RU2015851C1

RU2015851C1 - Method of preparing of powder alloy on copper-base

Info

Publication number: RU2015851C1
Authority: RU
Inventors: Н.В. Манукян; С.Г. Агбалян; С.М. Агаян; Р.Г. Самвелян; А.Б. Гукасян; А.Н. Киракосян
Original assignee: Ереванский политехнический институт
Priority date: 1990-05-14
Filing date: 1990-05-14
Publication date: 1994-07-15

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: method involves preparation of powder charge by mixing of powders of chrome, zirconium and copper with titanium carbide powder (particle size of latter component is 1 micron, not more) at the following ratio of components in the charge, wt.-%: chrome 0.4-1.0; zirconium 0.1-0.8; titanium carbide 0.5-1.0, and copper - the rest. Powder charge is pressed, heated up to 1000-1050 C, kept for 2-3 h and extrudated with stretching coefficient λ≥ 3 at the same temperature. EFFECT: improved method of powder alloy preparing. 2 tbl

Description

Изобретение относится к разработке сплавов на основе меди и к способу их получения методом порошковой металлургии, используемым в электротехнической промышленности в качестве электродов для контактной сварки. The invention relates to the development of copper-based alloys and to a method for their production by the powder metallurgy method used in the electrical industry as electrodes for resistance welding.

Известен способ изготовления электрод-инструментов из порошков на основе меди, включающий смешивание исходных порошков, прессование, нагрев до температуры 800-900^оС и выдавливание через формообразующую полость со скоростью нагружения 12-68 м/с (1).A method for manufacturing an electrode-tool of copper-based powders comprising mixing raw powders, pressing, heating to a temperature of 800-900 ^{° C} and extruding through a mold cavity with a loading rate 12-68 m / s (1).

Известный способ имеют ряд недостатков: во-первых, сравнительно низкие прочностные свойства и жаропрочность, что объясняется отсутствием дисперсионного упрочнения материла карбидом титана; во-вторых, ограниченная растворимость хрома и циркония в меди, что объясняется низкой температурой экструзии и ограниченным количеством хрома и циркония в исходном материале. The known method has several disadvantages: firstly, the relatively low strength properties and heat resistance, due to the lack of dispersion hardening of the material with titanium carbide; secondly, the limited solubility of chromium and zirconium in copper, which is explained by the low extrusion temperature and the limited amount of chromium and zirconium in the starting material.

Известен способ получения сплавов медь-цирконий, или медь-цирконий - хром из распыленных порошков, включающий подготовку порошковой шихты распылением сплавов медь-цирконий, или медь-цирконий-хром, последующий нагрев в атмосфере водорода до 450^оС с выдержкой в течение 10 ч, прессование и горячую экструзию в вакуумированном медном контейнере при 600-650^оС с коэффициентом вытяжки 1...25 и термомеханическую обработку (2).A known method of producing copper-zirconium alloys, or copper-zirconium-chromium from atomized powders, including the preparation of a powder mixture by spraying copper-zirconium alloys, or copper-zirconium-chromium, followed by heating in an atmosphere of hydrogen to 450 ^about With exposure for 10 hours , pressing and hot extrusion in an evacuated copper container at 600-650 ^о С with an extraction coefficient of 1 ... 25 and thermomechanical processing (2).

Недостатком известного способа являются сравнительно низкие прочностные свойства и жаропрочность, которые связаны с отсутствием дисперсионного упрочнения материала карбидом титана и ограниченной растворимостью хрома и циркония в меди, а также сложность технологического процесса (распыление сплава, восстановление порошков с выдержкой 10 ч, использование медного контейнера и вакуумирования). Малая растворимость компонентов в меди связана с низкой температурой экструзии и ограниченным содержанием хрома и циркония в исходном материале (распыленном порошке). The disadvantage of this method is the relatively low strength properties and heat resistance, which are associated with the absence of dispersion hardening of the material with titanium carbide and the limited solubility of chromium and zirconium in copper, as well as the complexity of the process (spraying the alloy, restoring powders with a holding time of 10 hours, using a copper container and vacuuming ) The low solubility of the components in copper is associated with a low extrusion temperature and a limited content of chromium and zirconium in the starting material (atomized powder).

Целью предлагаемого технического решения является повышение прочности и жаропрочности при сохранении высокой электропроводности сплава на основе меди. The aim of the proposed technical solution is to increase the strength and heat resistance while maintaining high electrical conductivity of the copper-based alloy.

Указанная цель достигается тем, что в способе получения сплава на основе меди, при котором исходные порошки смешивают, нагревают в защитной среде, подвергают горячей экструзии с коэффициентом вытяжки λ>3 и термомеханической обработке, в состав шихты дополнительно вводят порошок карбида титана с размером частиц менее 1 мкм, при следующем соотношении компонентов шихты, мас.%: порошок хрома 0,4-1,0 порошок циркония 0,1-0,8 порошок карбида титана 0,5-1,0 порошок меди остальное, а перед экструзией шихту прессуют, нагрев производят до температуры 1000-1050^оС с выдержкой в течение 2-3 ч и проводят экструзию при той же температуре.This goal is achieved by the fact that in the method for producing a copper-based alloy, in which the starting powders are mixed, heated in a protective medium, subjected to hot extrusion with a drawing coefficient λ> 3 and thermomechanical treatment, titanium carbide powder with a particle size of less than 1 μm, in the following ratio of the components of the mixture, wt.%: Chromium powder 0.4-1.0 zirconium powder 0.1-0.8 titanium carbide powder 0.5-1.0 copper powder, and the mixture is pressed before extrusion , heating to produce a temperature ^of 1000-1050 C with exposure for 2-3 hours and carry out extrusion at the same temperature.

П р и м е р. Исходными материалами служили электролитический медный порошок марки ПМС-1, порошок хрома марки ПХ1С, порошок циркония марки ПЦрК-1 и карбид титана. С целью равномерного распределения карбида титана, а следовательно, повышения жаропрочности порошка карбида титана предварительно измельчают до < 1 мкм. Кроме того, в шихту добавляют масло в количестве 0,8% от массы шихты. После соответствующей дозировки шихту смешивают в течение 6 ч. PRI me R. The starting materials were PMS-1 brand electrolytic copper powder, ПХ1С grade chromium powder, PTsrK-1 grade zirconium powder and titanium carbide. In order to uniformly distribute the titanium carbide, and therefore, increase the heat resistance of the titanium carbide powder, it is preliminarily ground to <1 μm. In addition, oil is added to the mixture in an amount of 0.8% by weight of the mixture. After an appropriate dosage, the mixture is mixed for 6 hours.

На гидравлическом прессе осуществляют двустороннее холодное прессование брикетов диаметром 30 мм и высотой 60 мм под давлением 400 МПа до пористости 20% . Нагрев производят при температуре 1025 ± 25^оС в течение 2,5 ч в среде водорода. Затем брикеты без охлаждения сразу же подвергают экструзии с коэффициентом вытяжки λ=4, что обеспечивает беспористую структуру экструдированного изделия. После механической обработки, заготовки закаливают при температуре 1025 ± 25^оС с выдержкой 2,0 ч (охлаждение в воде), подвергают холодной штамповке и старению при температуре 450^оС с выдержкой 5 ч.A double-sided cold pressing of briquettes with a diameter of 30 mm and a height of 60 mm under a pressure of 400 MPa to a porosity of 20% is carried out on a hydraulic press. The heating is carried out at a temperature of 1025 ± 25 ^{° C} for 2.5 hours in hydrogen atmosphere. Then, the briquettes are immediately subjected to extrusion without cooling with an extraction coefficient λ = 4, which provides a non-porous structure of the extruded product. After machining, the blank is quenched at a temperature of 1025 ± 25 ^{° C} with an exposure of 2.0 hours (cooling water), is subjected to cold forming and aging at temperature of 450 ^{° C} with an exposure of 5 hours.

Результаты физико-механических свойств предлагаемого материала, а также запредельные значения параметров получения и химического состава приведены в таблице 1 и 2. Из представленных данных видно, что комплекс высоких физико-механических свойств проявляется у сплава на основе меди с содержанием: хром 0,4-1,0 мас. %, циркония 0,1-0,8 мас.%, карбид титана 0,5-1,0 мас.%, медь - остальное, полученным прессованием шихты, нагревом до температуры 1000-1050^оС с выдержкой в течение 2-3 ч с дальнейшей экструзией при той же температуре.The results of the physicomechanical properties of the proposed material, as well as the transcendental values of the production parameters and chemical composition are shown in Table 1 and 2. From the presented data it is seen that a complex of high physicomechanical properties is manifested in an alloy based on copper with a content of: 0.4- chromium 1.0 wt. %, zirconium 0.1-0.8 wt.%, titanium carbide 0.5-1.0 wt.%, copper - the rest obtained by pressing the mixture, heating to a temperature of 1000-1050 ^о С with holding for 2-3 h with further extrusion at the same temperature.

Оптимальные режимы экструзии выбраны исходя из следующих соображений. The optimal extrusion modes are selected based on the following considerations.

При температурах экструзии ниже 1000^оС растворимость хрома и циркония в меди сильно замедляется. Даже при выдержке 4-5 ч не обеспечивается гомогенная структура, поэтому снижаются прочностные свойства сплава (табл.1).At extrusion temperatures below 1000 ^{° C} the solubility of chromium in copper and zirconium is strongly slowed down. Even with a shutter speed of 4-5 hours, a homogeneous structure is not ensured; therefore, the strength properties of the alloy are reduced (Table 1).

Верхний предел температурного интервала (1050^оС) выбран на основе следующих соображений. Температуры свыше 1050^оС близки к температуре солидуса (≈ 1075^оС) сплава, поэтому исходя из технологического осуществления верхний предел температуры экструзии ограничивается ≈ 25^оС ниже температуры плавления.The upper limit of the temperature range (1050 ° ^C) is selected based on the following considerations. Temperatures above 1050 ^{° C} are close to the solidus temperature (≈ 1075 ° ^C) alloy so proceeding from the process, the upper limit of extrusion temperature is limited to ≈ 25 ° ^C below the melting temperature.

Продолжительность нагрева (спекания) ограничивалась 2-3 ч интервалом: длительный нагрев (> 3 ч) - практически не влиял на прочностные и эксплуатационные свойства сплава, короткий нагрев (< 2 ч) - не обеспечивал стабильных свойств сплава (гомогенную структуру), т.е. в структуре остаются нерастворенными хром и цирконий, которые в конечном итоге снижают прочностные свойства сплава (табл.1). The duration of heating (sintering) was limited to 2-3 hours by an interval: long heating (> 3 hours) practically did not affect the strength and operational properties of the alloy, short heating (<2 hours) did not provide stable properties of the alloy (homogeneous structure), t. e. chromium and zirconium remain undissolved in the structure, which ultimately reduce the strength properties of the alloy (Table 1).

Выбранный интервал коеффициента вытяжки обосновывался остаточной пористостью (табл.1). При коэффициенте вытяжки λ<3 структура сплава менее однородная, наблюдается остаточная пористость (например, при λ=2 пористость θ=2,0-2,5%, а при λ≥3 пористость не обнаружена). The selected range of the hood coefficient was justified by the residual porosity (Table 1). At a drawing coefficient λ <3, the alloy structure is less uniform, residual porosity is observed (for example, at λ = 2, the porosity is θ = 2.0-2.5%, and at λ≥3 no porosity was found).

Как видно из табл. 2, добавление карбида титана до 0,5-1,0 мас.% с дисперсностью до <1 мкм дополнительно повышает жаропрочность сплава. Легирующие компоненты упрочняют предлагаемый сплав по следующему механизму: хром - растворным, цирконий - интерметаллидным, а карбид титана - дисперсионным. Атомы хрома и циркония связаны с матрицей и друг с другом, тогда как карбид титана является механической смесью и равномерно распределяется по границам частиц. В процессе экструзии частицы карбида титана измельчаются до 0,1 мкм, при этом возрастает равномерность их распределения. As can be seen from the table. 2, the addition of titanium carbide to 0.5-1.0 wt.% With a fineness of <1 μm further increases the heat resistance of the alloy. Alloying components strengthen the alloy according to the following mechanism: chromium — solute, zirconium — intermetallic, and titanium carbide — dispersion. The atoms of chromium and zirconium are bonded to the matrix and to each other, while titanium carbide is a mechanical mixture and is evenly distributed along the boundaries of the particles. During the extrusion process, titanium carbide particles are crushed to 0.1 μm, while the uniformity of their distribution increases.

Из предлагаемого сплава по предлагаемому способу изготовлена партия конструкционных деталей (электроды для контактных сварочных машин), лабораторные и заводские испытания которых показали, что они по прочностным свойствам и жаропрочностью существенно превосходят свойства электродов, изготовленных по известному способу. A batch of structural parts (electrodes for contact welding machines) was made from the proposed alloy according to the proposed method, laboratory and factory tests of which showed that they significantly exceed the properties of electrodes made by the known method in strength properties and heat resistance.

Claims

METHOD FOR PRODUCING POWDER ALLOY ON THE BASIS OF COPPER, including preparation of a powder mixture, heating in a protective medium, extrusion with an extraction coefficient λ ≥ 3 and thermomechanical treatment, characterized in that, in order to increase strength and heat resistance while maintaining high electrical conductivity, powder is additionally introduced into the mixture titanium carbide with a particle size of less than 1 μm in the following ratio of components in the mixture, wt.%:
Chromium Powder 0.4 - 1.0
Zirconium powder 0.1 - 0.8
Titanium carbide powder 0.5 - 1.0
Copper Powder Else
and before the extrusion of the mixture is pressed, heating is carried out to 1000 - 1050 ^o With exposure for 2 to 3 hours and the extrusion is carried out at the same temperature.