專利名稱：非真空熔煉和澆鑄銅-鉻-鋯合金的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于有色金屬加工制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及非真空熔煉和澆鑄銅-鉻-鋯合金的方法。
背景技術(shù)：
銅-鉻-鋯合金的化學(xué)成分為:0.5% 1.2%的鉻，0.05% 0.25%的鋯，余量為銅。銅-鉻-鋯合金具有高的強(qiáng)度和良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能。自美國(guó)發(fā)明它以來，被廣泛用于高強(qiáng)、高導(dǎo)領(lǐng)域，它是目前研制出的唯一能夠滿足超大規(guī)模集成電路性能要求的高強(qiáng)、高導(dǎo)引線框架材料。銅-鉻-鋯合金的抗拉強(qiáng)度:Rm彡600Mpa，導(dǎo)電率:λ ^ 80% I ACS，它還有高達(dá)500°C以上的再結(jié)晶溫度。銅-鉻-鋯合金的工業(yè)化生產(chǎn)的首要問題是熔煉和鑄造，由于鉻和鋯與氧的親和力很強(qiáng)，因此在熔煉和鑄造時(shí)必須解決合金元素的氧化損失問題。目前國(guó)內(nèi)外均采用真空熔煉和鑄造的方法。銅-鉻-鋯合金采 用真空熔煉和鑄造的方法，其優(yōu)點(diǎn)是:①防止了鉻和鋯的氧化損失，金屬鉻和金屬鋯的收得率高；②合金的含氣量低，致密性好；③周圍環(huán)境影響小。但是該方法也有很多缺點(diǎn):①生產(chǎn)能力小，難以形成規(guī)?；a(chǎn)；②生產(chǎn)成本高；③生產(chǎn)效率低，大規(guī)格的材料難生產(chǎn)；④真空時(shí)鉻易揮發(fā)，清理爐子時(shí)對(duì)人身體健康有一定的影響市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)能力差。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)的非真空熔煉和澆鑄的方法，成了各生產(chǎn)企業(yè)迫切解決的難題。雖然該合金目前大多以真空熔煉和鑄造的方法生產(chǎn)，但還是有企業(yè)對(duì)非真空熔煉和澆鑄進(jìn)行了研究，如中國(guó)發(fā)明專利ZL200610085210.0(申請(qǐng)日2006年6月2日，授權(quán)公告號(hào)CN100425715C)描述了非真空熔煉和澆鑄Cu-Cr-Zr合金的方法。該方法是在保護(hù)氣體的保護(hù)下，將銅和銅-鉻中間合金以及金屬鋯加入到感應(yīng)電爐中進(jìn)行熔煉，熔煉完成后從感應(yīng)電爐的底部開一個(gè)口，成為下澆口，下澆口與結(jié)晶器相連接，同時(shí)也有保護(hù)氣體裝置提供氣體保護(hù)，整個(gè)過程都在保護(hù)氣體下進(jìn)行，從而降低氧化燒損率。該方法雖然可以減少氧化燒損，但是需要一套保護(hù)氣體裝置，自制或購買保護(hù)氣體均會(huì)增加生產(chǎn)成本；采用中間合金的方式加金屬鉻，需要首先制備銅-鉻中間合金，同樣會(huì)增加生產(chǎn)成本；另外；澆口開在感應(yīng)電爐的底部，一是安全問題無法保證，二是作為實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行少量試驗(yàn)是可以的，但要進(jìn)行大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)是無法滿足要求的。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種操作簡(jiǎn)單、成本低、金屬鉻和金屬鋯的氧化損失少并能夠進(jìn)行大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的非真空熔煉和澆鑄銅-鉻-鋯合金的方法。為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:非真空熔煉和澆鑄銅-鉻-鋯合金的方法，其特征在于，包括以下步驟:
(I)熔煉前先烘熔煉爐，然后將含銅原料和覆蓋劑裝入熔煉爐的爐膛內(nèi)，快速升溫至1150 1250°C使含銅原料熔化為銅水，再升溫至1300 1400°C ；(2)將金屬鉻粉碎成粒徑為3 5_的顆粒，用耐火容器盛放并密封，然后將耐火容器壓入銅水中使金屬鉻顆粒全部釋放到銅水中，之后取出耐火容器備用，維持爐膛溫度在1300 1400。。之間；(3)用銅箔包裹金屬鋯，用耐火棒將包有金屬鋯的銅箔快速壓入銅水中，然后取出耐火棒，維持爐膛溫度在1250 1350°C之間，保溫5 10分鐘后停爐，扒渣；(4)調(diào)節(jié)熔煉爐功率，使?fàn)t膛內(nèi)溫度為1200 1300°C，然后將熔煉爐中的熔體轉(zhuǎn)入澆包中，之后進(jìn)行澆鑄。進(jìn)一步，步驟(I)中，所述含銅原料包括電解銅和熔煉返料；所述覆蓋劑為重量比為1:1的碎玻璃和硼砂的混合物，覆蓋劑的加入量為含銅原料總重量的I 2%。進(jìn)一步，步驟(2)中，所述耐火容器耐溫1350 1600°C ;盛放金屬鉻顆粒后，所述耐火容器的開口處以銅箔密封，銅箔厚度為I 1.5mm。再進(jìn)一步，所述耐火容器壓入銅水中的深度為10 15cm。進(jìn)一步，步驟(3)中，所述耐火棒為石墨棒；包有金屬鋯的銅箔壓入銅水中的深度為 15 20cm。進(jìn)一步，所述澆包的底部設(shè)有與其一體連接的漏斗裝置，漏斗裝置內(nèi)設(shè)有塞棒。本發(fā)明的有益效果在于:第一，本發(fā)明在非真空條件下直接將金屬鉻和金屬鋯加入銅水中，金屬鉻和金屬鋯的氧化損失少，鉻的氧化損失率為5 10%，鋯的氧化損失率10 15%。第二，本發(fā)明不使用昂貴的真空設(shè)備和保護(hù)氣體裝置，生產(chǎn)成本降低50%左右。第三，本發(fā)明向銅水中加金屬鉻和金屬鋯時(shí)，金屬鉻和金屬鋯均以單體形式加入，而不是采用中間合金的形式，免去了制造中間合金的成本或中間合金購置成本，進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本。第四，本發(fā)明提供的方法，操作簡(jiǎn)單，適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。本文中Wt %均表示重量百分比。下述實(shí)施例采用IOOkw的中頻感應(yīng)電爐為熔煉爐。含銅原料使用電解銅及銅-鉻-鋯合金熔煉過程中的返料，覆蓋劑使用重量比為1:1的碎玻璃和硼砂的混合物。原料中，電解銅中Cu含量≥99.95wt%，金屬鉻中Cr含量≥98.5wt% ;金屬鋯中Zr含量^ 98wt% ο以下以具體實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的提供的非真空熔煉和澆鑄銅-鉻-鋯合金的方法。(I)熔煉前先烘熔煉爐，然后將150kg電解銅、130kg返料和2.9kg覆蓋劑(碎玻璃和硼砂的重量比為1:1)裝入熔煉爐的爐膛內(nèi)，快速升溫至1150 1200°C使含銅原料熔化為銅水，再升溫至1300 1400°C左右；(2)根據(jù)鑄錠的使用功能，取所需重量的金屬鉻，將其粉碎成粒徑為3 5mm的顆粒，裝入耐火鐘罩中，裝滿后，將耐火鐘罩的底部以厚度為Imm的銅箔焊封，然后將裝有金屬鉻顆粒的耐火鐘罩自熔煉爐的上部開口壓入銅水中(金屬鉻可分多次加入)，耐火鐘罩壓入銅水中的深度為10 15cm ; 15 20分鐘，金屬鉻顆粒會(huì)全部進(jìn)入鋼水中，取出耐火鐘罩，期間維持爐膛溫度在1300 1400°C之間；(3)根據(jù)鑄錠的使用功能，取所需重量的金屬鋯，用銅箔包裹金屬鋯，用石墨棒將包有金屬鋯的銅箔自熔煉爐的上部開口壓入銅水中(金屬鋯可分多次加入)，包有金屬鋯的銅箔壓入銅水中的深度為15 20cm ；5分鐘后取出石墨棒，期間維持爐膛溫度在1250 1350°C之間，保溫5 10分鐘后停爐，扒渣；(4)調(diào)節(jié)熔煉爐功率，使?fàn)t膛內(nèi)溫度為1200 1300°C，然后將熔煉爐中的熔體轉(zhuǎn)入澆包中，之后將澆包中的熔體注入鑄模中進(jìn)行鑄造。本實(shí)施例中，所使用的澆包的底部設(shè)有與其一體連接的漏斗裝置，漏斗裝置內(nèi)設(shè)有塞棒。澆鑄時(shí)，將塞棒卸下，使熔體經(jīng)漏斗裝置流入鑄模中，這樣大大減少銅水與空氣的接觸時(shí)間，達(dá)到減少氧化損失的目的，并且采用漏斗裝置，易于控制澆鑄速度。鑄造在鐵模中進(jìn)行，鑄模溫度為100 130°C，鑄模涂料為骨灰水漿，鑄造溫度(即澆包內(nèi)熔體溫度)為1290 1310°C，每根鑄錠(鑄錠規(guī)格Φ 120 X 800mm) 30秒左右完成。由此得到的鑄錠成分為:Cr:0.9 1.0%，Zr:0.09 0.12%，Cu:98.5 99%。經(jīng)過檢測(cè)，熔煉過程各金屬熔損率為:Cr:8%, Zr:10%, Cu:3%0為了達(dá)到所需要的使用性能，后續(xù)需要對(duì)鑄錠進(jìn)行包括加熱、熱軋、拉伸、固溶處理、時(shí)效處理等。其中，進(jìn)行加熱時(shí)，加熱溫度880°C，保溫時(shí)間I小時(shí)；進(jìn)行熱軋時(shí)，開軋溫度760°C，終軋溫度650 550°C ;進(jìn)行固溶處理時(shí)，加熱溫度940°C，保溫時(shí)間I小時(shí)，然后快速放入水中淬水，即固溶；進(jìn)行時(shí)效處理時(shí)，時(shí)效溫度450°C，保溫時(shí)間3小時(shí)，從而使過飽和固溶體重新分解程，使材料達(dá)到所要求的性能。對(duì)采用本發(fā)明的方法制造的銅-鉻-鋯合金材料進(jìn)行了性能測(cè)定，其結(jié)果如下:抗拉強(qiáng)度Rm彡600Mpa，延 伸率A彡10%，硬度HRB彡75，導(dǎo)電率λ彡80% IACS。上述實(shí)施例只是對(duì)本發(fā)明的舉例說明，本發(fā)明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式實(shí)施，而不偏離本發(fā)明的要旨或本質(zhì)特征。因此，描述的實(shí)施方式從任何方面來看均應(yīng)視為說明性而非限定性的。本發(fā)明的范圍應(yīng)由附加的權(quán)利要求說明，任何與權(quán)利要求的意圖和范圍等效的變化也應(yīng)包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.非真空熔煉和澆鑄銅-鉻-鋯合金的方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)熔煉前先烘熔煉爐，然后將含銅原料和覆蓋劑裝入熔煉爐的爐膛內(nèi)，快速升溫至1150 1250°C使含銅原料熔化為銅水，再升溫至1300 1400°C ； (2)將金屬鉻粉碎成粒徑為3 5mm的顆粒，用耐火容器盛放并密封，然后將耐火容器壓入銅水中使金屬鉻顆粒全部釋放到銅水中，之后取出耐火容器備用，維持爐膛溫度在1300 1400。。之間； (3)用銅箔包裹金屬鋯，用耐火棒將包有金屬鋯的銅箔快速壓入銅水中，然后取出耐火棒，維持爐膛溫度在1250 1350°C之間，保溫5 10分鐘后停爐，扒渣； (4)調(diào)節(jié)熔煉爐功率，使?fàn)t膛內(nèi)溫度為1200 1300°C，然后將熔煉爐中的熔體轉(zhuǎn)入澆包中，之后進(jìn)行燒鑄。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非真空熔煉和澆鑄銅-鉻-鋯合金的方法，其特征在于，步驟(I)中，所述含銅原料包括電解銅和熔煉返料；所述覆蓋劑為重量比為1:1的碎玻璃和硼砂的混合物，覆蓋劑的加入量為含銅原料總重量的I 2%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的非真空熔煉和澆鑄銅-鉻-鋯合金的方法，其特征在于，步驟(2)中，所述耐火容器耐溫1350 1600°C ;盛放金屬鉻顆粒后，所述耐火容器的開口處以銅箔密封，銅箔厚度為I 1.5_。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的非真空熔煉和澆鑄銅-鉻-鋯合金的方法，其特征在于，所述耐火容器壓入銅水中的深度為10 15cm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的非真空熔煉和澆鑄銅-鉻-鋯合金的方法，其特征在于，步驟(3)中，所述耐火棒 為石墨棒；包有金屬鋯的銅箔壓入銅水中的深度為15 20cm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非真空熔煉和澆鑄銅-鉻-鋯合金的方法，其特征在于，所述澆包的底部設(shè)有與其一體連接的漏斗裝置，漏斗裝置內(nèi)設(shè)有塞棒。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種非真空熔煉和澆鑄銅-鉻-鋯合金的方法，包括(1)烘爐，將含銅原料和覆蓋劑裝入熔煉爐的爐膛內(nèi)，使含銅原料熔化為銅水；(2)將金屬鉻粉碎成粒徑為3～5mm的顆粒，用耐火容器盛放并密封，將耐火容器壓入銅水中使金屬鉻顆粒全部釋放到銅水中，維持爐膛溫度1300～1400℃；(3)用銅箔包裹金屬鋯，將包有金屬鋯的銅箔快速壓入銅水中，維持爐膛溫度1250～1350℃，保溫5～10分鐘后停爐，扒渣；(4)調(diào)節(jié)爐膛內(nèi)溫度為1200～1300℃，然后將熔煉爐中的熔體轉(zhuǎn)入澆包中，之后進(jìn)行澆鑄。本發(fā)明提供的方法，操作簡(jiǎn)單，成本低，金屬鉻和金屬鋯的氧化損失少并能夠進(jìn)行大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C22C9/00GK103184357SQ20111045017
公開日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2011年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月29日
發(fā)明者王新 申請(qǐng)人:北京新北銅鋁業(yè)有限責(zé)任公司