RU2291216C1

RU2291216C1 - Material for production of cultural and welfare articles

Info

Publication number: RU2291216C1
Application number: RU2005109884/02A
Authority: RU
Inventors: ев Анатолий Леонидович Бел (RU); Анатолий Леонидович Беляев; Борис Леонидович Курушин (RU); Борис Леонидович Курушин; Владимир Николаевич Сафонов (RU); Владимир Николаевич Сафонов; В чеслав Михайлович Сутубалов (RU); Вячеслав Михайлович Сутубалов; Владимир Борисович Филиппов (RU); Владимир Борисович Филиппов; Михаил Георгиевич Штуца (RU); Михаил Георгиевич Штуца
Original assignee: Открытое акционерное общество "Чепецкий механический завод" (ОАО ЧМЗ)
Priority date: 2005-04-05
Filing date: 2005-04-05
Publication date: 2007-01-10

Abstract

FIELD: metallurgy; materials for manufacture of cultural and welfare articles, namely table sets, adornments, watch-cases, bracelets, medals on base of zirconium with and without coats.

SUBSTANCE: proposed material contains zirconium, oxygen, iron, calcium, accompanying admixtures and niobium, if necessary; it is alloyed with aluminum at the following content of elements, mass-%: oxygen, 0.001-0.2; iron, 0.003-0.05; calcium, 0.001-0.03; niobium, 0-2.7; aluminum, 0.0081-0.038. accompanying admixtures, 0.001-0.51; the remainder being zirconium.

EFFECT: enhanced clearness and outline of pattern after coining operation; low cost of articles.

1 tbl

Description

Изобретение относится к материалам для изготовления изделий культурно-бытового назначения, а именно столовых принадлежностей и приборов, в частности ложек, вилок, ножей, рюмок, графинов и т.д., а также металлических украшений, в частности сережек, браслетов, цепочек и т.д., корпусов часов и браслетов с замками для них, медалей и т.д., выполненных из материала на основе циркония с покрытием и без него.The invention relates to materials for the manufacture of cultural products, namely cutlery and appliances, in particular spoons, forks, knives, wineglasses, decanters, etc., as well as metal jewelry, in particular earrings, bracelets, chains, etc. .d., watch cases and bracelets with locks for them, medals, etc., made of zirconium-based material with and without coating.

Известен материал на основе циркония, выполненный из электролитического порошка циркония с размерами частиц 0,05-1,5 мм (Патент РФ №1811632, 6 04 В 37/22, 1993 г.).Known material based on zirconium, made of an electrolytic zirconium powder with particle sizes of 0.05-1.5 mm (RF Patent No. 1811632, 6 04 V 37/22, 1993).

Известный материал позволяет изготавливать из него изделия культурно-бытового назначения со сравнительно невысокой себестоимостью их изготовления.Known material allows you to make from it products for cultural purposes with a relatively low cost of their manufacture.

Недостатком известного материала является то, что при применении операции чеканки получается недостаточная чистота и контурность рисунка изделия.A disadvantage of the known material is that when applying the operation of coinage, an insufficient purity and contour of the product pattern is obtained.

Известен механически обработанный материал на основе циркония (Патент РФ №2077858, А 44 С 27/00, 1997 г.).Known machined material based on zirconium (RF Patent No. 2077858, A 44 C 27/00, 1997).

Недостатками известного материала являются его высокая себестоимость, определяемая ценой шихтовых материалов и большой трудоемкостью механической обработки. Кроме того, при обработке данного материала с применением операции чеканки получается недостаточная чистота и контурность рисунка.The disadvantages of the known material are its high cost, determined by the price of charge materials and the high complexity of machining. In addition, when processing this material using the coinage operation, insufficient purity and contouring of the pattern are obtained.

Известен материал на основе циркония из прессованного порошка металлического циркония с содержанием в нем кислорода 0,03-0,08 мас.% (Патент РФ №2120220, А 44 С 27/00, B 22 F 3/12, 1998 г.).Known material based on zirconium from a pressed powder of metallic zirconium with an oxygen content of 0.03-0.08 wt.% (RF Patent No. 2120220, A 44 C 27/00, B 22 F 3/12, 1998).

Данный материал позволяет получать изделия с ярким блеском покрытия, наносимого анодным способом.This material allows to obtain products with a bright gloss of the coating applied by the anode method.

Однако недостатками данного материала является то, что при обработке данного материала с применением операции чеканки получается недостаточная чистота и контурность рисунка изделия.However, the disadvantages of this material is that when the material is processed using the embossing operation, insufficient purity and contouring of the product pattern is obtained.

Наиболее близким техническим решением, выбранным авторами за прототип, является известный материал изделий культурно-бытового назначения, содержащий цирконий, кислород, железо, кальций, при необходимости, ниобий в соотношенииThe closest technical solution chosen by the authors for the prototype is a well-known material for cultural products containing zirconium, oxygen, iron, calcium, if necessary, niobium in the ratio

при следующем содержании элементов, мас.%:with the following content of elements, wt.%:

кислородoxygen 0,001-0,080.001-0.08 железоiron 0,003-0,0150.003-0.015 кальцийcalcium 0,001-0,0200.001-0.020 ниобийniobium 0-2,70-2.7 сопутствующие примесиrelated impurities 0,01-0,350.01-0.35 цирконийzirconium остальноеrest

(Патент РФ №2201466, С 22 С 16/00, 2003 г.).(RF patent No. 2201466, C 22 C 16/00, 2003).

Данный материал позволяет получать изделия с высокой долговечностью и густотой цвета анодного покрытия.This material allows to obtain products with high durability and color density of the anode coating.

Однако недостатками данного материала являются недостаточная чистота и контурность рисунка после операции чеканки и сравнительно высокая себестоимость изготовления изделий.However, the disadvantages of this material are the lack of clarity and contour of the pattern after the minting operation and the relatively high cost of manufacturing products.

Заявляемое техническое решение направлено на повышение чистоты и контурности рисунка после операции чеканки и на снижение себестоимости изготовления изделий.The claimed technical solution is aimed at improving the purity and contour of the pattern after the operation of minting and to reduce the cost of manufacturing products.

Технический результат достигается тем, что в отличие от известного материала изделий культурно-бытового назначения, содержащего цирконий, кислород, железо, кальций, сопутствующие примеси и, при необходимости, ниобий - он дополнительно легирован алюминием при следующем содержании элементов, мас.%:The technical result is achieved by the fact that, in contrast to the known material of cultural goods containing zirconium, oxygen, iron, calcium, related impurities and, if necessary, niobium, it is additionally alloyed with aluminum at the following element content, wt.%:

кислородoxygen 0,001-0,20.001-0.2 железоiron 0,003-0,050.003-0.05 кальцийcalcium 0,001-0,030.001-0.03 ниобийniobium 0-2,70-2.7 алюминийaluminum 0,0081-0,0380.0081-0.038 сопутствующие примесиrelated impurities 0,001-0,510.001-0.51 цирконийzirconium остальноеrest

При анализе патентных и научно-технических источников не выявлено технических решений, обладающих всей совокупностью существенных признаков заявляемого технического решения.When analyzing patent and scientific and technical sources, no technical solutions have been identified that possess the entire set of essential features of the claimed technical solution.

Сравнение заявляемого технического решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники показало, что известные циркониевые сплавы Э110 и Э125 реакторной чистоты могут содержать алюминий в количестве до 0,008 мас.% в виде примеси.Comparison of the claimed technical solution not only with the prototype, but also with other technical solutions in the art showed that the well-known zirconium alloys E110 and E125 of reactor grade can contain aluminum in an amount of up to 0.008 wt.% In the form of impurities.

Однако выявленные технические решения лишь частично содержат известные существенные признаки, но не обладают всей совокупностью существенных признаков заявляемого технического решения. В заявляемом материале только совокупность известных и неизвестных существенных признаков позволяет получить новый, ранее неизвестный положительный эффект, заключающийся в значительном повышении чистоты и контурности рисунка на заявляемом материале после операции чеканки и снижении себестоимости изготовления изделий.However, the identified technical solutions only partially contain well-known essential features, but do not possess the entire set of essential features of the claimed technical solution. In the claimed material, only a combination of known and unknown significant features allows to obtain a new, previously unknown positive effect, which consists in a significant increase in the purity and contour of the pattern on the claimed material after the operation of minting and reducing the cost of manufacturing products.

Заявляемое техническое решение явным образом не следует из уровня техники, т.к. между отдельными элементами химического состава материала и их совокупностью, с одной стороны, и показателями чистоты и контурности рисунка на материале после операции чеканки, с другой стороны, существует сложная нелинейная зависимость, определяемая множеством факторов.The claimed technical solution does not explicitly follow from the prior art, because between the individual elements of the chemical composition of the material and their combination, on the one hand, and the cleanliness and contouring of the pattern on the material after the minting operation, on the other hand, there is a complex nonlinear relationship determined by many factors.

Кроме того, для определения оптимального химического состава, обеспечивающего максимальные значения чистоты и контурности рисунка на материале после операции чеканки, требуется проведение большого количества экспериментов.In addition, to determine the optimal chemical composition that provides the maximum values of the purity and contour of the pattern on the material after the minting operation, a large number of experiments are required.

Многие известные циркониевые материалы после операции чеканки имеют неудовлетворительную чистоту и контурность рисунка из-за расслоений металла и налипаний его на матрицу, что приводит к браку изделия. Повышенная твердость циркониевого материала также не позволит получать удовлетворительную чистоту и контурность рисунка на материале после операции чеканки из-за выкрашивания материала и повышенного износа инструмента, что снижает эстетические и потребительские свойства изделий.Many known zirconium materials after the minting operation have an unsatisfactory purity and contour of the pattern due to the delamination of the metal and its sticking to the matrix, which leads to the marriage of the product. The increased hardness of the zirconium material will also not allow to obtain a satisfactory cleanliness and contour of the pattern on the material after the minting operation due to chipping of the material and increased tool wear, which reduces the aesthetic and consumer properties of the products.

В заявляемом материале за счет дополнительного легирования его алюминием в заявляемых пределах создается оптимальный комплекс физико-механических свойств материала, который позволяет значительно повысить чистоту и контурность рисунка на материале после операции чеканки за счет исключения расслоений металла, его налипания на матрицу, выкрашивания материала и преждевременного износа матрицы, что повышает эстетические и потребительские свойства изделия. Использование для изготовления материала более дешевой шихты (неочищенного от примесей губчатого циркония с повышенным содержанием алюминия) и снижение брака изделий из-за неудовлетворительной чистоты и контурности рисунка на материале после операции чеканки и повышение стойкости матриц приводит к значительному снижению себестоимости изготовления изделий из заявляемого материала.In the claimed material, due to its additional alloying with aluminum, the optimal set of physicomechanical properties of the material is created within the claimed limits, which can significantly improve the purity and contour of the pattern on the material after the minting operation by eliminating metal delamination, sticking to the matrix, chipping of the material and premature wear matrix, which increases the aesthetic and consumer properties of the product. The use of a cheaper charge for manufacturing material (uncleaned sponge zirconium with an increased aluminum content) and reduced product rejection due to poor clarity and contour of the pattern on the material after the minting operation and increased matrix durability lead to a significant reduction in the cost of manufacturing products from the claimed material.

Заявленный материал отличается от известного материала на основе циркония тем, что его получают путем переплава в вакууме по схеме ДКВ→ДКВ (двойной дуговой переплав) из более дешевого неочищенного от примесей подшихтовочного губчатого циркония определенного химического состава с известным содержанием кислорода, железа, кальция, ниобия, алюминия и сопутствующих примесей.The claimed material differs from the known zirconium-based material in that it is obtained by remelting in a vacuum according to the DKV → DKV (double arc remelting) scheme from a cheaper, unrefined binder zirconium of a certain chemical composition with a known content of oxygen, iron, calcium, niobium , aluminum and related impurities.

Для проверки заявляемого технического решения была проведена следующая работа. По прототипу получали материал путем переплава в вакууме оборотного циркония, например, 60% обороты V класса (шамотные вырубки йодидного циркония) + 40% оборотов VI класса (кузнечные обороты сплава Э125). Выплавку образцов осуществляли по схеме ЕМО-ДКВ с получением слитков заданного химсостава с содержанием кислорода 0,031-0,039 мас.%, ниобия 0,01-0,03 мас.%, железа 0,009-0,01 мас.%, кальция 0,01-0,03 мас.%, алюминия 0,003 мас.%, сопутствующие примеси 0,04-0.25 мас.%. По заявляемому техническому решению получали материал путем переплава в вакууме шихты (70% циркониевой губки, 17% йодидного циркония и 13% оборотного циркония). Выплавку образцов осуществляли по схеме ДКВ→ДКВ с получением материала разного химического состава, мас.%:To verify the claimed technical solution, the following work was carried out. According to the prototype, material was obtained by remelting in vacuum reverse zirconium, for example, 60% revolutions of class V (fireclay cuttings of iodide zirconium) + 40% revolutions of class VI (blacksmith revolutions of alloy E125). Smelting of the samples was carried out according to the EMO-DQW scheme with the production of ingots of a given chemical composition with an oxygen content of 0.031-0.039 wt.%, Niobium 0.01-0.03 wt.%, Iron 0.009-0.01 wt.%, Calcium 0.01- 0.03 wt.%, Aluminum 0.003 wt.%, Related impurities 0.04-0.25 wt.%. According to the claimed technical solution, the material was obtained by re-melting in a vacuum mixture (70% zirconium sponge, 17% iodide zirconium and 13% reverse zirconium). Smelting of samples was carried out according to the scheme DKV → DKV with obtaining material of different chemical composition, wt.%:

кислородoxygen 0,0005; 0,001; 0,1; 0,2; 0,21 0,0005; 0.001; 0.1; 0.2; 0.21 железоiron 0,001; 0,003; 0,025; 0,05; 0,06 0.001; 0.003; 0.025; 0.05; 0.06 кальцийcalcium 0,0005; 0,001; 0,015; 0,03; 0,04 0,0005; 0.001; 0.015; 0.03; 0.04 ниобийniobium 0; 1; 2,5; 2,7; 3 0; one; 2.5; 2.7; 3 алюминийaluminum 0,007; 0,0081; 0,019; 0,038; 0,04 0.007; 0.0081; 0.019; 0.038; 0.04 сопутствующиеrelated примесиimpurities 0,0005; 0,001; 0,12; 0,51; 0,55 0,0005; 0.001; 0.12; 0.51; 0.55 цирконийzirconium остальноеrest

По одному из вариантов получали материал путем переплава в вакууме шихты (80% очищенной циркониевой губки с повышенным содержанием алюминия 0,015 мас.% и 20% оборотного циркония).According to one of the options, the material was obtained by re-melting in a vacuum a mixture (80% purified zirconium sponge with a high aluminum content of 0.015 wt.% And 20% reverse zirconium).

Из материала по прототипу и по заявляемому техническому решению по штатной технологии получали полосы шириной 20 мм и толщиной 2,5 мм, которые подвергал и операции чеканки на штатных режимах. По каждому варианту изготавливали по 3 образца.From the material according to the prototype and according to the claimed technical solution according to the standard technology, strips 20 mm wide and 2.5 mm thick were obtained, which also subjected minting operations in normal conditions. For each option, 3 samples were made.

На образцах определяли чистоту и контурность рисунка после операции чеканки и относительную себестоимость 1 кг материала по стандартным методикам. Результаты исследований приведены в таблице.The samples determined the purity and contour of the pattern after the minting operation and the relative cost of 1 kg of material by standard methods. The research results are shown in the table.

Анализ данных, представленных в таблице, показывает, что заявляемый материал изделий культурно-бытового назначения отличается от прототипа и аналогов более высокой чистотой и контурностью рисунка после операции чеканки и более низкой себестоимостью изготовления изделий (28,96-49,5% у заявляемого материала, 55,74% у прототипа и 98,36-100% у аналогов).Analysis of the data presented in the table shows that the claimed material for cultural and household products differs from the prototype and analogues in higher purity and contour of the pattern after the minting operation and lower cost of manufacturing products (28.96-49.5% of the claimed material, 55.74% of the prototype and 98.36-100% of the analogues).

Оптимальный химический состав заявляемого материалаThe optimal chemical composition of the claimed material

следующий, мас.%:following, wt.%:

кислородoxygen 0,001-0,20.001-0.2 железоiron 0,003-0,050.003-0.05 кальцийcalcium 0,001-0,030.001-0.03 ниобийniobium 0-2,70-2.7 алюминийaluminum 0,0081-0,0380.0081-0.038 сопутствующие примесиrelated impurities 0,001-0,510.001-0.51 цирконий zirconium остальное (опыты № 5-7, 10-12, 15-17,the rest (experiments No. 5-7, 10-12, 15-17, 19-21,24-26,29-31,33-35)19-21,24-26,29-31,33-35)

Уменьшение содержания в заявляемом материале кислорода менее 0,001 мас.% (опыт №4), железа менее 0,003 мас.% (опыт №9), кальция менее 0,001 мас.% (опыт № 14), алюминия менее 0,0081 мас.% (опыт №23), сопутствующих примесей менее 0,001 мас.% (опыт №28) приводит к значительному ухудшению чистоты и контурности рисунка после операции чеканки из-за налипания материала на матрицу, а также к значительному повышению себестоимости изготовления изделий из-за повышенного брака по причине ухудшения чистоты и контурности рисунка после операции чеканки.The decrease in the content of the claimed material oxygen is less than 0.001 wt.% (Experiment No. 4), iron is less than 0.003 wt.% (Experiment No. 9), calcium is less than 0.001 wt.% (Experiment No. 14), aluminum is less than 0.0081 wt.% ( experiment No. 23), associated impurities of less than 0.001 wt.% (experiment No. 28) leads to a significant deterioration in the purity and contour of the pattern after the minting operation due to the sticking of the material on the matrix, as well as to a significant increase in the cost of manufacturing products due to increased rejects the deterioration in the purity and contour of the pattern after the operation of coinage.

Увеличение содержания в заявляемом материале кислорода более 0,2 мас.% (опыт №8), железа более 0,05 мас.% (опыт №13), кальция более 0,03 мас.% (опыт №18), ниобия более 2,7 мас.% (опыт №22), алюминия более 0,038 мас.% (опыт №27), сопутствующих примесей более 0,51 мас.% (опыт №32) приводит к ухудшению чистоты и контурности рисунка после операции чеканки из-за выкрашивания материала, а также к значительному повышению себестоимости изготовления изделия из-за повышенного брака по причине выкрашивания материала в процессе его чеканки и преждевременного износа матрицы.The increase in the content of the claimed material oxygen more than 0.2 wt.% (Experiment No. 8), iron more than 0.05 wt.% (Experiment No. 13), calcium more than 0.03 wt.% (Experiment No. 18), niobium more than 2 , 7 wt.% (Experiment No. 22), aluminum more than 0.038 wt.% (Experiment No. 27), related impurities more than 0.51 wt.% (Experiment No. 32) leads to a deterioration in the purity and contour of the pattern after the minting operation due to chipping of the material, as well as a significant increase in the cost of manufacturing the product due to increased marriage due to chipping of the material during its minting and premature wear of the matrix.

В производственных условиях ОАО "ЧМЗ" был выплавлен опытный слиток с использованием неочищенной циркониевой губки (70% циркониевая губка +17% йодидный цирконий +13% обороты циркония). Из данного слитка были изготовлены по штатной технологии изделия культурно-бытового назначения всех видов штатной номенклатуры с положительным результатом и отправлены заказчикам.Under the production conditions of ChMZ OJSC, an experimental ingot was smelted using crude zirconium sponge (70% zirconium sponge + 17% zirconium iodide + 13% zirconium revolutions). From this ingot, cultural and household products of all types of the standard nomenclature with a positive result were manufactured using standard technology and sent to customers.

Claims

The material of cultural goods containing zirconium, oxygen, iron, calcium, related impurities and, if necessary, niobium, characterized in that it is additionally alloyed with aluminum at the following element content, wt.%:

Oxygen 0.001-0.2 Iron 0.003-0.05 Calcium 0.001-0.03 Niobium 0-2.7 Aluminum 0.0081-0.038 Associated Impurities 0.001-0.51 Zirconium Rest