS-ICP na bazie wzorców syntetycznych. Pozytywne wyniki badań upoważniają do przeprowadzenia statystycznej oceny jednorodności i atestacji w oparciu o analizy chemiczne, z co najmniej trzech specjalistycznych laboratoriów chemicznych. Statystycznej ocenie poddaje się co najmniej 30% odlanego materiału.

Tak wytworzony materiał odniesienia stanowi produkt handlowy w postaci wzorca (certyfikowanego materiału odniesienia) przeznaczonego do spektralnego oznaczania zawartości Ni, Pb, Mn, Fe, Sn, Al, As, Cd, Sb, Bi, P, Si, Cu i Zn, w mosiądzach wysokoniklowych, a także do określenia gatunku mosiądzu wysokoniklowego.

Okazuje się, że jedynie odpowiednia kolejność wtapiania poszczególnych pierwiastków w połączeniu z postacią wtapianego pierwiastka i parametrami procesu, pozwala uzyskać mosiądze wysokoniklowe o ściśle planowanych zawartościach dodawanych pierwiastków.

Rozwiązanie według wynalazku przedstawiono dokładnie w poniższym przykładzie.

P r z y k ł a d

Przykład dotyczy wykonania wzorca dla mosiądzu wysokoniklowego oznaczonego symbolem WP2.

Do pieca indukcyjnego tyglowego o pojemności 50 kg, wsaduje się 27,73 kg miedzi katodowej i 3,64 kg niklu elektrolitycznego i roztapia pod szczelnym pokryciem topnika UNITOP MZN, a następnie wtapia się pierwiastki takie jak: Pb, Mn, Fe, Sn, Al, As, Cd, Sb, Bi, P, Si, i Zn. Pierwiastki wtapia się kolejno do ciekłej kąpieli, przy czym każdy pierwiastek wprowadza się do ciekłego metalu po dokładPL 202 832 B1 nym roztopieniu wcześniej wprowadzonego pierwiastka. Najpierw wtapia się Fe w postaci stopu wstępnego CuFe20 w ilości 987 g, potem wtapia się Si w postaci stopu wstępnego CuSi13 w ilości 18 g, następnie wtapia się czysty Zn w ilości 12,248 kg. Potem dodaje się Al w postaci stopu CuAI50 w iloś ci 9 g, a po nim Mn w postaci stopu wstę pnego CuMn50 w iloś ci 49 g, a póź niej Sn w postaci 2,463 kg stopu wstępnego CuSn10, z kolei razem P, As, Cd, Sb i Bi w postaci stopów wstępnych w iloś ci 29 g CuP10, 29 g CuAs7, 63 g CuCd4, 4,4 g CuSb54 i 23 g CuBi10. Po zakoń czeniu wtapiania wszystkich składników, stop o temperaturze odlewania 1140°C miesza się, ściąga się z kąpieli żużel i przelewa do rozgrzanego tygla przelewowego, a następnie odlewa się do kokili żeliwnej zagrzanej do temperatury 320°C. Odlane cztery pręty o wymiarach φ 40 mm x 350 mm, tnie się na walce o wysokości 30 mm.

Z dołu pręta pierwszego i trzeciego oraz z góry pręta drugiego i czwartego pobiera się próbki (walce) do przeprowadzenia wstępnego badania jednorodności techniką AES - (iskra), natomiast wióry do oznaczenia wszystkich składników we wzorcu WP2 techniką AES-ICP. Zakładając, że wyniki badań będą pozytywne, pobiera się 30% materiału (12 walców) do statystycznej oceny jednorodności. Powierzchnie czynne wybranych walców wzbudza się 4-krotnie w iskrze niskowoltowej rejestrując intensywności linii analitycznych oznaczanych pierwiastków. Wyniki pomiarów stanowią podstawę do obliczeń statystycznych z zastosowaniem testu Snedecor'a. Następny etap to atestacja. Atestację przeprowadza się w oparciu o wyniki analiz wykonanych w co najmniej trzech specjalistycznych laboratoriach chemicznych różnymi technikami. W tym przypadku oznaczenia wszystkich składników wzorcowych wykonało pięć laboratoriów. Średnie wyniki analiz stanowią skład chemiczny materiału odniesienia.

Otrzymany wzorzec dla mosiądzów wysokoniklowych zawiera wagowo: 7,79% Ni, 0,82% Pb, 0,040% Mn, 0,12% Fe, 0,11% Sn, 0,0090% Al, 0,0052% Cd, 0,0052% Sb, 0,052% Bi, 0,0067% P, 0,091% Si, 0,0049% As, 65,08% Cu, reszta Zn.

Claims (1)

1. Sposób wytwarzania materiałów odniesienia do spektralnej analizy mosiądzów wysokoniklowych, polegający na wtapianiu do czystej miedzi dodatkowych pierwiastków, znamienny tym, że do pieca indukcyjnego tyglowego, wsaduje się miedź katodową i nikiel elektrolityczny i roztapia pod szczelnym pokryciem topnika, a następnie do ciekłej kąpieli wtapia się dodatkowe pierwiastki w postaci stopów wstępnych i czystych metali z tym, że najpierw wtapia się Fe w postaci stopu wstępnego CuFe20, a po nim Si w postaci stopu wstępnego CuSi13, potem wtapia się czysty Zn, a po jego wtopieniu dodaje się Al w postaci stopu wstępnego CuAI50, po roztopieniu którego wtapia się czysty Pb a nastę pnie Mn w postaci stopu wstę pnego CuMn50 i Sn w postaci stopu wstę pnego CuSn10, następnie wtapia się razem P, As, Cd, Sb i Bi w postaci stopów wstępnych odpowiednio CuP10, CuAs7, CuCd4, CuSbS4 i CuBi10, po czym, po wtopieniu wszystkich pierwiastków podgrzewa się ciekły stop do temperatury odlewania w zakresie 1100-1140°C, a otrzymany stop miesza się, ściąga z powierzchni kąpieli żużel, przelewa do rozgrzanego tygla przelewowego a następnie odlewa się go do gorącej kokili żeliwnej o temperaturze około 320°C, po czym uzyskane w ten sposób pręty o wymiarach około φ 40 mm x 350 mm, tnie się na walce o wysokości około 30 mm i poddaje się je wstępnym badaniom jednorodności wszystkich wtopionych składników, sprawdzeniu zgodności składu chemicznego z zaplanowanym, statystycznej ocenie jednorodności oraz atestacji.