Vytvrditeľná zliatina medi

Číslo patentu: 280704

Dátum: 12.06.2000

Autori: Gravemann Horst, Helmenkamp Thomas

Stiahnuť PDF súbor.

Zhrnutie / Anotácia

Vytvrditeľná zliatina medi je určená na výrobu lejacích valcov a lejacích kolies, ktoré sú pri liatí na konečné rozmery podrobované striedavému teplotnému namáhaniu, s tvrdosťou podľa Brinella aspoň 200 HB a s elektrickou vodivosťou vyššou ako 38 Sm/mm2. Zliatina pozostáva z 1,2 až 2,6 % hmotn. niklu, 0,1 až 0,45 % berýlia, voliteľne až 0,25 % hmotn. zirkónia, zvyšok meď, vrátane nečistôt podmienených výrobou a obvyklých spracovateľských prísad, pričom hmotnostný pomer niklu k berýliu je aspoň 5 : 1.

Text

Pozerať všetko

PRIEMYSELNÉHO VLASTNÍCTVA SLOVENSKEJ REPUBLIKYČíslo priorimej prihlášky P 41 42 941.9 (Sl) m C 17 Dátum priority 24.12.1991 C zzc 9/06 B 22 D l 1/06Krajina priority DE Dátum zverejnenia 12.06.2000 Dátum zverejnenia udelenia(72) Pôvodca vynálezu Gravemann Horst, Osnabrück, DE Helmenkamp Thomas, Osnabrück, DE(54) Názov vynálezu Vytvrditeľná zliatina mediVytvrditeľná zliatina medí je určená na výrobu lejaclch valcov a lcjaclch kolies, ktoré sú pri liatl na konečné rozmery podrobované striedavćmu teplotnému namáhaníu, s tvrdosťou podľa Brinella aspoň 200 HB a s elektrickou vodivosťou vyššou ako 38 Sm/mmz. Zliatina pozostáva z 1,2 až 2,6 hmotn. níklu, 0,1 až 0,45 berýlia, voliteľne až 0,25 hmotn. zirkónia,zvyšok med, vrátane nečistôt podmienených výrobou a obvyklých spracovateľských prísad, pričom hmotnost ný pomer niklu k berýlíu je aspoň 5 1.Vynález sa týka vytvrditeľnej zliatiny medi na výrobu lejacích valcov a lejacích kolies, ktoré sú pri liatí na konečné rozmery podrobované striedavému tepiotnćmu namáhaniu, s tvrdosťou podľa Brinella aspoň 200 HB a s elektrickou vodivosťou vyššou ako 38 Sm/mmz.Všeobecne rozšírený cieľ, najmä oceliarenského priemyslu odlievať polotovary na rozmery čo najbližšie konečným rozmerom, aby nemuseli byť uskutočňované operácie tvárenia za tepla a/alebo za studena, viedol už od roku 1980 k radu vylepšení, napríklad na kontinuálne liatie sjedným a dvoma valcami.Pri týchto spôsoboch kontinuálneho liatia sa vyskytujú na vodou chladených valcoch pri odlievaní oceľových zliatin, ktoré sa valcujú za tepla len veľmi technicky náročné, v oblasti nalievania taveniny veľmi vysoké povrchové teploty, Tieto teploty sa pohybujú, napríklad pri liatí oceľovej zliatiny na rozmery blízke konečným rozmerom, pričom lejacie valce sú vyrobene z materiálu CuCrZr so súčiniteľom elektrickej vodivosti 48 Sm/mmz a súčiniteľom tepelnej vodivosti asi 320 W/mK, pri 350 °C až 450 °C. Materiály na báze CuCrZr sa doteraz používali predovšetkým na tepelne vysoko namáhané kokily na kontinuálne liatie a lejacie kolesá. Povrchová teplota klesne pri týchto materiáloch ochladzovaním lejacích valcov cyklicky pri každej otáčke krátko pred oblasťou nalievania na asi i 50 °C až 200 °C. Na ochladenej zadnej strane lejacích valcov zostáva teplota naproti tomu v priebehu otáčania prakticky konštantná na asi 30 °C až 40 °C. Teplotný gradient medzi povrchom a zadnou stranou v kombinácii s cyklickými zmenami povrchovej teploty lejacích valcov spôsobí vznik veľkých tepelných napätí v povrchovej časti materiálu valcov.Podľa skúšok uskutočňovaných na únavu pri doteraz používanom materiáli CuCrZr pri rôznych teplotách s amplitúdou predĺženia i 0,3 a frekvenciou 0,5 Hz -tieto parametre zodpovedajú zhruba frekvencií otáčania lejacích valcov 30 min. -je možné napríklad pri maximálnej povrchovej teplote 400 °C - zodpovedajúcej hrúbke steny 25 mm nad vodným chladením - v priaznivom prípade očakávať životnosť do objavenia sa trhliny 3000 cyklov. Lejacie valce by preto museli už po relatívne krátkom čase prevádzky asi 100 minút byť dodatočne opracované na odstránenie povrchových trhlín. Na výmenu lejacích valcov je potrebné lejací stroj zastaviť a postup liatia prerušiť.Ďalšou nevýhodou osvedčeného materiálu CuCrZr na kokily je na tento prípad použitia relatívne malá tvrdosť asi 110 až 130 HB. Pri jednovalcovom alebo dvojvalcovom kontinuálnom liatí totiž nie je možné zabrániť tomu, že rozstríeknuté kvapky ocele sa dostanú na povrch valcov už pred oblasťou nalievania. Stuhnuté oceľové častice sa potom vtlačia do relativne mäkkćho povrchu lejacích valcov,čim je veľmi ovplyvnená kvalita povrchu odliatych pásov s hrúbkou asi 1,5 až 4 mm.Rovnako malá elektrická vodivosť známej zliatiny CuNiBe s prísadou až 1 nióbu vedie v porovnaní so zliatinou CuCrZr na vyššiu povrchovú teplotu. Pretože sa elektrická vodivosť naopak chová proti tepelnej vodivosti proporcionálne, zvýši sa povrchová teplota lejacieho valca zo zliatiny CuNiBe v porovnaní s lejacím valcom zo zliatiny CuCrZr s maximálnou teplotou 400 °C na povrchu a 30 °C na zadnej strane na asi 540 °C.Ternárne zliatiny CuNiBe, prípadne CuCoBe majú sice v zásade tvrdosť podľa Brinella väčšiu ako 200 HB, ale elektrická vodivosť štandardných polotovarov vyrobených z týchto materiálov, ako napríklad tyče na výrobu odporových zváracích elektród, prípadne plechy a pásy na výrobu pružln alebo nosných rámov, dosahuje hodnoty ležiace nanajvýš v rozsahu od 26 do asi 32 Sm/mmz. Za optimálnych podmienok by sa s týmito štandardnými materiálmi dosahovala povrchová teplota lejacich valcov len asi 585 °C.A konečne ani pri zliatinách CuCoBeZr alebo CuNiBeZr, v podstate známych z patentu US 4 179 314, neexistujú dôkazy, že pri zamýšľanej voľbe komponentov zliatiny by bolo dosahované elektrickej vodivosti 38 m/Qmmz v spojení s minimálnou tvrdosťou 200 HB.Úlohou vynálezu je vytvoriť materiál na výrobu lejacích valcov, plášťov lejacích valcov a lejacích kolies, ktorý nebude ani pri rýchlostiach liatia nad 3,5 m/min. citlivý na striedavé teplotné namáhanie, a ktorý bude prípadne mať vysokú odolnosť proti únave pri pracovnej teplote lejacích valcov.Túto úlohu spĺňa vytvrditeľná zliatina medi na výrobu lejacích valcov a lejacích kolies, ktoré sú pri liatí na konečné rozmery podrobovanć striedavému teplotnému namáhaniu, s tvrdosťou podľa Brinella aspoň 200 HB a s elektrickou vodivosťou vyššou ako 38 Sm/mmz, podľa vynálezu,ktorého podstatou je, že pozostáva z 1,2 až 2,6 hmotn. niklu, 0,1 až 0,45 hmotn. berýlia, voliteľne až 0,25 hmotn. zirkónia, zostatok meď, vrátane nečistôt podmienených výrobou a obvyklých spracovateľských prísad, pričom hmotnostný pomer niklu k berýliuje aspoň 5 l.Ďalšie zlepšenie mechanických vlastnosti, najmä zvýšenie medze pevnosti v ťahu, možno dosiahnuť výhodne tým, že obsahuje 0,05 až 0,25 hmotn. zirkónia.Podľa výhodného uskutočnenia vytvrditeľná zliatina medi berýlia, 0,15 až 0,2 hmotn. zírkónia, zostatok meď,vrátane nečistôt podmienených výrobou a obvyklých spracovateľských prísad.Podľa ďalšieho výhodného uskutočnenia je pomer niklu k berýiiu (Ni/Be) pri obsahu niklu nad 1,2 hmotn. aspoň 5.A konečne je podľa ďalšieho výhodného uskutočnenia pomer niklu k berýliu v rozsahu od 5,5 do 7,5.Ďalšie zlepšenie mechanických vlastností možno dosiahnuť vtedy, ked sa do zliatiny podľa vynálezu pridá až do celkového maximálneho obsahu 0,15 hmotn. aspoň jeden prvok zo skupiny niób, tantal, vanád, titán, chróm,cér a hafnium.Pri pokusoch so zliatinamí normovanými podľa ASTM a DIN bolo prekvapivo zistené, že pri obsahu 1,1 až 2,6 hmotn. niklu je možné dosiahnuť vlastností potrebných na lejacie valce pri liatí na rozmery blízke konečným rozmerom - t. j. tvrdosti podľa Brinella 200 HB a elektrickej vodivosti aspoň 38 Sm/mmz - a preto aj vysokej odolnosti proti únave vtedy, keď je obsah niklu proti obsahu berýlia V určitom pomere a urobí sa prispôsobené vhodné tepelné,prípadne termomechanické spracovanie.Vynález bude ďalej bližšie objasnený na niekoľkých príkladoch uskutočnenia. Na štyroch zliatinách (zliatinách F až K) určených na použitie podľa vynálezu a na štyroch porovnávacích zliatinách (A až D) bude ukázanć, ako kri SK 280704 B 6tickým zložením je, aby bola dosiahnutá požadovaná kombinácia vlastností. Zloženie príkladných zliatin je udané V tabuľke 1 vždy v hmotnostných. Zodpovedajúce výsledky pokusov sú zhmuté V tabuľke 2.Tabuľka l Zliatina li Be Cu A 1,43 0,54 zvyšok B 1,48 0,40 zvyšok C 1,83 0,42 zvyšok D 2,12 0,53 zvyšok F 1,48 0,29 zvyšok G 1,86 0,33 zvyšok H 1,95 0,30 zvyšok K 2,26 0,35 zvyšok Tabuľka 2 zliatin Ni/Be g 25037,» SČ.ŠÉ°ŠÍÍÍŠÉ 5 A 2,6 193 30,9 B 3,7 224 36, l C 4,4 235 37,0 D 4,0 229 33,9 F 5,1 249 39,4 G 5,6 247 38,5 H 6,5 249 39,8 K 6,5 249 39,8V tabuľke 2 sú udane dosiahnuté hodnoty tvrdosti a elektrickej vodivosti pre zliatiny s rôznym obsahom niklu a berýlia - podľa rôznych Ni/Be pomerov. Všetky zliatiny boli roztavene vo vákuovej peci, tvárené za tepla a po aspoň jednohodinovom žihani na odstránenie pnutia pri 925 °C a nasledujúcom prudkom ochladení vo vode vytvrdzovanć 4 až 32 hodín pri teplote v rozsahu 350 až 550 °C.Ako je pri zliatinách F, G, H a K určených na použitie podľa vynálezu vidieť, je dosiahnutá požadovaná kombinácia vlastností vtedy, ked hmotnostný pomer niklu k berýliu robí aspoň 5 l.Keď sa lejacie valce, prípadne ich plášte po popustení na odstránenie pnutia podrobía pridavnému tváreniu za studena o asi 25 , je možné dosiahnuť ďalšie zlepšenie elektriekej vodivosti.Týmto spôsobom sa dosiahne napriklad pri zliatine s obsahom niklu 1,48 hmotn. a pomerom Ni/Be aspoň 5,1 32-hodinovým vytvrdzovaním pri 480 °C elektrickej vodivosti 43 Sm/mmz a tvrdosti podľa Brinella 225 HB. So stúpajúcim obsahom niklu je umožnená ďalšia optimalizácia vlastností zvýšením pomeru Ni/Be. Zliatina medzi s obsahom niklu 2,26 hmotn. a pomerom Ní/Be 6,5 má po 32-hodinovom vytvrdzovaní pri 480 °C tvrdosť podľa Brinella 230 HB a elektrickú vodivosť 40,5 Sm/mmz. Ako homú hranicu na dosiahnutie požadovanej kombinácie vlastností je možné uviesť na obsah niklu 2,3 hmotn. pomer Ni/Be 7,5.Zloženie a technologické vlastnosti siedmich ďalších zliatin určených na použitie podľa vynálezu sú uvedené v ďalších tabuľkách 3 a 4. Všetky zliatiny boli žíhaná na odstránenie napätí pri 925 °C, potom tvárené za studena o 25 a následne podrobené ló-hodinovému vytvrdzovaniu pri teplote 480 °C.Z týchto výsledkov pokusov je možné ďalej zistiť, že aj pri zliatinách CuNiBe s prísadou zirkónia pri dodržaní pomeru Ni/Be 5 až 7,5 možno dosiahnuť vysokých hodnôt elektrickej vodivosti v spojení s vysokými hodnotami tvrdosti podľa Brinella. Prísadou až 0,25 hmotn. zirkónia sa elektrická vodivosť oproti zliatine CuNiBe bez zirkónia zníži prekvapivo len nepatme, pričom minimálna hodnota elektrickej vodivosti 38 Sm/mm je zaručená. Ináč prináša prísada zirkónia pri spracovaní výhody a zlepšuje tvárnos za tepla.Na doplňujúce skúšky na odolnosť proti únave bolo zvolené príkladné zloženie zliatiny N, pretože táto zliatina má relatívne nízku elektrickú vodivosť. Pomocou zliatiny M možno dosiahnuť maximálne povrchové teploty lejacieho valca asi 480 °C. Pri dosiaľ známom namáhanl lejacieho valca pri odlievaní ocele sa zvýši potom pri zliatine N určenej na použitie podľa vynálezu životnosť oproti zliatine CuCrZr o dvoj až trojnàsobok. Vzhľadom na vysokú tvrdosť podľa Brinella už ďalej neexistuje nebezpečie, že povrch lejacieho valca bude poškodený vtlačením rozstreknutej taveniny.Podobné kritické tepelné namahania vznikajú aj pri lejacích kolesách pri kontinuálnom liati drôtovej guľatiny na známych Iejacích zariadeniach s valcami Souhtwire a Properzi. Rovnako pri týchto spôsoboch je k dispozicii, keď sa použije zliatina CuNiBe (Zr) podľa vynálezu, zvlášť vhodný materiál na výrobu Iejacích kolies. Tieto spôsoby liatia sa vzhľadom na nedostatočné vlastnosti materiálov použitých na lejacie kolesá dosiaľ na odlievanie ocele nemohli presadiť.A konečne boli vyvinuté v posledných troch rokoch na odlievanie na rozmery blízke konečným rozmerom ďalšie spôsoby, pri ktorých medené kokily vzhľadom na extrémne vysoké rýchlosti liatia 3,5 až asi 7 m/min. dosahujú aj extrémnych povrchových teplôt až do 500 °C. Aby trenie medzi kokilou a pásom ocele bolo čo možno najmenšie, je ďalej potrebne nastaviť vysokú frekvenciu oscilácií kokily 400 zdvihov/min. a viac. Periodicky výkyvná hladina kúpeľa pritom spôsobuje tiež značné namáhanie na únavu kokily v oblasti menisku, čím je nepriaznivo ovplyvnená životnosť týchto kokíl. Pri použití zliatin CuNiBe (Zr) podľa vynálezu s ich vysokou odolnosťou proti únave, môže byť aj pri týchto použitiach dosiahnuté značné zvýšenie životnosti.1. Vytvrditeľná zliatina medí na výrobu lejacích valcov a lejacích kolies, ktoré sú pri liatí na konečné rozmery podrobovanć striedavému teplotnému namáhaniu, s tvrdosťou podľa Brinella aspoň 200 HB a s elektrickou vodivosťou vyššou ako 38 Sin/mm, vyznačuj úca sa t ý m , že pozostáva z 1,2 až 2,6 hmotn. niklu, 0,1 až 0,45 hmotn. berýlia, voliteľne až 0,25 hmotn. zirkónia, zvyšok meď, vrátane nečístôt podmienených výrobou a obvyklých spracovateľských prisad, pričom hmotnostný pomer niklu k berýliu je aspoň 5 1.2. Vytvrditeľná zliatina medi podľa nároku l, v y značujúca sa tým, že obsahuje 0,05 až 0,25 hmotn. zirkónia.3. Vytvrditeľná ziiatina medi podľa nárokov l alebo 2, vyznačujúca sa tým, že obsahuje 1,4 až 2,2 hmotn. niklu, 0,2 až 0,35 hmotn. berýlia, 0,15 až 0,2 hmotn. zirkónía, zvyšok med, vrátane nečistôt podmienených výrobou a obvyklých spracovateľských prísad.4. Vytvrditeľná zliatina medi podľa nárokov 1 až 3,vyznačujúca sa tým, že hmotnostný pomer niklu k berýliuje v rozsahu od 5,5 do 7,5 1.

MPK / Značky

MPK: C22C 9/06, B22D 11/06

Značky: vytvrditelná, zliatina

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/4-280704-vytvrditelna-zliatina-medi.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Vytvrditeľná zliatina medi</a>

Podobne patenty