УДК 669.35:621.778.8
УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕЖИМЫ ПОЛУЧЕНИЯ БРОНЗОВОЙ ПРОВОЛОКИ ВЫСОКООТВЕТСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ
© Марущак Лариса Николаевна
ОАО «Каменск-Уральский завод по обработке цветных металлов». Россия, г. Каменск-Уральский
Железняк Лев Моисеевич, канд. техн. наук; Паршаков Станислав Иванович, канд. техн. наук;
Маслов Николай Викторович
ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина». Россия, г. Екатеринбург. E-mail: bsp@ustu
Статья поступила 22.03.2012г.
С целью улучшения служебных характеристик проволоки путем одновременного повышения электропроводности и временного сопротивления разрыву в производственных условиях реализован комплекс мероприятий, согласно которому в десятки раз сужены интервалы содержания легирующих в сплаве (по Сг и 2г в 48 раз, по Са в 18 раз), что позволило квалифицировать его состав как приближенный к оптимальному, т.е. отнести его к сплавам с «обоснованным легированием» и этим решить поставленную задачу.
Ключевые слова: хромоциркониевокальциевая бронза; проволока высокоответственного назначения; высокие прочность и электропроводность; новый технологический регламент; улучшение потребительских качеств продукции; пониженное электросопротивление; повышенный уровень прочности.
При организации производства проволоки высокоответственного электротехнического назначения из низколегированной хромоцирконие-вокальциевой бронзы необходимо принимать во внимание, что даже малое (порядка сотых долей процента) содержание легирующих, имеющих наименьшую растворимость в твердой меди и высокую энергию связи с дефектами кристаллического строения, оказывает серьезное влияние на возрастание температуры начала рекристаллизации, а также на служебные свойства изделий [1]. Согласно отечественной и зарубежной практике, правда, с некоторой долей условности, принята следующая градация степени легирования. В «микролегированных» сплавах содержание легирующих компонентов ограничено примерно до 0,01% (в ряде случаев до 0,05%), но при комплексном легировании эти верхние пределы могут быть снижены в несколько раз; «низколегированные» - это сплавы, для которых верхние пределы легирующих ограничены значениями 0,3-0,8%, иногда до 1,0%; при употреблении сплавов с традиционным «макролегированием» можно обозначить лишь нижние пределы, которые практически совпадают с верхними пределами для низколегированных сплавов и составляют 0,5-1,0% [1, 2].
Немаловажно, что в низколегированных сплавах общее количество легирующих обеспечивает на приемлемом уровне основные положительные свойства меди, существенно повышая при этом температуру разупрочнения и сопротивление де-
формации, причем при температурах эксплуатации выше температуры начала рекристаллизации основы сплава. Однако при этом важная физическая характеристика - удельное электросопротивление не должно превышать некоторую предельную величину. Разумеется, такая формулировка весьма приблизительна как по отношению к температурному и концентрационному ограничениям, так и к электропроводности, поскольку последняя зависит не только от суммарного содержания легирующих, но и от химического взаимодействия между ними, а также от состояния материала проволоки перед эксплуатацией. Кроме того, температура начала рекристаллизации меди изменяется в широких пределах - в зависимости от ее чистоты, степени холодной деформации, размера зерна, длительности термического воздействия и др. [2]. Несмотря на условность такого подхода, он позволяет ограничить группу сплавов определенными пределами легирования, от которых зависят как технологические режимы обработки полуфабрикатов, так и их структура и свойства.
По типу упрочнения сплавы, в частности, электротехнические делятся на две группы: ~ упрочняемые холодной деформацией (системы ~ Cu-Ag, Си-Сё, Cu-Mg и др.) и упрочняемые в « результате распада при искусственном старении пересыщенного твердого раствора, полученного £
с;
при закалке - дисперсионно-твердеющие спла- 5 вы. Последние обладают значительными пре- г
имуществами по сравнению со сплавами первой группы: повышенной температурой начала разупрочнения, удачным сочетанием механических свойств с электропроводностью и др. Известно [2], что надлежащий уровень электропроводности обусловлен минимальной концентрацией легирующих в твердом растворе, в равной мере это относится к системе Си-Сг-7г. Сплав Си-Сг-7г имеет более высокие прочностные свойства в интервале рабочих температур и разупрочняется значительно медленнее, чем сплав Си-Сг; с целью дополнительного повышения механических характеристик и электропроводности в сплав Си-Сг-7г вводят кальций. Вместе с тем существенным недостатком использования известных технологических режимов [3] являются практически непреодолимые трудности в обеспечении заданного уровня физико-механических свойств проволоки, предназначенной для изготовления токопроводящих жил, проводов и кабелей и удовлетворяющей следующим требованиям [4]:
- удельное электросопротивление проволоки постоянному току, приведенное к температуре +20 °С, должно быть не более 0,020 Ом-мм2/м;
- механические свойства: после низкотемпературного отпуска ств > 450 МПа, 5ю > 2%; после высокотемпературного отпуска ств > 400 МПа, 5ю > 5%;
- допускается снижение коррозионной стойкости не более чем на 15% при длительности эксплуатации до 30 тыс. ч в интервале рабочих температур от -60 до +250 °С;
- сохранение ресурса 10 тыс. ч при 250 °С либо при влажности до 98% и температуре 40 °С, либо при циклическом воздействии температур, либо при использовании проволоки в атмосфере морского тумана.
Представляется очевидным, что достижение в производственных условиях таких строго регламентированных показателей [4] при использовании известного технического решения [3] является чрезвычайно затруднительным, поскольку различие в содержании легирующих в сплаве составляет: по хрому - 80 раз (0,01-0,8%), по цирконию и кальцию - 60 раз (0,01-0,6%). Это решительно не соответствует конкретным и жестким требованиям, предъявляемым к материалу проволоки. Широта ^ интервалов легирующих согласно [3, 4] перекрыва-
о
ет все три типа сплавов - микро-, низко- и макроле-» гированные, что вряд ли можно признать обоснованным с позиции достижения целевого комплекса £ свойств продукции. Наибольшие трудности обу-5 словлены необходимостью сочетания достаточно г высокой прочности (при сохранении пластично-
сти) и повышенной температуры разупрочнения - с одной стороны, и получения высокой электропроводности - с другой. Одновременное повышение температуры начала рекристаллизации и рост электросопротивления по существу неизбежны, поэтому наиболее целесообразный выход из этой ситуации - создание сплавов, для которых максимальное улучшение одного из свойств сопровождается минимальным ухудшением другого, - принято квалифицировать как «обоснованное легирование»
[2]. Исключительно широкие интервалы содержания легирующих в сплаве [4] противоречат понятию «обоснованное легирование». По этой причине сплав указанного состава в его обобщенном варианте и режимы его обработки не могут быть продуктивно использованы для получения целевого комплекса свойств проволоки.
Например, согласно [3], закалку промежуточной заготовки следует проводить с температуры 900 °С. Авторами установлено, что при волочении промежуточной заготовки, закаленной с этой температуры, повышается обрывность, на макрошлифах мест обрыва обнаруживается крупнозернистая структура; следовательно, эта температура закалки завышена и приводит к росту зерна. Кроме того, степень деформации при волочении е = 66% [3] явно занижена, чтобы обеспечить достаточную проработку структуры промежуточной заготовки в процессе волочения и получить высокие значения ав готовой проволоки. Дополнительно установлено, что оба вышеуказанных фактора повышают электросопротивление проволоки, тем самым снижая ее потребительский уровень. Низкотемпературный отпуск, проводимый согласно
[3] при 450 °С, также повышает электросопротивление по сравнению с отпуском при более высоких температурах, в частности 475 и 500 °С [1, рис. 20]. Конкретно, проволока, обработанная по режимам, приведенным в [3], имеет электропроводность на уровне 83-87% электропроводности меди, однако (с учетом достигнутого авторами и показанного далее результата) этот уровень может быть существенно повышен.
С целью значительного улучшения служебных свойств проволоки путем одновременного повышения электропроводности и временного сопротивления разрыву в производственных условиях реализовали следующий комплекс мероприятий [7].
1. Проволоку выполнили из сплава следующего состава, мас. %: Сг 0,15-0,25; 7г 0,15-0,25; Са 0,03-0,10; Си остальное.
2. Закалку промежуточной заготовки провели с температуры 800 °С, ее волочение осуществили
с е = 88^96%, низкотемпературный отпуск - при г = 480^500 °С в течение т = 3,5^4,0 ч.
3. Чистовое волочение осуществили с е > 84%.
4. Режим высокотемпературного отделочного отпуска: г = 540^550 °С, время нахождения проволоки в рабочем пространстве протяжной печи т > 15с.
В итоге проволока, выполненная из сплава с существенно скорректированным составом - бронзы БрХЦрК 0,2-0,2-0,1 и обработанная по вышеуказанному технологическому регламенту, имеет электропроводность 91-97% электропроводности электротехнической меди и ав = 540^590 МПа, т.е. гарантированно достигнуты улучшенные эксплуатационные характеристики, уровень которых существенно превышает их значения в известном техническом решении [3] и в требованиях ТУ [4]. В десятки раз суженные интервалы содержания легирующих в сплаве (по хрому и цирконию в 48 раз, по кальцию в 18 раз) позволяют квалифицировать его химический состав как приближенный к оптимальному, а также отнести его к сплавам с «обоснованным легированием» [2] - и тем самым успешно решить поставленную задачу. Ниже изложено обоснование технологических режимов с целью получения проволоки с надлежащими свойствами.
Известно, что высокие электро- и теплопроводность определяются минимальной концентрацией легирующих в твердом медном растворе, зафи
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.