Медно-никелевый сплав

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт технологии металлов Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Марукович Евгений Игнатьевич Карпенко Михаил Иванович Харьков Виталий Александрович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт технологии металлов Национальной академии наук Беларуси(57) Медно-никелевый сплав, содержащий никель, кобальт, марганец, железо, кремний и медь, отличающийся тем, что дополнительно содержит алюминий и хром при следующем соотношении компонентов, мас.никель 1,70-6,50 кобальт 0,30-0,80 марганец 0,10-0,80 железо 0,02-0,50 кремний 0,02-0,90 алюминий 0,20-2,00 хром 0,10-1,20 медь остальное. Изобретение относится к области металлургии, в частности к коррозионно-стойким и термостойким электропроводным медно-никелевым сплавам для изготовления изделий электротехнической промышленности, работающих при повышенных температурах. Известен коррозионно-стойкий медно-никелевый сплав МНА 13-3 1, содержащий мас.никель 12-15 алюминий 2,3-3,0 марганец до 0,5 железо до 0,1 свинец до 0,002 медь остальное. Известный сплав обладает удовлетворительными характеристиками коррозионной и термической стойкости, но высоким электросопротивлением, что снижает характеристики электропроводности и эксплуатационных свойств изделий электротехники. 18420 1 2014.08.30 Известен также термостойкий медно-никелевый сплав 2, содержащий, мас.никель 0,8-4,0 титан 0,2-4,0 цинк 0,1-2,0 медь остальное. Высокое содержание титана в известном сплаве снижает электропроводность, коррозионную стойкость и эксплуатационные свойства изделий электроники. Термическая стойкость сплава не превышает 300-550 С, а удельное электросопротивление 0,45-0,47 мкОмсм при 20 С. По технической сущности и достигаемому эффекту наиболее близким к предложенному является медно-никелевый сплав МНЖКТ 5-1-0,2-0,2 3 следующего химического состава, мас.никель 5,0-6,5 кобальт 5,0-6,5 марганец 0,3-0,8 железо 1,0-1,4 кремний 0,15-0,3 титан 0,1-0,3 медь остальное. Известный сплав обладает следующими физико-механическими свойствами временное сопротивление, МПа 461-580 относительное удлинение,3-5 термическая стойкость, С 380-600 коррозионная стойкость, мм/год 0,0025-0,003 электропроводность (в сравнении с электропроводностью чистой меди),28-37 3 плотность, г/см 8,3-8,42 ударная вязкость, Дж/см 2 46-60. При использовании известного сплава для изготовления электродов электрических контактов, электровыводных рамок и других изделий электротехники отмечаются недостаточные характеристики электропроводности, упругопластических свойств и эксплуатационной стойкости. Присутствие в известном сплаве титана изначально значительно снижает характеристики электропроводности и эксплуатационной стойкости при высоких температурах. Задачей данного технического решения является повышение упругопластических и эксплуатационных свойств. Поставленная задача решается тем, что медно-никелевый сплав, содержащий никель,кобальт, марганец, железо, кремний и медь, дополнительно содержит алюминий и хром при следующем соотношении компонентов, мас.никель 1,70-6,50 кобальт 0,30-0,80 марганец 0,10-0,80 железо 0,02-0,50 кремний 0,02-0,90 алюминий 0,20-2,00 хром 0,10-1,20 медь остальное. Существенными отличиями предложенного медно-никелевого сплава являются дополнительное введение в его состав алюминия и хрома, исключение титана, имеющего высокое электросопротивление, что существенно повышает его электропроводность, упругопластические и эксплуатационные свойства. 2 18420 1 2014.08.30 Дополнительное введение в состав медно-никелевого сплава алюминия обеспечивает повышение электропроводности, пластичности и эксплуатационных свойств. Увеличение концентрации алюминия более 2,00 повышает возникновение дисперсных оксидов 23, пленообразование, снижает упругопластические свойства и термостойкость. При снижении содержания алюминия до 0,20 коррозионная стойкость, пластичность и эксплуатационные свойства недостаточны. Введение хрома обусловлено его положительным влиянием на повышение термической стойкости, дисперсности структуры, упругопластических свойств и износостойкости,но при увеличении его содержания более 1,20 снижаются характеристики электропроводности, ударной вязкости и технологических свойств. Никель (1,70-6,50 ) обеспечивает микролегирующее влияние на структуру сплава,повышает термическую стойкость и эксплуатационные свойства при повышенных температурах эксплуатации. При его содержании до 1,70 микролегирующий эффект недостаточен, а при увеличении его концентрации более 6,50 снижаются характеристики электропроводности и эксплуатационных свойств. Введение кобальта в количестве 0,30-0,80 снижает затраты и упрощает технологию производства сплава, повышает термическую стойкость и эксплуатационные свойства. При содержании его до 0,30 влияние сказывается незначительно. При увеличении концентрации его более 0,80 повышаются характеристики электросопротивления сплава и отмечается снижениепластичности и ударной вязкости. Марганец в количестве 0,10-0,80 раскисляет расплав, повышает дисперсность структуры, термостойкость, износостойкость и эксплуатационные свойства. Однако при увеличении его концентрации более 0,80 снижаются упругопластические свойства и электропроводность сплава. Снижение содержания железа до 0,02-0,50 обусловлено его отрицательным влиянием на электросопротивление и эксплуатационные свойства сплава при повышенных температурах, которое особенно сказывается при концентрации более 0,50 . Кремний (0,02-0,90 ) способствует очистке сплава от кислорода и водорода, повышает термическую стойкость и сопротивляемость коррозии. Повышение концентрации кремния более 0,90 усиливает процессы ликвации и пленообразования, что снижает упругопластические свойства, электропроводность и теплопроводность. При его концентрации до 0,02 структура и свойства изменяются несущественно. Плавку медно-никелевых сплавов производят в индукционных тигельных печах под покровом древесного угля. В качестве шихтовых материалов используют медь марки 1,полуфабрикатный никель НПЗ, содержащий кобальт, лигатуру АМС и металлургический марганец 1. Расплав с температурой 1300-1330 С раскисляют марганцем и лигатурой АМС, которые перед введением в жидкий металл подогревают. После раскисления в расплав вводят алюминий, а для уменьшения его окисления в покров вводят криолит. После выдержки расплава в печи в течение 5-10 мин медно-никелевые сплавы известного и предложенного составов разливают в металлические формы для получения образцов, технологических проб, стержней для наплавки и изделий электротехники. В табл. 1 приведены химические составы медно-никелевых сплавов опытных плавок. Образцы и изделия электротехники подвергали термической обработке по режиму нагрев и закалка с температуры 900 С и отпуск при 500 С. В табл. 2 приведены физико-механические свойства сплавов. Как видно из табл. 2, предложенный медно-никелевый сплав обладает более высокими характеристиками ударной вязкости, относительного удлинения и эксплуатационных свойств, чем известный сплав. 18420 1 2014.08.30 Таблица 1 Компоненты Никель Кобальт Алюминий Хром Марганец Железо Кремний Медь Содержание компонентов, мас.2 3 4 5 1,5 1,7 5,3 6,5 0,1 0,3 0,5 0,8 0,1 0,2 1,2 2,0 0,03 0,1 0,6 1,2 0,07 0,1 0,5 0,8 0,7 0,5 0,3 0,02 0,01 0,02 0,57 0,9 остальное остальное остальное остальное Свойства медно-никелевых сплавов для составов 1 (изв.) 2 3 4 5 6 531 574 635 680 674 612 4 5 7 10 8 6 480 512 660 750 710 645 52 55 68 72 70 63 2,65 2,62 2,48 2,30 2,41 2,57 0,0028 0,0025 0,0019 0,0017 0,0020 0,0021 Источники информации 1. ГОСТ 492-73. 2.4612167, МПК 22 9/06, 1986. 3 Раскатов В.М., Чуенков В.С., Бессонова Н.Ф. и др. Машиностроительные материалы Краткий справочник. - М. Машиностроение, 1980. - С. 16 (табл. 39). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4