способ производства изделий из свинцовых латуней

Классы МПК:C22F1/08 меди или ее сплавов 
Автор(ы):, , , , ,
Патентообладатель(и):ОАО "Каменск-Уральский завод по обработке цветных металлов" (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2007-04-05
публикация патента:

Изобретение относится к производству изделий и полуфабрикатов, в частности прутков и проволоки, из свинцовых латуней. Заготовки из свинцовых латуней, полученные холодной пластической деформацией в несколько проходов с промежуточными полными рекристаллизационными отжигами при температуре 550-700°С, подвергают предотделочной холодной пластической деформации, предотделочной термической обработке и отделочной холодной пластической деформации. Предотделочную термическую обработку осуществляют при температуре 200-250°С с выдержкой в течение 1-2 часов. Отношение коэффициентов вытяжки при предотделочной и отделочной деформациях устанавливают в интервале 1,09-1,17. Достигается стабильный уровень механических свойств - предела прочности и относительного удлинения изделий - в заданных интервалах при использовании в качестве шихтовых материалов ломов и отходов производства.

Формула изобретения

Способ производства изделий из свинцовых латуней, включающий получение заготовки холодной пластической деформацией в несколько проходов с промежуточными, полными рекристаллизационными отжигами при температуре 550-700°С, предотделочную холодную пластическую деформацию, предотделочную термическую обработку и отделочную холодную пластическую деформацию, отличающийся тем, что предотделочную термическую обработку осуществляют при температуре 200-250°С с выдержкой в течение 1-2 ч, а отношение коэффициентов вытяжки при предотделочной и отделочной деформациях устанавливают в интервале 1,09-1,17.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к производству полуфабрикатов из свинцовых латуней, в частности прутков и проволоки.

Известно, что свинцовые латуни очень хорошо обрабатываются резанием с получением мелкодисперсной сыпучей стружки; это облегчает ее удаление из зоны резания (что особенно важно при использовании станков-автоматов), способствует получению высокого качества поверхности деталей и повышению стойкости режущего инструмента [1]. Перечисленные положительные качества изделий из свинцовых латуней проявляются при легировании сплавов свинцом в интервале 0,6-3,0% и с содержанием в них меди от 58 до 74% [1, 3, 4, 6-10].

Однако поведение этих латуней при горячей и особенно при холодной деформации, как правило, вступает в противоречие с их обрабатываемостью резанием. Вместе с тем на современных автоматизированных линиях массового производства деталей проводятся операции как обработки давлением (обычно это холодная штамповка), так и резанием, поэтому промышленные предприятия проявляют повышенный интерес к полуфабрикатам, сочетающим в себе достаточно высокий уровень обрабатываемости и резанием, и давлением, разумеется, при соблюдении надлежащих прочностных и пластических характеристик, установленных нормативными документами.

При увеличении содержания меди в сплавах рассматриваемой группы от 58 до 70-74% возрастает сопротивление горячей деформации [1], соответственно повышается и усилие прессования заготовок под последующее волочение, что вынуждает либо снижать габариты и соответственно массу заготовок для прессования, либо увеличивать минимально возможные размеры сечения отпрессованных заготовок и тем самым удлинять маршруты волочения. И то и другое отрицательно сказывается на экономических показателях производства. Так, например, при прессовании на горизонтальном гидравлическом прессе (ГГП) усилием 17 МН литых порезанных в меру заготовок диаметром 172 и длиной 380 мм заявителем получены прессованные заготовки следующих минимальных диаметров (мм) и достигнуты соответствующие им максимальные коэффициенты вытяжки для сплавов:

ЛС59-16,0 822
Л63 10,2 284
ЛС63-3 16,0 116
Л68 19,0 82,

то есть четко проявляется обозначенная выше закономерность.

Дополнительным подтверждением вышесказанному служит сравнение стойкости игл (шт. прессовок) при прессовании трубных заготовок [5, табл.59] в зависимости от марок прессуемых латуней и инструментальных сталей, из которых выполнены иглы:

способ производства изделий из свинцовых латуней, патент № 2352682 3Х2В8Ф 4Х4ВМФС 4Х3М2ВФ
Л 63160-180 300-350 250-300
Л 96100 115100

Целесообразность получения прессованных заготовок минимального сечения диктуется реальностью снижения числа последующих проходов волочения для получения готового изделия. С другой стороны, при негативном влиянии увеличения содержания меди в рассматриваемых латунях, за счет более полной реализации физико-механических свойств сплавов вполне достижимо (как будет показано далее) повысить единичные и суммарные степени холодной деформации и, следовательно, сократить количество волочений и промежуточных отжигов.

Получение требуемых нормативными документами механических характеристик прутков и проволоки из свинцовых латуней особых затруднений не вызывает, если в качестве исходных сырьевых материалов используют свежие металлы, то есть плавку проводят без подшихтовки (или с минимальной подшихтовкой) отходами производства. Однако возникает серьезная проблема соблюдения стабильного технологического регламента, если использовать сырье с минимальной стоимостью, достигаемой за счет ввода в шихтовые материалы ломов.

В качестве прототипа выбран способ получения волочением прутков и проволоки, содержащий в качестве термических операций промежуточные рекристаллизационные (полные) отжиги [4]. Согласно известному способу волочение заготовки осуществляют за несколько проходов с промежуточными рекристаллизационными отжигами между ними при температуре 550-700°С, аналогично проводят предотделочное волочение с последующим предотделочным отжигом при той же температуре, цикл завершают операцией отделочного волочения. При такой технологической схеме требуемые механические свойства получают путем выбора оптимальной степени деформации (коэффициента вытяжки) при отделочном (чистовом) волочении.

Существенным недостатком известного способа является то, что при использовании в качестве шихтовых материалов разносортных ломов, начиная с определенного процентного содержания в шихте ломов проявляется значительная нестабильность (большой разброс) прочностной характеристики - предела прочности

способ производства изделий из свинцовых латуней, патент № 2352682 в и недостижение надлежащего уровня пластической характеристики - относительного удлинения способ производства изделий из свинцовых латуней, патент № 2352682 . Так, например, для прутков из латуни ЛС58-2 согласно ТУ эти свойства должны составлять: способ производства изделий из свинцовых латуней, патент № 2352682 вспособ производства изделий из свинцовых латуней, патент № 2352682 490,5 МПа и способ производства изделий из свинцовых латуней, патент № 2352682 =10-20%. Фактически получали способ производства изделий из свинцовых латуней, патент № 2352682 в=570-590 МПа (что формально отвечает требованиям ТУ), но при таких завышенных значениях способ производства изделий из свинцовых латуней, патент № 2352682 в относительное удлинение снижалось до величин способ производства изделий из свинцовых латуней, патент № 2352682 <10%, которые выходят за нижний предел, оговоренный техническими условиями на данный вид продукции.

Вследствие этого практически под каждую шихтовку приходится подбирать степени холодной деформации (варьировать режим обжатий) при волочении, обеспечивающие заданные характеристики продукции, что весьма затруднительно с учетом широкого марочного и размерного сортамента выпускаемых изделий. Практикой промышленного производства установлено, что для целесообразного «освежения сплава» (термин металлургов-плавильщиков) содержание в ломах меди и простых (двойных) латуней должно быть не менее 30-35%, разумеется, при условии, что содержание вредных примесей в ломах находится в пределах, оговоренных марочными стандартами. Конкретно: после получения слитка сплава, выплавленного с участием определенной группы и соответствующего количества ломов, его резки и прессования заготовки с получением так называемого контрольного бунта, проводят его опытное волочение по всему маршруту до готового диаметра проволоки с контролем ее механических свойств. При достижении удовлетворительных результатов характеристик проволоки, протянутой из контрольного бунта, принимают решение о запуске промышленной партии металла. В случае неудовлетворительного результата в режим обжатий вносят необходимые изменения и вновь ведут волочение контрольного бунта до получения механических свойств. Трудоемкость и значительная продолжительность приведенного цикла операций очевидны и в дополнительном комментарии не нуждаются.

Задачей предлагаемого способа деформационно-термической обработки изделий из свинцовых латуней является достижение стабильного уровня механических свойств - предела прочности и относительного удлинения изделий в заданных интервалах при использовании в качестве шихтовых материалов до 65-70% ломов и отходов производства.

Указанная задача решается тем, что в качестве предотделочной термообработки применяют нормализацию при температуре 200-250°С и выдержке при этой температуре от 1-го до 2-х часов; кроме того, отношение коэффициентов вытяжки в предотделочном и отделочном проходах устанавливают в интервале 1,09-1,17.

Технологическая схема согласно предлагаемому способу, в отличие от известного, содержит в качестве предотделочной термообработки нормализацию, то есть низкотемпературный отжиг, что обеспечивает стабильное, проверенное практикой на промышленных партиях проволоки диаметром 4,0-8,0 мм и прутков диаметром 5,0-16,0 мм восстановление пластических свойств сплавов до уровня, достаточного для отделочной деформации без появления каких-либо признаков разрушения. При этом в процессе нормализации несущественно (на 30-50 МПа) снижается предел прочности, который тем не менее при отделочном волочении с регламентированной вытяжкой надежно достигает значений, отвечающих требованиям стандарта. В [1, с.145] указано, что низкотемпературный отжиг, в частности полуфабрикатов из латуни марки ЛС59-1, имеет целью снятие внутренних напряжений и должен проводиться при t=285°С. Представляется, что жесткая фиксация температуры (285°С) не совсем корректна с учетом существующих производственных условий, для которых необходимо указывать интервал значений температуры (например, в варианте tнспособ производства изделий из свинцовых латуней, патент № 2352682 tв, где tн и tв - нижняя и верхняя границы интервала; либо в виде t±способ производства изделий из свинцовых латуней, патент № 2352682 t, где ±способ производства изделий из свинцовых латуней, патент № 2352682 t - допускаемые в условиях реального производства отклонения в верхнюю или нижнюю сторону от номинального значения температуры t). Опытно-промышленное исследование, проведенное заявителем, показало, что температурный интервал нормализации, принятый согласно предлагаемому способу равным 200-250°С, вполне достаточен для решения поставленной задачи, что подтверждено практическими данными действующего производства и представленным далее обоснованием.

Известно [2], что при кристаллизации сплавов свинец либо располагается в виде включений по границам зерен, либо выделяется в элементарной форме и обнаруживается на микрошлифах в виде мелких темных включений [3]. Это положительно сказывается при механической обработке и отрицательно - при холодной деформации, так как снижается максимально допустимая степень деформации; что касается горячей деформации, в частности прессования, то указанные особенности выделения свинца часто приводят к появлению поверхностных трещин даже при строгом соблюдении температурно-скоростного режима прессования.

При рассмотрении поведения свинцовых латуней после холодной деформации (волочения) и отжига выявляется ряд особенностей, порожденных фазовым и структурным состоянием сплавов. Если из структуры анализируемых свинцовых латуней условно удалить свинец, то виртуально получаются двойные латуни с содержанием меди 58-74%. В начальном этапе нагрева (после предварительной холодной деформации таких латуней) до 200-250°С наблюдается рост предела прочности на 5-10%, что, по всей вероятности, вызвано прохождением процессов первой стадии отжига, а именно - снятием остаточных напряжений [1, рис.72, 74, 79].

Кроме того, известно, что температура полного разупрочнения металла или сплава Тразупр =0,8 Тпл, где Тпл - температура плавления, выраженная в градусах шкалы Кельвина. Температура плавления свинца равна 327+273=600°С, следовательно, его Тразупр =0,8·600=480К, или 480-273=207°С. Таким образом, интервал 200-250°С, с учетом обеспечения точности его поддержания в условиях реального производства, представляется вполне обоснованным.

Анализ поведения свинца в этом интервале температур приводит к выводу о его полной рекристаллизации, однозначно сопровождающейся падением его предела прочности. На диаграммах зависимости предела прочности от температуры отжига для этих сплавов представлен суммарный результат, показывающий отсутствие роста предела прочности при температурах 200-250°С за счет снижения прочности межзеренных включений («прослоек») свинца [1, рис.163, 167, 171]. Обоснование длительности выдержки естественным образом следует из практических данных, реализованных в действующем производстве с целью прохождения полной рекристаллизации скоплений свинца, а именно: при поддержании температуры вблизи верхнего предела (250°С) выдержка должна составлять приблизительно 1 час (или немного более), для нижнего температурного предела (200°С) ее следует повышать до 2-х часов. Выявленные закономерности присущи практически всем широко применяемым свинцовым латуням как российских марок ЛС59-1, ЛС58-2, ЛС63-3, так и следующих зарубежных марок: CuZn40Pb2 и CuZn39Pb3 (no DIN), или CW617N и CW614N (по ENBS).

Отношение коэффициентов вытяжки в предотделочном и отделочном проходах, установленное согласно предлагаемому способу в интервале 1,09-1,17, обосновывается следующим несложным расчетом. Из многочисленных производственных данных заявителя известно, что при использовании в составе шихты до 65-70% разносортных ломов для изделий из наиболее широко распространенных марок свинцовых латуней ЛС59-1 и ЛС58-2 вытяжку в предотделочном проходе принимают способ производства изделий из свинцовых латуней, патент № 2352682 пред=1,2-1,4, а вытяжку в отделочном проходе назначают способ производства изделий из свинцовых латуней, патент № 2352682 отд=1,1-1,2, причем с учетом масштабного фактора для готовой проволоки повышенных диаметров (d>5 мм), а также прутков предпочтительно использование нижних пределов способ производства изделий из свинцовых латуней, патент № 2352682 пред и способ производства изделий из свинцовых латуней, патент № 2352682 отд (1,2 и 1,1); верхние пределы способ производства изделий из свинцовых латуней, патент № 2352682 пред и способ производства изделий из свинцовых латуней, патент № 2352682 отд (1,4 и 1,2) относятся к проволоке пониженных диаметров (dспособ производства изделий из свинцовых латуней, патент № 2352682 5 мм). Следовательно, в том и другом случае получаются следующие отношения:

для d>5 мм способ производства изделий из свинцовых латуней, патент № 2352682 пред/способ производства изделий из свинцовых латуней, патент № 2352682 отд=1,2/1,1=1,0909способ производства изделий из свинцовых латуней, патент № 2352682 1,09;

для dспособ производства изделий из свинцовых латуней, патент № 2352682 5 мм способ производства изделий из свинцовых латуней, патент № 2352682 пред/способ производства изделий из свинцовых латуней, патент № 2352682 отд=1,4/1,2=1,1666способ производства изделий из свинцовых латуней, патент № 2352682 1,17,

то есть такие, которые приведены в формуле предлагаемого изобретения.

Таким образом, обоснование нижних и верхних пределов интервалов способ производства изделий из свинцовых латуней, патент № 2352682 пред и способ производства изделий из свинцовых латуней, патент № 2352682 отд проведено наиболее естественным способом, основанным на использовании накопленной многолетней эмпирической информации; поэтому вполне логично, что по аналогии сформированы нижняя и верхняя границы интервала отношения

способ производства изделий из свинцовых латуней, патент № 2352682 пред/способ производства изделий из свинцовых латуней, патент № 2352682 отд, равные соответственно 1,09 и 1,17.

Что касается латуни марки ЛС63-3, из которой производится проволока диаметром от 1 до 10 мм, то для получения проволоки полутвердого и твердого состояний вытяжку в отделочном проходе назначают соответственно 1,15 и 1,25, и тогда для этих состояний:

способ производства изделий из свинцовых латуней, патент № 2352682 пред/способ производства изделий из свинцовых латуней, патент № 2352682 отд=1,25/1,15=1,09;

способ производства изделий из свинцовых латуней, патент № 2352682 пред/способ производства изделий из свинцовых латуней, патент № 2352682 отд=1,36/1,25=1,09,

то есть полученные отношения способ производства изделий из свинцовых латуней, патент № 2352682 пред/способ производства изделий из свинцовых латуней, патент № 2352682 отд находятся в указанном выше интервале 1,09способ производства изделий из свинцовых латуней, патент № 2352682 1,17. Для проволоки из латуни ЛС63-3 особотвердого состояния принимают вытяжку способ производства изделий из свинцовых латуней, патент № 2352682 отд=1,45, однако при такой высокой степени деформации, реализуемой в процессе однопроходного волочения, на проволоке довольно часто появляются поверхностные трещины, поэтому этого значения вытяжки достигают, как правило, за два прохода волочения (без проведения предотделочного отжига между ними) при способ производства изделий из свинцовых латуней, патент № 2352682 пред=1,26 и способ производства изделий из свинцовых латуней, патент № 2352682 отд=1,45/1,26способ производства изделий из свинцовых латуней, патент № 2352682 1,15. Следовательно, и для проволоки из латуни ЛС63-3 особотвердого состояния заявленный в формуле интервал отношения способ производства изделий из свинцовых латуней, патент № 2352682 пред/способ производства изделий из свинцовых латуней, патент № 2352682 отд=1,09-1,17 также соблюдается, поскольку 1,26/1,15=1,096.

Совокупность существенных признаков, сходных с наиболее близким аналогом:

- получение заготовки холодной пластической деформацией в несколько проходов [4, с.113-115, с.126];

- промежуточные полные рекристаллизационные отжиги при температуре 550-700°С [4, с.173];

- предотделочная холодная пластическая деформация [4, с.113-115, с.126];

- предотделочная термическая обработка в виде низкотемпературного отжига при температуре 285°С, выдержка не установлена [1, с.145];

- отделочная холодная пластическая деформация с коэффициентом вытяжки 1,25-1,47, или обжатием 20-32% [4, с.110];

- отношение коэффициентов вытяжки при предотделочной и отделочной деформациях - не установлено.

Совокупность отличительных признаков, влияющих на получение технического результата:

- предотделочную термическую обработку в виде низкотемпературного отжига осуществляют при температуре 200-250°С с выдержкой в течение 1-2 часов;

- отношение коэффициентов вытяжки при предотделочной и отделочной деформациях устанавливают в интервале 1,09-1,17.

В качестве примера конкретной реализации предлагаемого способа ниже приведена в кратком изложении технологическая схема производства круглых прутков диаметром 6 мм из сплава ЛС58-2.

Из шихты, содержащей до 65-70% ломов или отходов собственного производства и около 30% ломов двойных латуней или отходов (ломов) меди, проводят плавку в печи ИЛК-1,5 и полунепрерывным методом отливают слитки диаметром 165 мм, которые режут на мерные заготовки длиной 420 мм. Заготовки прессуют при температуре 720°С на ГГП усилием 17 МН на бунтовую заготовку диаметром 7,8 мм, которую подвергают травлению в 5-15%-ном растворе серной кислоты с последующей промывкой в холодной и горячей воде и сушкой. Бунты заготовки протягивают на волочильной машине В 1/550 с диаметром 7,8 на диаметром 7,2 мм, после чего отжигают в конвейерной печи с водяным затвором при температуре 730-750°С со скоростью движения цепи 5,7 м/ч. Отожженную заготовку протягивают на волочильной машине В 1/550 до диаметра 6,4 мм. Поскольку заготовка диаметром 6,4 мм является предотделочной для прутков диаметром 6,0 мм, то ее подвергают низкотемпературному отжигу (нормализации) при температуре 230±20°С и выдержке при этой температуре в течение 1,5 ч ± 15 мин, то есть параметры нормализации полностью соответствуют формуле заявленного способа. Окончательно чистовое (отделочное) волочение с диаметром 6,4 на диаметром 6,0 мм проводят на автоматизированной линии «Шумаг 6-20», в которой совмещены следующие операции: размотка бунта заготовки, острение ее переднего конца, предварительная правка в РПМ с вертикальными осями роликов, затем в РПМ с горизонтальными осями роликов, волочение, повторная правка, резка в меру, окончательная правка-полирование, укладка готовых прутков в приемный карман. Отношение коэффициентов вытяжки в предотделочном и отделочном проходах

способ производства изделий из свинцовых латуней, патент № 2352682 пред/способ производства изделий из свинцовых латуней, патент № 2352682 отд=(7,2/6,4)2:(6,4/6,0)2 =1,11,

следовательно, оно находится в интервале 1,09-1,17 согласно заявленному способу.

Полученный технический результат от использования предлагаемого технического решения можно проиллюстрировать следующим примером. Согласно ТУ прутки диаметром 6-12 мм из сплава ЛС58-2, относящиеся к одному из наиболее часто заказываемых видов продукции предприятиями машиностроительного комплекса, должны иметь следующие механические свойства: способ производства изделий из свинцовых латуней, патент № 2352682 вспособ производства изделий из свинцовых латуней, патент № 2352682 490,5 МПа; способ производства изделий из свинцовых латуней, патент № 2352682 =10-20%. При применении технологических режимов производства прутков по способу-прототипу получали: способ производства изделий из свинцовых латуней, патент № 2352682 вспособ производства изделий из свинцовых латуней, патент № 2352682 569-598 МПа; способ производства изделий из свинцовых латуней, патент № 2352682 =7-8%, то есть при существенно завышенных значениях способ производства изделий из свинцовых латуней, патент № 2352682 в величина способ производства изделий из свинцовых латуней, патент № 2352682 не укладывалась в нормированный интервал. При использовании технологического регламента согласно формуле заявленного способа механические свойства готовых прутков всех без исключения промышленных партий составляли: способ производства изделий из свинцовых латуней, патент № 2352682 вспособ производства изделий из свинцовых латуней, патент № 2352682 510-550 МПа; способ производства изделий из свинцовых латуней, патент № 2352682 =12-18%, то есть полностью удовлетворяли требованиям технических условий; прутки продуктивно использовались предприятиями-потребителями.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Смирягин А.П., Смирягина Н.А., Белова А.В. Промышленные цветные металлы и сплавы. М.: Металлургия, 1974. 488 с.

2. Мальцев М.В. Металлография промышленных цветных металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1970. 364 с.

3. Справочник по обработке цветных металлов и сплавов/под ред. Л.Е.Миллера. М.: Металлургиздат, 1961. 872 с.

4. Ерманок М.З., Ватрушин Л.С. Волочение цветных металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1988. 288 с.

5. Шевакин Ю.Ф., Грабарник Л.М., Нагайцев А.А. Прессование тяжелых цветных металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1987. 246 с.

6. Пресняков А.А. и др. Латуни. М.: Металлургия, 1969, 108 с.

7. Федоров В.Н., Ефремов Б.Н., Лаврентьев М.И. и др. Цветные металлы № 6, 1982. С.83-84.

8. Белоусов Н.П., Кондрашова В.Ф., Стрельцов Ф.Н. Цветные металлы № 5, 1988. С.92-94.

9. Титарев Н.Я., Демченко П.И. Цветные металлы № 7, 1992. С.66-68.

10. Козловских Н.Ф., Котельников В.П., Свинин В.И. и др. Цветные металлы № 3, 2000. C.112-114.

Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2352682

patent-2352682.pdf

Класс C22F1/08 меди или ее сплавов 

способ контроля и управления непрерывной термообработкой -  патент 2518039 (10.06.2014)
ультрамелкозернистый медный сплав системы cu-cr и способ его получения -  патент 2484175 (10.06.2013)
способ производства профилей из электротехнических бронз -  патент 2468877 (10.12.2012)
способ изготовления фольги для гибких печатных плат из двухфазных микрокомпозиционных материалов на основе меди -  патент 2432414 (27.10.2011)
высокопрочная фольга из микрокомпозиционного материала -  патент 2430188 (27.09.2011)
способ изготовления высокопрочных и износостойких электротехнических изделий из хромовых или хромциркониевых бронз с нано- и микрокристаллической структурой -  патент 2427665 (27.08.2011)
способ обработки бериллиевой бронзы для повышения ее прочностных параметров -  патент 2419674 (27.05.2011)
способ обработки полуфабриката из низколегированного дисперсионно-твердеющего медного сплава с содержанием никеля до 1,6%, бериллия 0,2-0,8% и титана до 0,15% -  патент 2416672 (20.04.2011)
медный сплав cu-ni-si-co для материалов электронной техники и способ его производства -  патент 2413021 (27.02.2011)
способ термомагнитной обработки деталей из бериллиевой бронзы -  патент 2401879 (20.10.2010)
Наверх