專利名稱：高導(dǎo)電耐熱鑄造銅合金及其工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高導(dǎo)電耐熱鑄造銅合金及其工藝方法。特別適用于制造礦熱爐導(dǎo)電元件以及高爐風(fēng)口。
目前相近的銅合金有代號(hào)為M2C的美國高導(dǎo)電耐熱銅合金和專利號(hào)為86100394的中國銅基合金，其所含各元素的重量百分比見表1表1
這兩種銅合金實(shí)際上都是變形銅合金，鑄造性能極差，不適于制造礦熱爐導(dǎo)電元件和高爐風(fēng)口。而國內(nèi)礦熱爐用的導(dǎo)電銅瓦和高爐風(fēng)口套一般均用雜銅制造，由于其導(dǎo)電率低、抗氧化性能差，使用壽命一般不足一個(gè)月。純銅導(dǎo)電率高，但強(qiáng)度低，抗拉強(qiáng)度為230～240mpa，布氏硬度HB40～50，也比較低，抗氧化性能極差，用于制造導(dǎo)電元件，使用壽命只有1～2個(gè)月。有待開發(fā)一種新的銅合金來滿足導(dǎo)電元件的需求。
本發(fā)明的目的旨在提供一種導(dǎo)電率及強(qiáng)度高、抗氧化性能強(qiáng)、鑄造性能好、壽命長，適用于礦熱爐導(dǎo)電元件及高爐風(fēng)口的高導(dǎo)電耐熱鑄造銅合金。
本發(fā)明的任務(wù)是通過多元少量的復(fù)雜合金化，即向基體Cu中加入Cr、Mg、RE、尤其是Al。其銅合金中所含各元素的重量百分比范圍分別為0.30～1.10%Cr、0.05～0.15%Mg、0.04～0.20%RE(Ce+La稀土)、0.02～0.11%Al、余為Cu。
銅合金中含0.03～1.10%Cr，其固溶到基體Cu中，形成固溶體，使基體的位錯(cuò)密度增大，同時(shí)發(fā)生晶格畸變，銅合金強(qiáng)度提高，得到強(qiáng)化。
銅合金中含0.05～0.15%Mg和0.02～0.11%Al，除能進(jìn)行脫氧、凈化熔液外，又能在銅合金表面形成高熔點(diǎn)，高電阻揮發(fā)物。與基體Cu緊密結(jié)合的氧化鎂和氧化鋁保護(hù)膜顯著地提高了銅合金的抗氧化性能和耐熱性。
銅合金中含0.04～0.20%RE，除能去除雜質(zhì)、凈化基體、細(xì)化晶粒、提高銅合金的機(jī)械性能外，由于它是一種活性物質(zhì)，還能降低銅合金熔液對(duì)砂型的界面張力，使充型能力提高。另外RE元素具有很高的化學(xué)活性，極易與氧、氮、硫等元素生成氧化物、氮化物、硫化物，進(jìn)一步凈化了銅合金熔液，提高了其流動(dòng)性。
使用含15%Mg的Cu-Mg合金脫氧，還有利于提高銅合金的導(dǎo)電率。
獲得高導(dǎo)電耐熱鑄造銅合金的工藝為1.首先將紫銅快速熔煉到1200～1250℃時(shí)，用含15%Mg的Cu-Mg中間合金(使Mg的含量占銅熔液總重量的0.06～0.12%)脫氧去氣、扒渣。同時(shí)加入Cu-Cr中間合金(使Cr的含量占銅熔液總重量的0.70～1.50%)。
2.在坩鍋表面覆蓋厚度為50～80mm的木炭并快速升溫。
3.當(dāng)銅合金熔液溫度升到 1300～1350℃時(shí)，清除熔渣，同時(shí)加入Cu-Mg中間合金，(使Mg的含量占銅熔液總重量的0.08～0.10%);加入含50%Al的Cu-Al中間合金，(使Al的含量占銅熔液總重量的0.08～1.10%);再加入0.08～0.12%RE(混合稀土)，待銅合金熔液到1250～1300℃時(shí)，扒渣、出爐澆注。
4.采用底注半開放式澆注系統(tǒng)，在鑄件重要面采用加速凝固方式和加強(qiáng)補(bǔ)縮方法，澆注出合格鑄件。
5.鑄件在960～980℃的溫度下保溫3小時(shí)后，在含10%NaCl、溫度低于25℃的水中淬火。
6.鑄件在450～480℃溫度下保溫2.5小時(shí)，然后出爐空冷。
7.銅合金熔液出爐后可澆注成鑄錠進(jìn)行冷變形加工，制成各種不同用途的型材。
本發(fā)明實(shí)施例以0.06%Cr、0.08%Mg、0.07%Al、0.09%RE(混合稀土)、余為Cu的成份配料，按上述工藝方法便可獲得所需的銅合金。其性能為σb351mpa;HB90;δ15%;導(dǎo)電率92%IACS。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有導(dǎo)電率和強(qiáng)度高、抗氧化性能強(qiáng)、鑄造性能好、耐熱、壽命長等優(yōu)點(diǎn)。是制造礦熱爐用導(dǎo)電元件和高爐風(fēng)口的理想銅合金材料。
本發(fā)明性能可達(dá)到σb300～420mpa;HB80～130;δ10～25%;導(dǎo)電率90～98%IACS。
權(quán)利要求
1.一種用于制造礦熱爐導(dǎo)電元件及高爐風(fēng)口的高導(dǎo)電耐熱鑄造銅合金，它是在基體Cu中加入Cr、Mg、RE，其特征在于銅合金中還含有Al元素。
2.一種用于制造礦熱爐導(dǎo)電元件及高爐風(fēng)口的高導(dǎo)電耐熱鑄造銅合金，其特征在于銅合金中所含各元素的重量百分比范圍分別為0.30～1.10%Cr、0.05～0.15%Mg、0.04～0.20%RE(含Ce+La的稀土)、0.02～0.11%Al，余為Cu。
3.一種制造權(quán)利要求1所述的高導(dǎo)電耐熱鑄造銅合金的工藝方法，其特征在于a.首先將紫銅快速熔煉到1200～1250℃時(shí)，用含15%Mg的Cu-Mg中間合金(使Mg的含量占銅熔液總重量的0.06-0.12%)脫氧去氣、扒渣，同時(shí)加入Cu-Cr中間合金(使Cr的含量占銅熔液總重量的0.70-1.50%)。b.在坩鍋表面覆蓋厚度為50～80mm的木炭并快速升溫。c.當(dāng)銅合金熔液溫度升到1300～1350℃時(shí)清除熔渣，同時(shí)加入Cu-Mg中間合金(使Mg的含量占銅熔液總重量的0.08～0.10%);加入含50%Al的Cu-Al中間合金(使Al的含量占銅熔液總重量的0.08～1.10%);再加入0.08～0.12%RE(混合稀土)，待銅合金熔液到1250～1300℃時(shí)，扒渣、出爐澆注。d.采用底注半開放式澆注系統(tǒng)，在鑄件重要面采用加速凝固方式和加強(qiáng)補(bǔ)縮的方法，澆注出合格鑄件。e.鑄件在960～980℃的溫度下保溫3小時(shí)后，在含10%NaCl、溫度低于25℃的水中淬火。f.鑄件在450～480℃的溫度下保溫2.5小時(shí)，然后出爐空冷。
全文摘要
一種高導(dǎo)電耐熱鑄造銅合金，是在基體Cu中加入Cr、Mg、RE、Al元素。通過多元少量的復(fù)雜合金化，經(jīng)快速熔煉，加入所需元素，扒渣出爐澆注出所需的鑄件，鑄件再經(jīng)保溫、淬火、保溫，最后出爐空冷獲得合格的銅合金。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有導(dǎo)電率和強(qiáng)度高，抗氧化性能強(qiáng)、鑄造性能好、耐熱、壽命長等優(yōu)點(diǎn)。是制造礦熱爐導(dǎo)電元件和高爐風(fēng)口的理想材料。其性能可達(dá)到σb300～420MPa；HB80～130；δ10～25％；導(dǎo)電率90～98％IACS。
文檔編號(hào)C22C9/00GK1088994SQ9211522
公開日1994年7月6日 申請(qǐng)日期1992年12月26日 優(yōu)先權(quán)日1992年12月26日
發(fā)明者李玉合, 麻向軍, 張峰 申請(qǐng)人:甘肅省機(jī)械科學(xué)研究院