專利名稱：非真空熔煉及澆鑄Cu－Ti合金的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及Cu-Ti合金的加工，尤其涉及非真空熔煉及澆鑄Cu-Ti合金的方法，屬于有色金屬加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
通常，Cu-Ti合金中含有1～4.5wt％的Ti，鈦在650℃以上時(shí)氧會向鈦中擴(kuò)散，形成一層堅(jiān)硬的氧化層。另外，在700℃以上氮和鈦將發(fā)生劇烈作用，形成TiN。若在大氣中熔煉，將會產(chǎn)生非金屬夾雜；還有，合金在澆注過程中容易吸氣，會影響材料的性能?，F(xiàn)有技術(shù)熔鑄Cu-Ti合金都是在真空爐里進(jìn)行。
然而，真空熔煉Cu-Ti合金的方法存在以下問題①由于真空爐熔煉過程中需要較高的真空度，對爐體的密封性要求很高，熔煉時(shí)不能進(jìn)行成分測量、成分調(diào)整和拔渣等操作，因此對原料的成分和雜質(zhì)含量要求很高；②真空熔煉一般不能采用快速冷卻的方法，鑄錠易發(fā)生晶體粗化，在變形工藝中很容易出現(xiàn)裂紋，降低板帶成品率；③真空爐不能連續(xù)操作，只能進(jìn)行小規(guī)模生產(chǎn)，限制了其產(chǎn)業(yè)化前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，提供一種非真空熔煉及澆鑄Cu-Ti合金的方法。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是非真空熔煉及澆鑄Cu-Ti合金的方法，其特征在于包括以下工序步驟1)將電解銅和部分中間合金裝入熔煉爐膛，打開保護(hù)氣閥，通過上部進(jìn)氣口通入保護(hù)氣體，直到爐內(nèi)氣體經(jīng)由上部出氣孔或加料口排出、保護(hù)氣體充滿爐膛、出氣口處點(diǎn)燃火柴會立即熄滅為止，關(guān)小保護(hù)氣閥，維持爐內(nèi)壓力；2)將爐膛預(yù)熱、升溫，使電解銅和銅鉻中間合金熔化，在1200～1500℃溫度下熔煉0～60分鐘，然后向爐膛內(nèi)加入金屬鈦和易氧化的金屬元素、脫氧劑和細(xì)化晶粒劑，保溫0～60分鐘；3)降低功率為0～30KW加熱，從下部進(jìn)氣口向結(jié)晶器或鐵模中通入保護(hù)氣體，維持結(jié)晶器或鐵模內(nèi)壓力，多余氣體從下部出氣孔排出，打開水冷閥，10～30分鐘后開始澆鑄，溫度為1200～1500℃。
進(jìn)一步地，上述的非真空熔煉及澆鑄Cu-Ti合金的方法，其中，步驟1)所述的維持爐內(nèi)壓力是指，爐內(nèi)保護(hù)氣體的表壓為0.5～10大氣壓；步驟3)所述的維持結(jié)晶器或鐵模內(nèi)壓力是指，結(jié)晶器或鐵模內(nèi)保護(hù)氣體的表壓為0.5～10大氣壓。
更進(jìn)一步地，上述的非真空熔煉及澆鑄Cu-Ti合金的方法，其中，所述的保護(hù)氣體是惰性氣體，為氮?dú)饣驓鍤狻?br> 更進(jìn)一步地，上述的非真空熔煉及澆鑄Cu-Ti合金的方法，其中，步驟2)中加入的金屬鈦為銅鈦中間合金或者海綿鈦。
再進(jìn)一步地，上述的非真空熔煉及澆鑄Cu-Ti合金的方法，其中，所述的上部進(jìn)氣口以及下部進(jìn)氣口的入射角為0～45度。
本發(fā)明技術(shù)方案的突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步主要體現(xiàn)在(1)采用非真空熔煉Cu-Ti合金的方法來取代真空熔煉法，保護(hù)氣體采用高純惰性氣體，可顯著降低氧化燒損，并且加速熔體內(nèi)部氧和氫的擴(kuò)散，脫氧脫氫效果好，能及時(shí)在線測量和調(diào)整合金成分，鑄錠組織細(xì)化并且雜質(zhì)含量低，能夠徹底解決真空熔煉成本昂貴和難以規(guī)模化生產(chǎn)的缺點(diǎn)；(2)采用非真空熔煉Cu-Ti合金的設(shè)備簡單，采用下澆注法鑄錠，操作方便，可以實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。


圖1是本發(fā)明熔煉及澆鑄設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中各附圖標(biāo)記的含義見下表

具體實(shí)施方式
本發(fā)明采用非真空的方法即在保護(hù)氣體中進(jìn)行熔煉和澆鑄Cu-Ti合金，保護(hù)氣體為工業(yè)純氬氣，在保護(hù)氣層中，氧和氫氣的分壓很小，加速了熔體中氧和氫的擴(kuò)散，氧和氫氣的密度小，上浮至爐膛上部出氣口及時(shí)排出，脫氧脫氫效果好，可以及時(shí)在線測量和調(diào)整合金成分，使鑄錠組織細(xì)化，雜質(zhì)含量低，可徹底解決真空熔煉成本昂貴和難以規(guī)模化生產(chǎn)的缺點(diǎn)。
本發(fā)明采用惰性氣體保護(hù)代替真空進(jìn)行熔煉，以避免合金元素與空氣中氧、氮的結(jié)合，在熔煉和澆注時(shí)都有氣體保護(hù)。在澆注過程中可以通過觀察孔隨時(shí)進(jìn)行加料，調(diào)整合金成分；澆注時(shí)采用向下澆注的方法。
主要工藝首先，固定好爐子下面的模具，用塞棒密封好坩堝的下澆口，裝料后通入惰性氣體。然后，打開電源進(jìn)行加熱，當(dāng)熔化后再加入易氧化的合金元素。最后，調(diào)整熔體溫度，旋松塞棒進(jìn)行澆注。具體熔煉澆鑄時(shí)包括以下工藝步驟1)將電解銅和部分中間合金裝入熔煉爐膛，打開保護(hù)氣閥，通過上部進(jìn)氣口通入保護(hù)氣體氮?dú)饣驓鍤猓钡綘t內(nèi)氣體經(jīng)由上部出氣孔或加料口排出、保護(hù)氣體充滿爐膛、出氣口處點(diǎn)燃火柴會立即熄滅為止，關(guān)小保護(hù)氣閥，維持爐內(nèi)保護(hù)氣體的表壓為0.5～10大氣壓。2)將爐膛預(yù)熱、升溫，使電解銅和銅鉻中間合金熔化，在1200～1500℃溫度下熔煉0～60分鐘，然后向爐膛內(nèi)加入銅鈦中間合金或者海綿鈦和易氧化的金屬元素、脫氧劑和細(xì)化晶粒劑，保溫0～60分鐘。3)降低功率為0～30KW加熱，從下部進(jìn)氣口向結(jié)晶器或鐵模中通入保護(hù)氣體氮?dú)饣驓鍤猓S持結(jié)晶器或鐵模內(nèi)保護(hù)氣體的表壓為0.5～10大氣壓，多余氣體從下部出氣孔排出，打開水冷閥，10～30分鐘后開始澆鑄，溫度為1200～1500℃。
保護(hù)氣體為惰性氣體，最好為密度比空氣大的惰性氣體，比如氬氣等，爐內(nèi)保護(hù)氣體的表壓應(yīng)維持在0.5～10大氣壓，結(jié)晶器或鐵模內(nèi)保護(hù)氣體的表壓應(yīng)維持在0.5～10大氣壓，上部進(jìn)氣口以及下部進(jìn)氣口的入射角為0～45度。
加料順序先加入銅和其它不易氧化的合金元素，當(dāng)銅全部熔化后再加入鈦和其它易氧化的合金元素，原料中，金屬鈦為銅鈦中間合金或海綿鈦。
澆注方式由于鈦合金的結(jié)晶溫度范圍較寬，并且此種澆注方式澆注速度較快，所以鑄錠易產(chǎn)生中間縮空，導(dǎo)致組織疏松。因此要適當(dāng)提高澆注溫度，澆注溫度在1200℃～1500℃之間。
圖1是本發(fā)明熔煉及澆鑄采用的設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖，下面結(jié)合圖1對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。這些例子僅是一些應(yīng)用范例，不能理解為對本發(fā)明權(quán)利要求保護(hù)范圍的限制。
實(shí)施例分別取原料電解銅、海綿鈦和銅鉻中間合金，取料量見表1，從加料口7裝入爐膛8，使其盛于坩堝16當(dāng)中；也可以打開爐蓋2直接加入原料。蓋好加料口7和觀察窗1，打開保護(hù)氣閥，從上部進(jìn)氣孔3通入氬氣，直到空氣從上部出氣口5排出、保護(hù)氣體充滿爐膛8、在上部出氣口5處點(diǎn)燃火柴會立即熄滅為止。打開感應(yīng)加熱裝置10，加熱至熔化，整個(gè)加熱過程可在觀察窗1中觀察。從加料口7加入海綿鈦，熔煉5分鐘，同時(shí)打開氣閥，從下部進(jìn)氣口15通入氬氣，使其作為保護(hù)氣體充滿澆鑄區(qū)域，多余的氬氣從下部出氣口11排出。然后，保溫10分鐘；關(guān)掉電源，打開塞棒6進(jìn)行澆鑄。在熔煉過程中，塞棒9用于阻止熔體從下澆口13處流下；澆鑄過程中，通過調(diào)節(jié)塞棒機(jī)構(gòu)6來控制熔體流量，保證合理的澆鑄速度，使熔體從下澆口13流入結(jié)晶器或鐵模14。
表1

熔鑄出來的鑄錠，其成分如表2所示。
表2

如表1及表2可知，本發(fā)明例號1～3中，銅的燒損率分別為1.2％、1.1％、1.1％。鈦的燒損率分別為2.3％、2.7％、2.1％。鉻的燒損率為1.2％、1.1％、1.2％。合金成分中氧的含量分別為0.004、0.005、0.004。
綜上所述，本發(fā)明可以有效地阻止合金元素特別是鈦、鉻和稀土等與大氣的作用，合金的燒損率得到控制，另外合金中氧元素的含量被控制在較低的范圍。
權(quán)利要求
1.非真空熔煉及澆鑄Cu-Ti合金的方法，其特征在于包括以下工序步驟1)將電解銅和部分中間合金裝入熔煉爐膛，打開保護(hù)氣閥，通過上部進(jìn)氣口通入保護(hù)氣體，直到爐內(nèi)氣體經(jīng)由上部出氣孔或加料口排出、保護(hù)氣體充滿爐膛、出氣口處點(diǎn)燃火柴會立即熄滅為止，關(guān)小保護(hù)氣閥，維持爐內(nèi)壓力；2)將爐膛預(yù)熱、升溫，使電解銅和銅鉻中間合金熔化，在1200～1500℃溫度下熔煉0～60分鐘，然后向爐膛內(nèi)加入金屬鈦和易氧化的金屬元素、脫氧劑和細(xì)化晶粒劑，保溫0～60分鐘；3)降低功率為0～30KW加熱，從下部進(jìn)氣口向結(jié)晶器或鐵模中通入保護(hù)氣體，維持結(jié)晶器或鐵模內(nèi)壓力，多余氣體從下部出氣孔排出，打開水冷閥，10～30分鐘后開始澆鑄，溫度為1200～1500℃。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非真空熔煉及澆鑄Cu-Ti合金的方法，其特征在于步驟1)所述的維持爐內(nèi)壓力是指，爐內(nèi)保護(hù)氣體的表壓為0.5～10大氣壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非真空熔煉及澆鑄Cu-Ti合金的方法，其特征在于步驟3)所述的維持結(jié)晶器或鐵模內(nèi)壓力是指，結(jié)晶器或鐵模內(nèi)保護(hù)氣體的表壓為0.5～10大氣壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的非真空熔煉及澆鑄Cu-Ti合金的方法，其特征在于所述的保護(hù)氣體是惰性氣體，為氮?dú)饣驓鍤狻?br> 5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非真空熔煉及澆鑄Cu-Ti合金的方法，其特征在于步驟2)中加入的金屬鈦為銅鈦中間合金或者海綿鈦。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非真空熔煉及澆鑄Cu-Ti合金的方法，其特征在于所述的上部進(jìn)氣口以及下部進(jìn)氣口的入射角為0～45度。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種熔煉及澆鑄Cu－Ti合金的方法，其主要工藝是將電解銅、所需中間合金和金屬鈦裝入保護(hù)氣體感應(yīng)爐內(nèi)，通入保護(hù)氣體進(jìn)行熔煉，熔煉完畢后，從底部澆出，下澆口與結(jié)晶器相接，并具有氣體保護(hù)裝置。整個(gè)過程都是在工業(yè)純保護(hù)氣體下進(jìn)行，熔煉氣氛中氧和氫的分壓很低，氧化燒損率低，且具有較好的脫氧脫氫效果；也可在熔煉過程中將惰性氣體通入熔體進(jìn)行脫氣，鑄錠質(zhì)量得到提高。
文檔編號B22D21/02GK1974809SQ20061009835
公開日2007年6月6日 申請日期2006年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月14日
發(fā)明者郭富安, 曹興民, 胡國強(qiáng), 慕思國, 向朝建, 湯玉瓊, 楊春秀 申請人:蘇州有色金屬加工研究院