190550. lajstromszámú szabadalom • Eljárás réz-króm-cirkon ötvözetek gyártására
1 190 550 2 A találmány tárgya eljárás réz-króm-cirkon ötvözetek gyártására, amelynek során legfeljebb 1,2%, előnyösen 0,7% krómot és legfeljebb 0,25%, előnyösen 0,2% cirkont tartalmazó rézolvadékba további ötvözőket adagolunk, majd tuskókat öntjünk, ezeket előkészítjük először melegen, azután hidegen alakítjuk, ahol az alakítás közben és/vagy után hőkezelést végzünk. Ismeretes, hogy az Igen jó villamos vezetőképességű réz alacsony szilárdságát ötvözéssel növelik. Ezen ötvözetek fontos csoportját alkotják a viszonylag alacsony (1-3%) ötvözőtartalmú, kiválásosan keményíthető rézötvözetek, amelyek megőrizve a jó villamos tulajdonságait, vagy azok némi csökkentése mellett a tiszta réz szilárdságának többszörösével rendelkeznek. A kiválásosan keményíthető rézötvözeteket elsősorban pont- és vonalhegesztő szerszámokként alkalmazzák, ahol a nagy szilárdság e szerszámok formatartását, deformációmentességét, kopásállóságát biztosítja, a jó villamos vezetőképesség pedig elsősorban a hőelvezetésről, a szerszámok hőteher- mentesítéséről gondoskodik. Természetes, hogy ezen ötvözetek igen fontos tulajdonsága a hőállóság, vagyis az ötvözet belső szerkezetének és sajátságainak stabilitása a munkahőmérséklet emelése során. A hegesztési gyakorlat azt mutatja, hogy a munkahőmérséklet pillanatszerűen eléri a 600—850°C-ot. A jó villamos- és hővezetőképességű kiválásos rézötvözeteket azért nem lehet más fémekkel helyettesíteni, mert a felületi munkahőmérséklet 900- 1000°C- ra növekedne. Emiatt azok a rézötvözetek sem alkalmasak pont- és vonalhegesztés céljaira, amelyek csupán a réz lágyulási hőmérsékletét növelik, hiszen ezek - pl.: az ezüsttel ötvözöttek - nem kiválásosak, s így a villamos vezetőképességűk viszonylag alacsony. A kiválásosan keményíthető rézötvözetek közül a legelteijedtebbek a króm (Cr), cirkónium (Zr), valamint a króm és cirkónium ötvözésűek. Ezen ötvözetek megfelelő körülmények között olvaszthatok vákuumban, nyitott, vagy atmoszférikus kemencében, védőgáz, vagy védőréteg (só- és/vagy faszéntakaró) alatt. A további technológiai lépés általában a melegalakítás - amely sajtolással vagy hengereléssel végezhető. Ezt követi a magas hőmérsékletű oldó hőkezelés, amelynek során az ötvöző elemek a rézmátrixszal szilárd oldatot képeznek. Ezt az állapotot az oldó hőkezelést követő gyors hűtéssel - edzéssel szobahőmérsékleten rögzítik. Az ötvözet előnyös tulajdonságait — azaz a magas szilárdságot és vezetőképességet - egy közbülső hőmérsékleten végzett ún. megeresztő hőkezelés eredményezi, amelynek során az edzéssel metastabilan szilárd oldatban maradt ötvözök jelentékeny része új, diszperz eloszlású fázis, vagy fázisok formájában kiválik. Igen elterjedt a megeresztő hőkezelés előtt alkalmazott hidegalakítás, amely a keménységnövelő hatása mellett elősegíti az ötvöző elemek kiválását is. A réz-króm, réz-cirkon és réz-króm-cirkon ötvözetek tulajdonságai és előállítási technológiák jól ismertek. A magas villamos vezetőképességű ötvözetek olvasztását szokásosan max. ICT* Hgmm nyomáson üzemelő tégelyes indukciós vákuumkemencében végzik a Cr és Zr oxigénhez való igen nagy affinitása miatt. Ehhez megfelelő (általában 10%-os) előötvözetet kell készíteni, ahol mind a Cr, mind a Zr leégés és betétsúlyhoz viszonyítva a 10-15%-ot is elérheti. Az eljárás igen költséges. Ismeretes, hogy a Cu-Cr ötvözet olvasztása és öntése gazdaságosan nyitott középfrekvenciás indukciós tégelykemencében is elvégezhető speciális össze-, tételű és megfelelő arányban kevert fedősó segítségével, az ún. „diffúziós ötvözéssel, közvetlen fém Cr bevitele mellett. (Ce-548j8. sz. magyar szolgálati találmány). Ennél az eljárásnál a króm beötvozése előtt az olvadékfürdőt alkalmazható Cu-Cr-Zr ötvözetekre is. Magas villamos vezetőképesség igénye esetén az eljárás nem előnyös. A biztonságos dezoxidáláshoz adagolt többlet foszfor ugyanis a rézmátrixban oldódik, amely nagymértékben csökkenti az anyag villamos vezetőképességét. Márpedig ez a hatás nehezen kerülhető el, miután az olvasztandó betétanyagok változó oxigéntartalma miatt a foszfor dezoxidens mennyisége nem határozható meg kellő pontossággal. Nem kevesebb probléma lép fel például a rudak gyártása során. A kokillába öntött körkeresztmetszetű tüsköt kikészítés után (felöntési fej levágása, hántolás) a szükséges sajtolási méretre darabolják. A tuskókat ezután ellenállásfűtésű kemencében 800— 900°C-ra előmelegítik, majd rúddá sajtolják. Következő technológiai lépés a rudak oldó hőkezelése 950-1030°C-on, majd vízben történő gyors edzése, amelynek során a homogén szilárd oldatot szobahőmérsékleten rögzítjük. E technológiai lépések az alábbi hátrányokkal járnak: — a sajtolt mdakat fel kell darabolni, hogy az általában legfeljebb 1500—2000 mm hosszúságú, homogén hőzónájú kemencébe behelyezhetők legyenek, — az ötvözetek végső tulajdonságai erősen függnek az edzés hűtési sebességétől. Az egyenletes hűtés a rudak hossziránya mentén nehezen biztosítható, — a levegős hőkezelés körülményei között a Cr és Zr ötvözök oxigénhez viszonyított nagy affinitása miatt a rudak felületén mintegy 0,3-0,4 mm mélységig belső oxidáció megy végbe, amely egyrészt a rudak felületi rétegének szilárdságát csökkenti, másrészt az edzés folyamán sűrűn elhelyezkedő hajszálrepedéseket eredményez. Ugyanez a helyzet magas hőmérsékletű sajtolás esetén is, — az oldó hőkezelésnél alkalmazott magas hőmérséklet hatására az ötvözet szemnagysága nagymértékben megnő, (néhány tized mm) a szemcseszerkezet eldurvul, amely a további technológiai lépések során jelentős képlékenységcsökkenést eredményez. A hagyományos technológia szerint az edzést követő hideghúzási folyamat is munkaigényes és gazdaságtalan, hiszen rövid rudak hegyeíésével és húzásával kell számolni. A technológiai lépést követően a hegyezett végek levágása továbbá erősen rontja a fajlagos értékeket. Mint már említettük, az oldó hőkezelés körülményei között, az anyag szemcseszerkezete erősen eldurvul: a szemcsenagyság helyenként a 0,5 mm-t is eléri. Az ilyen szemcseszerkezetű anyag képlékenysége rossz, az ötvözet a nemesítés előtt nem alakítható kellő mértékben, vagy ha igen, gyakori a szemcsehatármenti törés, különösen szennyezettebb alapanyag esetén. A szemcsehatármenti törékenység veszélye alacsony szennyezőtartalom esetén is nagy, hiszen a nagyméretű szemcsék miatt a szemcsék fajlagos felülete kicsi és így a szemcsehatárokon szeg 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
