專利名稱：Cu－Cr－Zr合金和Cu－Zr合金的非真空熔鑄工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種對高強度、高導電率的銅合金的非真空熔鑄工藝，特別是對Cu-Cr-Zr合金和Cu-Zr合金在大氣條件下，用感應電爐熔煉和半連續澆鑄的方式實現這兩種合金的熔鑄的生產工藝。
背景技術：
Cu-Cr-Zr合金(C18150)和Cu-Zr合金(C15000)是美國金屬材料與試驗協會ASTM標準中銅合金牌號，該合金具有高強度、高導電率的特點，主要應用于制作自動焊機的電極、電子工業框架材料、電氣化鐵路機車滑線、大型鑄鋼結晶器材料等，是非常有市場前景的合金。這兩種合金的熔鑄是生產這種合金線材、棒材、板材的第一道工序。目前，這兩種合金的熔鑄，國內普遍采用真空爐生產，這種方式生產效率低、成本高，并且國內質量過關的最大容量真空爐為500Kg，不能滿足電氣化鐵路機車滑線、大型鑄鋼結晶器材料單件重量大于1噸的要求，而進口大容量真空爐，價格昂貴，在美國、日本等發達國家已采用非真空熔煉技術，但都需要專門的熔煉設備，增加了很多氣體保護措施，設備投資大。由于熔鑄技術的局限性，嚴重制約了這兩種合金生產規模的擴大、推廣與應用。
發明內容
1、發明目的本發明提供了一種Cu-Cr-Zr合金和Cu-Zr合金的非真空熔鑄工藝，即在大氣條件下，采用工頻或中頻感應電爐熔煉，半連續澆鑄方式生產Cu-Cr-Zr合金(C18150)和Cu-Zr合金(C15000)，用來替代目前國內外普遍采用的真空熔鑄生產工藝，解決生產成本過高、生產效率較低、產品規格受真空爐容量限制的現狀，擴大這兩種合金材料的應用范圍及領域。
2、技術方案本發明是通過以下技術方案來實現的一種Cu-Cr-Zr合金的非真空熔鑄工藝，其特征在于它按下述步驟進行
a.取Cr、Zr、Al、Mg易氧化元素，將它們制成中間合金CuCr6、CuZr10Mg0.3、CuAl10，作為后續加入的原料；b.制備Cu-Cr-Zr合金將銅和覆蓋劑一起在感應爐中熔化后升溫至1350～1400℃，加入CuCr6中間合金，待其熔化后取樣、分析Cr成份，Cr合格后加入CuAl10后升溫，使Al在熔體中完全熔化，然后加入CuZr10Mg0.3中間合金并升溫至1350～1400℃后進行澆鑄，澆鑄時用碳黑將結晶器、流槽完全覆蓋，澆鑄完成后即得到Cu-Cr-Zr合金。
覆蓋劑為脫水硼砂與玻璃，脫水硼砂與玻璃重量比例為3∶1，將它們與銅一起熔化后將銅熔體完全覆蓋，使銅熔體與空氣隔離。
上述步驟b中澆鑄完成全部熔體重量的1/3時向爐內的熔體中按Zr配料重量比的0.08～0.2％補充CuZr10Mg0.3中間合金。
上述步驟b中Cr的配料重量比為0.7～1.0％，Al的配料重量比為0.10～0.25％，Zr的配料重量比為0.25～0.45％。
上述步驟b中當澆鑄的直徑為φ120～260mm鑄錠時，澆鑄速度為0.8mm/s～1.5mm/s。
一種Cu-Zr合金的非真空熔鑄工藝，其特征在于它按下述步驟進行a.取Zr、Al、Mg易氧化元素，將它們制成中間合金CuZr10Mg0.3、CuAl10，作為后續加入的原料；b.制備Cu-Zr合金將銅和覆蓋劑一起在感應爐中熔化后，在熔融的銅水中加入CuAl10并提高溫度使Al完全溶化，加入CuZr10Mg0.3提高溫度至1350～1400℃后，進行澆鑄，澆鑄時用碳黑將結晶器、流槽完全覆蓋，澆鑄完成后即得Cu-Zr合金。
覆蓋劑為脫水硼砂與玻璃，脫水硼砂與玻璃重量比例為3∶1，將它們與銅一起熔化后將銅熔體完全覆蓋，使銅熔體與空氣隔離。
上述步驟b中澆鑄完成全部熔體重量的1/3和2/3時分別向爐內的熔體中按Zr配料比重量的0.08～0.2％補充CuZr10Mg0.3中間合金。
上述步驟b中Al的配料重量比為0.10～0.25％，Zr的配料重量比為0.30～0.45％。
上二述步驟b中當澆鑄直徑為φ120～260mm的鑄錠時，澆鑄速度為0.8mm/s～1.5mm/s。
3、優點及效果通過本發明技術方案的實施，能夠很好地解決Cu-Cr-Zr合金和Cu-Zr合金普遍采用真空爐熔鑄的生產成本高、生產效率低的問題，而且非真空熔鑄的設備投入僅為同容量真空爐熔鑄設備的1/10，生產效率是同容量真空爐的3倍，生產成本是同容量真空爐的1/2。本發明不僅大幅度提高生產效率、降低成本，而且能很好地滿足電氣化鐵路機車滑線、鑄鋼結晶器等產品單件重量大于1噸的要求，解決了困擾國內同行業的重大技術難題，有非常重要的工業推廣價值，填補國內該合金生產工藝的一項空白，對于推動國內銅加工行業的技術進步和自主創新能力建設有不可估量的現實意義。
本發明生產工藝中Al元素的適時、適當加入，對在大氣條件下，工頻感應電爐或中頻爐熔煉半連續方式澆鑄，實現Cu-Cr-Zr合金(C18150)和Cu-Zr合金(C15000)的熔鑄生產，起了非常關鍵的穩定劑作用。試驗證明，合金中Al含量控制在(0.1～0.25％)之間，既不對合金的導電率構成影響，又能很好地穩定住Cr和Zr元素，使之均勻分布；CuZr10Mg0.3中間合金的制作，對Zr的加入也起到了重要作用。
四
附圖1為本發明制備Cu-Cr-Zr合金的流程圖；附圖2為本發明另一實施例制備Cu-Cr-Zr合金的流程圖；附圖3為本發明制備Cu-Zr合金的流程圖；附圖4為本發明另一實施例制備Cu-Zr合金的流程圖。
五具體實施例方式本發明提供一種在大氣條件下難以實現熔鑄的Cu-Cr-Zr合金和Cu-Zr合金的非真空熔鑄工藝，其根本解決了合金中的主元素Cr和Zr在空氣中極易氧化，難以加入到Cu的熔體中，尤其是Zr極活潑，在大氣條件下，如不采取措施，熔鑄這兩種合金幾乎是不可能的。因此，對這兩種合金的生產，國內普遍采用真空爐生產。國內真空爐容量小，生產效率低，成本高，難以適應國內外日益擴大的市場需求。本發明工藝針對Cr和Zr在大氣條件下極易氧化，難以合金化的特點，通過添加微量的、對最終產品性能沒有影響的Cr和Zr的穩定劑Al，配合以相關的脫氧劑Mg及熔體覆蓋劑脫水硼砂和玻璃，實現使用工頻或中頻感應電爐熔煉，半連續澆鑄方式生產這兩種合金的目的。
實施例1如圖1所示，本發明Cu-Cr-Zr合金的非真空熔鑄工藝，它按下述步驟進行a.先把Cr、Zr、Al、Mg易氧化的元素制成CuCr6、CuZr10Mg0.3、CuAl10中間合金，作為后續加入的原料；b.選用符合質量要求的標準陰極銅1.2噸，加入到1.5噸工頻感應電爐中，同時加入足夠的脫水硼砂和玻璃作為覆蓋劑，硼砂和玻璃的重量比例為3∶1，將電解銅熔化，覆蓋劑蓋在銅熔體上避免了它與空氣直接接觸；把熔化的銅水溫度提高到1350℃～1400℃左右，加入CuCr6中間合金，待其熔化，取樣分析Cr的化學成份，其配料重量比1.0％；元素合格后，用專用鐵鉗子夾住已計算好的CuAl10中間合金，迅速插入到液面以下50mm，緩慢松開鉗子，使Al充分熔解到Cu-Cr的熔體中，Al的配料重量比控制在0.25％；使加Al后的熔體再次提高溫度，當溫度達到1350℃～1400℃左右時，迅速加入CuZr10Mg0.3中間合金，其Zr的配料重量比控制在0.45％；提高溫度到1350℃～1400℃時，即看到爐內熔體液面覆蓋劑往外噴蘭色的小火苗時，停電開始澆鑄，澆鑄時流槽及結晶器液面用碳黑覆蓋嚴；直到整爐銅水澆鑄結束，得到Cu-Cr-Zr合金。
實施例2如附圖2所示，本發明Cu-Cr-Zr合金的非真空熔鑄工藝，它按下述步驟進行a.先把Cr、Zr、Al、Mg制成CuCr6、CuZr10Mg0.3、CuAl10中間合金待用；
b.選用符合質量要求的標準陰極銅1.2噸，加入到1.5噸工頻感應電爐中，同時加入足夠的脫水硼砂和玻璃作為覆蓋劑，硼砂和玻璃的重量比例為3∶1，把電解銅熔化后加入覆蓋劑，避免與銅熔體與空氣直接接觸；c.把熔化的銅水溫度提高到1350℃～1400℃左右，加入CuCr6中間合金，待其熔化，取樣分析Cr的化學成份，按偏下限控制(配料重量比0.7％)；d.Cr元素合格后，用專用鐵鉗子夾住已計算好的CuAl10中間合金，迅速插入到液面以下50mm，緩慢松開鉗子，使Al充分熔解到Cu-Cr的熔體中，Al的配料重量比控制在0.2％；e.使加Al后的熔體再次提高溫度并適當補充覆蓋劑硼砂及玻璃，使熔體液面覆蓋嚴，防止Cr的燒損。當溫度達到1350℃～1400℃左右時，即迅速加入CuZr10Mg0.3中間合金，其Zr的配料重量比控制在0.25％；f.提高溫度到1350℃～1400℃時，即看到爐內熔體液面覆蓋劑往外噴蘭色的小火苗時，停電開始澆鑄，澆鑄時流槽及結晶器液面用碳黑覆蓋嚴；g.待到整爐銅水澆完約1/3時，開始送電升溫，待溫度上來時，及時迅速補充CuZr10Mg0.3中間合金10Kg，補充整個澆鑄過程中Zr的燒損，使最后制得合金中的Zr成份達到標準的要求，直到整爐銅水澆鑄結束，得到Cu-Cr-Zr合金。
實施例3本發明Cu-Zr合金的制備工藝如下，見圖3所示a.先把Zr、Al、Mg易氧化的元素制成CuZr10Mg0.3、CuAl10中間合金，作為后續加入的原料；b.選用符合質量要求的標準陰極銅1.2噸，加入到1.5噸工頻感應電爐中，將電解銅熔化，同時加入足夠的脫水硼砂和玻璃作為覆蓋劑，硼砂和玻璃的重量比例為3∶1，覆蓋劑蓋在銅熔體上避免了它與空氣直接接觸；升溫到1350～1400℃時，用專用鐵鉗子夾住已計算好的CuAl10中間合金，迅速插入到液面以下50mm，緩慢松開鉗子，使Al充分熔解到Cu的熔體中，Al的配料重量比控制在0.25％；再次升溫到1350～1400℃時迅速地按Zr配料重量比0.45％加入CuZr10Mg0.3中間合金，繼續送電，升溫熔化后，達到1350℃時開始澆鑄，在澆鑄過程中，流槽和結晶器用碳黑覆蓋好，直到澆鑄結束，得到Cu-Zr合金。
實施例4本發明Cu-Zr合金的制備工藝如下，如圖4所示，先把Zr、Al、Mg易氧化的元素制成CuZr10Mg0.3、CuAl10中間合金，做為后續加入的原料；將1.2噸的電解銅熔化后，加入足夠的脫水硼砂和玻璃覆蓋，升溫到1350～1400℃時，用專用鐵鉗子夾住已計算好的CuAl10中間合金，迅速插入到液面以下50mm，緩慢松開鉗子，使Al充分熔解到Cu的熔體中，Al的配料重量比控制在0.15％；再次升溫到1350～1400℃時迅速地按Zr配料重量比0.3％加入CuZr10Mg0.3中間合金，繼續送電，升溫熔化后，達到1350℃時開始澆鑄，在澆鑄過程中，流槽和結晶器用碳黑覆蓋好，待爐內銅水澆完1/3和2/3時送電升溫，分別補充10Kg的CuZr10Mg0.3中間合金，補充整個澆鑄過程中Zr的燒損，使最后制得合金中的Zr成份達到標準的要求，直到澆鑄結束，得到Cu-Zr合金。
權利要求
1.一種Cu-Cr-Zr合金的非真空熔鑄工藝，其特征在于它按下述步驟進行a.取Cr、Zr、Al、Mg易氧化元素，將它們制成中間合金CuCr6、CuZr10Mg0.3、CuAl10，作為后續加入的原料；b.制備Cu-Cr-Zr合金將銅和覆蓋劑一起在感應爐中熔化后，升溫至1350℃～1400℃，加入CuCr6中間合金，待其熔化后取樣、分析Cr成份，Cr合格后加入CuAl10后升溫使Al在熔體中完全熔化，然后加入CuZr10Mg0.3中間合金并升溫至1350～1400℃后進行澆鑄，澆鑄時用碳黑將結晶器、流槽完全覆蓋，澆鑄完成后即得到Cu-Cr-Zr合金。
2.根據權利要求1所述的Cu-Cr-Zr合金的非真空熔鑄工藝，其特征在于覆蓋劑為脫水硼砂和玻璃，脫水硼砂與玻璃重量比例為3∶1，將它們與銅一起熔化后將熔體完全覆蓋，使它與空氣隔離。
3.根據權利要求1所述的Cu-Cr-Zr合金的非真空熔鑄工藝，其特征在于上述步驟b中當澆鑄完成全部熔體重量的1/3時，向爐內的熔體中按Zr配料重量比的0.08～0.2％補充CuZr10Mg0.3中間合金。
4.根據權利要求1所述的Cu-Cr-Zr合金的非真空熔鑄工藝，其特征在于上述步驟b中Cr的配料重量比為0.7～1.0％，Al的配料重量比為0.10～0.25％，Zr的配料重量比為0.25～0.45％。
5.根據權利要求1所述的Cu-Cr-Zr合金的非真空熔鑄工藝，其特征在于上述步驟b中當澆鑄直徑為φ120～260mm的鑄錠時，澆鑄速度為0.8mm/s～1.5mm/s。
6.一種Cu-Zr合金的非真空熔鑄工藝，其特征在于它按下述步驟進行a.取Zr、Al、Mg易氧化元素，將它們制成中間合金CuZr10Mg0.3、CuAl10，作為后續加入的原料；b.制備Cu-Zr合金將銅和覆蓋劑一起在感應爐中熔化后，在熔融的銅水中加入CuAl10并升溫使Al完全熔化，加入CuZr10Mg0.3升溫至1350～1400℃后進行澆鑄，澆鑄時用碳黑將結晶器、流槽完全覆蓋，澆鑄完成后即得到Cu-Zr合金。
7.根據權利要求6所述的Cu-Zr合金的非真空熔鑄工藝，其特征在于覆蓋劑為脫水硼砂和玻璃，脫水硼砂與玻璃重量比例為3∶1，將它們與銅一起熔化后將銅熔體完全覆蓋，使銅熔體與空氣隔離。
8.根據權利要求6所述的Cu-Zr合金的非真空熔鑄工藝，其特征在于上述步驟b中澆鑄完成全部熔體重量的1/3和2/3時分別向爐內的熔體中按Zr配料比重量的0.08～0.2％補充CuZr10Mg0.3中間合金。
9.根據權利要求6所述的Cu-Zr合金的非真空熔鑄工藝，其特征在于上述步驟b中Al的配料重量比為0.10～0.25％，Zr的配料重量比為0.30～0.45％。
10.根據權利要求6所述的Cu-Zr合金的非真空熔鑄工藝，其特征在于上述步驟b中當澆鑄直徑為φ120～260mm的鑄錠時，澆鑄速度為0.8mm/s～1.5mm/s。
全文摘要
本發明涉及一種Cu－Cr－Zr合金和Cu－Zr合金的非真空熔鑄工藝，制備Cu－Cr－Zr合金a.把Cr、Zr、Al、Mg易氧化元素制成中間合金，作為后續加入的原料；b.將銅和覆蓋劑熔化后升溫至1350℃，加入Cu－Cr中間合金，熔化后取樣，分析Cr成份合格后，加Cu－Al中間合金，升溫后，加Cu－Zr－Mg中間合金→升溫至澆鑄溫度進行澆鑄，用碳黑將結晶器、流槽完全覆蓋，澆鑄完成即得Cu－Cr－Zr合金。制備Cu－Zr合金工藝a.把Zr、Al、Mg易氧化元素制成中間合金，作為后續加入的原料；d.將銅和覆蓋劑一起熔化后，加Cu－Al中間合金后升溫，加Cu－Zr－Mg中間合金后，升溫至澆鑄溫度進行澆鑄，用碳黑將結晶器、流槽完全覆蓋，澆鑄完成即得Cu－Zr合金。它解決了Cu－Cr－Zr合金或Cu－Zr合金普遍采用真空爐生產的瓶頸，生產成本高等問題。
文檔編號B22D11/10GK1861819SQ20061004644
公開日2006年11月15日 申請日期2006年4月28日 優先權日2006年4月28日
發明者白常厚, 劉剛, 王俊峰, 劉關強, 隋素娟 申請人:沈陽銅興產業有限公司, 劉剛