Сплав із заданою електропровідністю

Сплав із заданою електропровідністю, що включає мідь, цинк, алюміній, олово, який відрізняється тим, що додатково містить марганець, а компоненти сплаву знаходяться в наступному співвідношенні, мас. %: цинк 14-16 алюміній 0,9-1,1 олово 0,9-1,1 марганець 0,4-0,8 мідь решта. (19) (21) a200811591 (22) 29.09.2008 (24) 10.09.2009 (46) 10.09.2009, Бюл.№ 17, 2009 р. (72) ПЛІТЧЕНКО ВАЛЕРІЙ ВАСИЛЬОВИЧ, ШУМІХІН ВОЛОДИМИР СЕРГІЙОВИЧ, ЩЕРЕЦЬКИЙ ОЛЕКСАНДР АНАТОЛІЙОВИЧ, АПУХТІН ВОЛОДИМИР ВАСИЛЬОВИЧ (73) НАЦІОНАЛЬНИЙ БАНК УКРАЇНИ (56) SU 486064 A1, 30.09.1975 DE 20117131 U1, 28.02.2002 3 В основу винаходу поставлено завдання розробити сплав на основі міді із питомою електропровідністю в області 18% IACS, що забезпечить упевнене розпізнавання монет або жетонів в різних торгових або інших автоматичних пристроях. Поставлена мета досягається тим, що сплав із заданою електропровідністю, який включає мідь, цинк, алюміній, олово, згідно з винаходом, додатково містить марганець, а компоненти сплаву знаходяться в наступному співвідношенні, мас. % цинк 14÷16 алюміній 0,9÷1,1 олово 0,9÷1,1 марганець 0,4÷0,8 мідь Решта Цинк розчиняється в міді з утворенням тільки α-фази до 39 мас. %. При розчиненні додатково інших легуючих елементів область α-фази на діаграмі стану системи Cu-Zn-Me звужується (крім випадку розчинення нікелю), що відображається коефіцієнтом еквівалентності даного елементу по відношенню до цинку. Алюміній має коефіцієнт еквівалентності цинку - 5, підвищує корозійну стійкість в окислювальних умовах та механічні властивості томпаку та латуней, надає виробам з них більш світлого кольору. В той же час алюміній помітно окислюється при виплавці сплавів, утворює оксидні плівки та дефекти в зливках і прокатці. Підвищений вміст алюмінію визиває крихкість мідно-цинкових сплавів при холодній деформації. З врахуванням вищенаведеного, доцільно утримувати концентрацію алюмінію на рівні 1-1,5%. Олово має коефіцієнт еквівалентності цинку 2, суттєво підвищує корозійну стійкість в морській воді та її парах, підвищує зносостійкість, має добрі технологічні властивості, але дорогий та дефіцитний метал, тому легування оловом здійснюють звичайно до концентрації 1%. Марганець має добру розчинність в мідноцинкових сплавах, коефіцієнт еквівалентності цинку всього 0,5, підвищує корозійну стійкість по відношенню до хлоридів, перегрітого пару. При виплавці сплавів легко випаровується, при відпалі утворює на поверхні металу коричневу плівку. Невеликі добавки марганцю не мають помітного впливу на структуру сплавів, але надають їм тьмяного вигляду. Таким чином, ні один окремо взятий легуючий елемент не забезпечує потрібного комплексу властивостей, тому доцільно застосовувати комплексне легування, дотримуючись умови забезпечення однофазного стану сплавів, що обумовить технологічність при обробці тиском в гарячому та холодному станах, можливість нагартування та легкого відпалу, стабільність властивостей виробів при масовому виробництві, включаючи зносостійкість, корозійну стійкість, карбуємість, електропровідність. По впливу на зниження електропровідності мідноцинкових сплавів легуючі елементи розміщуються у наступному порядку: Zn-Mg-Ni-Sn-Mn-AlFe-Si-P. Виходячи з цього та властивостей елементів доцільно використати легуючий комплекс SnAl-Mn або Ni-Al, дотримуючись принципу гранично 88118 4 го легування однофазних сплавів. Прототип сплав «нордікс» має зависоку концентрацію алюмінію і відповідно питому електропровідність нижче заданої. Склад і співвідношення компонентів, що заявляються, дозволяють стабільно забезпечити питому електропровідність в заданому вузькому інтервалі, високу корозійну стійкість, високу пластичність, отримати золотистий колір виробів. Вміст цинку, алюмінію і олова вибрані такими, щоб забезпечити отримання однофазного твердого розчину αСu, що забезпечує стабільність властивостей сплаву при багатоетапному виготовленні виробів. Технологічний процес включає плавку, литво зливків у вигляді смуги, багатократну прокатку з проміжним відпалом, карбування. При кожній операції пластичної деформації або термообробки змінюється структура металу (розміри зерна і морфологія, зернограничні дефекти і т. п.), відповідно змінюється електропровідність, та інші структурно-чутливі властивості. Наявність однофазної структури в зливках дозволяє прогнозувати зміну властивостей при здійсненні технологічних операцій і отримати зрештою значення питомої електропровідності в заданому вузькому інтервалі. З метою точного регулювання властивостей сплаву, вміст олова і алюмінію завжди витримують на одномурівні з допуском ±0,1%, а вміст марганцю варіюють залежно від вмісту цинку, вмісту інших елементів - домішок, приймаючи до уваги інтенсивність впливу марганцю на зниження питомої електропровідності. Враховуючи високу розчинність марганцю в αСu, введення даного елемента в межах 0,4÷0,8% не впливає на стабільність однофазного стану сплаву. Хімічний склад і питома електропровідність відомого сплаву №1 і запропонованого №2-5 приведені в таблиці 1. Сплави №6 по №7 не відповідають по складу заявленій формулі винаходу, їх питома електропровідність виходить за встановлені межі. Порівняльні випробування електропровідності різних сплавів показали, що при вказаних концентраціях елементів досягається потрібний рівень питомої електропровідності. При цьому доцільно обмежувати вміст домішок, сумарна кількість яких не повинна перевищувати 0,5 мас. % (табл. 2). Відмінними особливостями процесу отримання сплаву є те, що за рахунок підбору шихтових матеріалів, використання флюсів в ході плавки, а також за рахунок рафінування в кінці плавки відомими дегазаторами або магнієм забезпечуємо мінімальну суму домішок. Технологічний процес складається з наступних етапів: - плавка сплаву в індукційних печах; - відливання смуги завтовшки 14-16 мм на установці безперервного литва; - фрезерування смуги по 0,5 мм з двох сторін; - холодна прокатка смуги в три проходи до товщини ~4 мм; - відпал смуги в печах із захисним конвертованим газом при температурі 750°С протягом 2 годин; 5 88118 - холодна прокатка смуги у стрічки завтовшки 1,35÷1,80 мм; - відпал стрічки в печах з відновлювальною атмосферою при температурі 750°С протягом 2 годин. - травлення, промивка і сушка стрічки; - калібрування стрічки і нагартовка до напівтвердого стану HV10/30 120-130 од. Після плавки, а також після відпалу стрічки проводиться вимірювання питомої електропровід 6 ності сплаву, яка повинна бути в межах 17,8±0,4% IACS, а також контроль структури металу. Повинна бути повністю однофазна структура сплаву, HV10/30 70-90 од. Таким чином, введення до складу сплаву комплексу легуючих елементів: цинку, алюмінію, олова, марганцю дозволяє стабільно забезпечити питому електропровідність в заданому вузькому інтервалі, високу корозійну стійкість і пластичність, а також отримати золотистий колір. Таблиця 1 Хімічний склад та питома електропровідність сплавів Питома електропровідність, % IACS Хімічний склад, мас. % № п/п 1 (аналог) 2 3 4 5 6 7 Zn 5 15,9 14,0 14,8 14,2 15,5 14,6 Аl 5 1,09 0,95 0,92 1,06 0,98 1,18 Sn 1 1,02 0,98 1,08 0,94 1,02 1,05 Mn 0,85 0,78 0,62 0,42 0,89 0,97 Сu 89 ост. ост. ост. ост. ост. ост. Σ прим. 0,5 0,42 0,43 0,48 0,45 0,38 0,47 16,4±0,4 17,8 18,2 18,0 17,9 19,3 17,1 Таблиця 2 Хімічний склад сплаву с заданою електропровідністю Сu ост. Zn Sn Al Mn Fе 14-16 0,9-1,1 0,9-1,1 0,4-0,8 0,08 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Si 0,06 Домішки, не більше мас. % S Р Рb Ві 0,008 0,007 0,008 0,004 Підписне As 0,002 Sb 0,003 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 Σ 0,5