Качество кремниево-никелевой бронзы КН1-3 электрошлаковой выплавки из некомпактных отходов
Разработана технология электрошлаковой выплавки бронзы КН1-3 из некомпактных отходов. Исследовано качество полученного металла – химический состав, структура, некоторые механические и физические свойства. Определены оптимальные параметры термической обработки, позволяющие получать бронзу с набором т...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Современная электрометаллургия |
|---|---|
| Дата: | 2009 |
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2009
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96032 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Качество кремниево-никелевой бронзы КН1-3 электрошлаковой выплавки из некомпактных отходов / А.В. Гнатушенко, Ф.К. Биктагиров, А.П. Игнатов, Т.И. Грищенко // Современная электрометаллургия. — 2009. — № 4 (97). — С. 13-16. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859641638388760576 |
|---|---|
| author | Гнатушенко, А.В. Биктагиров, Ф.К. Игнатов, А.П. Грищенко, Т.И. |
| author_facet | Гнатушенко, А.В. Биктагиров, Ф.К. Игнатов, А.П. Грищенко, Т.И. |
| citation_txt | Качество кремниево-никелевой бронзы КН1-3 электрошлаковой выплавки из некомпактных отходов / А.В. Гнатушенко, Ф.К. Биктагиров, А.П. Игнатов, Т.И. Грищенко // Современная электрометаллургия. — 2009. — № 4 (97). — С. 13-16. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Современная электрометаллургия |
| description | Разработана технология электрошлаковой выплавки бронзы КН1-3 из некомпактных отходов. Исследовано качество полученного металла – химический состав, структура, некоторые механические и физические свойства. Определены оптимальные параметры термической обработки, позволяющие получать бронзу с набором требуемых эксплуатационных свойств.
Technology of electroslag melting of bronze KN1-3 of non-compact wastes has been developed. The quality of produced metal was investigated: chemical composition, structure, some mechanical and physical properties. Optimum parameters of heat treatment, allowing producing bronze with required service properties, were defined.
|
| first_indexed | 2025-12-07T13:22:23Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 669.187.56
КАЧЕСТВО КРЕМНИЕВО-НИКЕЛЕВОЙ БРОНЗЫ
КН1-3 ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ ВЫПЛАВКИ
ИЗ НЕКОМПАКТНЫХ ОТХОДОВ
А. В. Гнатушенко, Ф. К. Биктагиров,
А. П. Игнатов, Т. И. Грищенко
Разработана технология электрошлаковой выплавки бронзы КН1-3 из некомпактных отходов. Исследовано качество
полученного металла – химический состав, структура, некоторые механические и физические свойства. Определены
оптимальные параметры термической обработки, позволяющие получать бронзу с набором требуемых эксплуата-
ционных свойств.
Technology of electroslag melting of bronze KN1-3 of non-compact wastes has been developed. The quality of produced
metal was investigated: chemical composition, structure, some mechanical and physical properties. Optimum parameters
of heat treatment, allowing producing bronze with required service properties, were defined.
Ключ е вы е с л о в а : электрошлаковая выплавка; неком-
пактные отходы; бронза; отливка; качество металла; хими-
ческий состав; структура; механические свойства; терми-
ческая обработка
Среди большого разнообразия медных сплавов осо-
бую группу составляют дисперсионно-твердеющие,
к которым относится и кремнисто-никелевая бронза
КН1-3, не производимая в Украине. В то же время
имеются потребности в данном сплаве ввиду хоро-
шего сочетания его механических свойств и элект-
ропроводности.
В Институте электросварки им. Е. О. Патона
освоена и реализована технология электрошлаковой
выплавки из некомпактных отходов данного мате-
риала. Бронзу получали двумя способами. В первом
случае, в качестве исходной шихты для переплава
в электрошлаковой тигельной печи использовали
стружку, образующуюся в результате механической
обработки заготовок производства Кольчугинского
завода цветных металлов («КольчугЦветМет», Рос-
сия). Во втором случае, бронзу КН1-3 выплавляли
из шихты, состоящей из некомпактных (стружка,
обрезь) отходов меди и никеля с долегированием
во время плавки кремнием и марганцем непосред-
ственно из шлакового расплава. Для этого в исход-
ный шлак в нужном количестве добавляли компо-
ненты, содержащие кремний и марганец, а режим
плавки вели таким образом, чтобы восстановить эти
элементы в металл. И в том, и в другом варианте плавки
осуществляли по схеме, описанной в работах [1, 2].
По разработанной технологии путем разливки
металла в чугунную изложницу (кокиль) с разме-
рами внутреннего пространства 650 135 95 мм по-
лучены бронзовые отливки массой 75кг (рис. 1, а),
а разливкой в графитовую или стальную форму –
круглые полые отливки с наружным диаметром до
400 мм и массой до 100 кг (рис. 1, б). Такие заго-
товки используются для изготовления зажимных
токоподводящих элементов для машин контактной
стыковой сварки рельсов и труб. При необходимос-
ти некоторые отливки подвергали горячей дефор-
мации на прокатном стане VH-20260 фирмы «Шко-
да» с целью получения заготовок (пластин) требу-
емых геометрических размеров для изготовления
бронзовых деталей, используемых в различных ус-
тановках контактной стыковой сварки (рис. 1, в).
Качество заготовок оценивали по нескольким
критериям: внешний вид отливок, химический сос-
тав и структура металла, а также его основные ме-
ханические и физические свойства.
Отлитые в чугунную изложницу (кокиль) брон-
зовые заготовки, благодаря разливке под шлаком,
имели ровную и гладкую поверхность (рис. 1, а).
Ввиду утепления их верней части шлаком усадочная
полость имела сравнительно небольшую протяжен-
ность – 50… 60 мм, т. е. от отливки, имеющей от-
ношение высоты к приведенному диаметру около 6,
удаляется только 10 % массы, остальная часть яв-
ляется годной. Прокатанные пластины имели ров-
ную поверхность, а кромки были без трещин.
Структуру бронзы электрошлаковой выплавки
(ЭШВ) изучали по продольному срезу слитков и
прокатанной пластины. После шлифования и трав-
ления структура литой бронзы (рис. 2) состояла из
двух типов кристаллов. По краям слитка располо-
© А. В. ГНАТУШЕНКО, Ф. К. БИКТАГИРОВ, А. П. ИГНАТОВ, Т. И. ГРИЩЕНКО, 2009
13
жена зона столбчатых кристаллов, переходящая в
зону равноосных, несколько укрупненных зерен.
Такое строение объясняется условиями охлаждения
металла, разливаемого в кокиль. Сама структура
металла была плотной и однородной, без газовых
пор, неметаллических включений и других макроде-
фектов, структура катаного металла – однородная с
зернами, вытянутыми в направлении деформации.
Результаты химического анализа бронзы, полу-
ченной из стружки «КольчугЦветМет» и выплав-
ленной из отходов меди и никеля с долегированием
кремнием и марганцем, приведены в табл. 1. Как
видно, химический состав бронзы КН1-3 ЭШВ и в
одном, и в другом случаях полностью соответствует
ГОСТ 18175—78. Кроме химического состава, ме-
талл некоторых отливок анализировали на содер-
жание газов – кислорода и водорода (табл. 2). Из
представленных в этой таблице данных видно, что
содержание газов в металле электрошлаковой вып-
лавки остается примерно на одном уровне с метал-
лом, производимым предприятием «КольчугЦвет-
Рис. 1. Отливки (а, б) и катаные заготовки (в) из бронзы
Бр.КН1-3 электрошлаковой выплавки
Рис. 2. Макроструктура литого (а) и катаного (б) металла
Т а б л и ц а 1 . Химический состав бронзы электрошлаковой выплавки
Номер плавки
Массовая доля основных компонентов, % Массовая доля примесей, %
Ni Si Mn Cu Al Zn Pb Sn Fe
Бронза КН1-3
ГОСТ 18175—78
2,4… 3,4 0,6… 1,1 0,1… 0,4 Остальное ≤ 0,02 ≤ 0,1 ≤ 0,15 ≤ 0,1 ≤ 0,1
Бронза ЭШВ из стружки «КольчугЦветМет»
2 2,60 0,75 0,35 Остальное 0,02 0,08 0,08 0,10 0,08
10 3,30 1,10 0,20 »» 0,02 0,10 0,12 0,09 0,10
14 3,25 1,10 0,40 »» 0,02 0,10 0,06 0,08 0,10
22 2,80 1,00 0,37 »» 0,01 0,07 0,10 0,10 0,10
25 2,80 0,90 0,40 »» 0,02 0,10 0,07 0,06 0,10
Бронза ЭШВ из отходов меди, никеля с долегированием кремнием и марганцем
1 3,00 0,80 0,30 Остальное 0,015 0,09 0,07 0,08 0,10
4 2,50 0,80 0,25 »» 0,020 0,10 0.10 0,09 0,10
14
Мет», и не превышает предельно допустимых норм
для медных сплавов.
Для более полной оценки качества полученного
металла его подвергали испытаниям для определе-
ния механических свойств и электропроводности.
Бронзу испытывали как в литом, так и в деформи-
рованном состоянии. Для сравнения использовали
бронзу производства Кольчугинского завода.
Результаты механических испытаний приведены
в табл. 3, из которой следует, что свойства металла,
полученного из стружки заводской бронзы и из от-
ходов меди и никеля с долегировнием, находятся
на одном уровне. Кроме того, механические свойс-
тва бронзы после прокатки выше, чем у бронзы в
литом состоянии. Как следует из табл. 3, литая
бронза ЭШВ по механическим свойствам и элект-
ропроводности уступает заводскому металлу. Связа-
но это с тем, что металл «КольчугЦветМет» после
отливки подвергается деформационному уплотнению
путем протяжки в горячем виде через калиброванное
(120 90 мм) отверстие.
Многие изделия из бронзы КН1-3 в процессе
эксплуатации испытывают значительные механи-
ческие и тепловые нагрузки. В связи с этим они
должны иметь повышенные твердость, прочность и
электропроводность. Бронза КН1-3 способна к дис-
персионному упрочнению за счет выделения в мат-
рице фазы Ni2Si, образующейся в процессе распада
при отжиге (старении) пересыщенного твердого
раствора, получаемого вследствие предварительной
закалки сплава. Поэтому ее свойства во многом за-
висят от режимов термической обработки. Нами
проведены исследования влияния различных режи-
мов термической обработки на изменение свойств
бронзы ЭШВ. Для этого от отливок, полученных
из разных исходных материалов, вырезали одина-
ковые пластины для дальнейшей термической об-
работки. Вначале все пластины закаливали, а затем
подвергали отжигу (старению), изменяя в одном
случае температуру нагрева, во втором – продол-
жительность нагрева. Далее из этих пластин изго-
товили образцы для механических испытаний, по
результатам которых построили соответствующие
зависимости, отображающие изменение свойств
бронзы ЭШВ в зависимости от режимов термичес-
кой обработки (рис. 3—7). Определены оптималь-
Т а б л и ц а 2 . Содержание газов в бронзе ЭШВ
Номер плавки
Массовая доля газов, %
[H] [O]
Предельно допустимая
норма для медных сплавов
Не более
0,00054
Не более 0,005
Исходный металл (брон-
за «КольчугЦветМет»)
0,00025… 0,00028 0,00069… 0,0014
Бронза ЭШВ из стружки «КольчугЦветМет»
2 0,00026 0,00140
10 0,00024 0,00300
14 0,00035 0,00046
22 0,00024 0,00210
15 0,00031 0,00150
Бронза ЭШВ из отходов меди, никеля с долегированием
кремнием и марганцем
1 0,00017 0,00062
4 0,00030 0,00150
Т а б л и ц а 3 . Свойства бронзы КН1-3 электрошлаковой выплавки
Состояние металла σв, МПа σ0,2, МПа δ, % ψ, % HB αн, Дж/см
2
ρ, Ом⋅мм
2
/см
Бронза из стружки «КольчугЦветМет»
Литое 372… 380 188… 206 16… 20 35… 40 115… 124 85… 100 0,067
Деформированное 430… 455 268… 302 12… 17 32… 39 137… 148 80… 105 —
Бронза ЭШВ из отходов меди, никеля с долегированнием кремнием и марганцем
Литое 377… 390 170… 202 17… 20 37… 41 121… 125 70… 94 0,078
Деформированное 442… 454 282… 307 16… 20 36… 40 135… 150 83… 98 —
Бронза производства «КольчугЦветМет»
»» 490… 535 380… 410 16… 18 26… 30 150… 160 58… 65 0,053
Рис. 3. Зависимость твердости бронзы КН1-3 от температуры
(а) и времени отжига (б): 1 – бронза ЭШВ из стружки «Коль-
чугЦветМет»; 2 – бронза ЭШВ из отходов меди и никеля с
долегированием кремнием и марганцем
15
ные параметры термической обработки, позволяю-
щие получать бронзу КН1-3 ЭШВ с набором тре-
буемых эксплуатационных свойств.
Таким образом, разработанная технология ЭШВ
бронзы КН1-3 из некомпактных отходов позволяет
получать качественный металл, который после со-
ответствующей термической обработки можно ис-
пользовать для изготовления многих ответственных
деталей, в том числе зажимных токоподводящих
элементов в машинах контактной стыковой сварки.
1. Биктагиров Ф. К. Применение электрошлакового процес-
са с нерасходуемыми электродами для плавки, рафиниро-
вания и обработки металлов. Сообщение 2 // Современ.
электрометаллургия. – 2003. – № 1. – С. 5—9.
2. Электрошлаковый переплав стружки бронзы Бр. КН 1-3 /
В. А. Шаповалов, Ф. К. Биктагиров, А. В. Гнатушенко,
А. П. Игнатов // Удосконалення процесів і обладнання
обробки тиском в металургії і машинобудуванні: Темат.
зб. наук. праць. – Краматорськ, 2005. – С. 524—526.
Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины
Поступила 27.07.2009
Рис. 4. Зависимость прочности бронзы КН1-3 от температуры
(а) и времени отжига (б); обозн. 1, 2 см. на рис. 3
Рис. 5. Зависимость относительных удлинения и сужения бронзы
КН1-3 от температуры (а) и времени отжига (б); обозн. 1, 2 см.
на рис. 3
Рис. 6. Зависимость ударной вязкости aн бронзы КН1-3 от темпе-
ратуры (а) и времени отжига (б); обозн. 1, 2 см. на рис. 3
Рис. 7. Зависимость удельного электросопротивления бронзы
КН1-3 от температуры (а) и времени отжига (б); обозн. 1, 2 см.
на рис. 3
16
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-96032 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0233-7681 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T13:22:23Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Гнатушенко, А.В. Биктагиров, Ф.К. Игнатов, А.П. Грищенко, Т.И. 2016-03-10T13:08:10Z 2016-03-10T13:08:10Z 2009 Качество кремниево-никелевой бронзы КН1-3 электрошлаковой выплавки из некомпактных отходов / А.В. Гнатушенко, Ф.К. Биктагиров, А.П. Игнатов, Т.И. Грищенко // Современная электрометаллургия. — 2009. — № 4 (97). — С. 13-16. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. 0233-7681 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96032 669.187.56 Разработана технология электрошлаковой выплавки бронзы КН1-3 из некомпактных отходов. Исследовано качество полученного металла – химический состав, структура, некоторые механические и физические свойства. Определены оптимальные параметры термической обработки, позволяющие получать бронзу с набором требуемых эксплуатационных свойств. Technology of electroslag melting of bronze KN1-3 of non-compact wastes has been developed. The quality of produced metal was investigated: chemical composition, structure, some mechanical and physical properties. Optimum parameters of heat treatment, allowing producing bronze with required service properties, were defined. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Современная электрометаллургия Электрошлаковая технология Качество кремниево-никелевой бронзы КН1-3 электрошлаковой выплавки из некомпактных отходов Quality of silicon-nickel bronze KN1-3 of electroslag melting of non-compact wastes Article published earlier |
| spellingShingle | Качество кремниево-никелевой бронзы КН1-3 электрошлаковой выплавки из некомпактных отходов Гнатушенко, А.В. Биктагиров, Ф.К. Игнатов, А.П. Грищенко, Т.И. Электрошлаковая технология |
| title | Качество кремниево-никелевой бронзы КН1-3 электрошлаковой выплавки из некомпактных отходов |
| title_alt | Quality of silicon-nickel bronze KN1-3 of electroslag melting of non-compact wastes |
| title_full | Качество кремниево-никелевой бронзы КН1-3 электрошлаковой выплавки из некомпактных отходов |
| title_fullStr | Качество кремниево-никелевой бронзы КН1-3 электрошлаковой выплавки из некомпактных отходов |
| title_full_unstemmed | Качество кремниево-никелевой бронзы КН1-3 электрошлаковой выплавки из некомпактных отходов |
| title_short | Качество кремниево-никелевой бронзы КН1-3 электрошлаковой выплавки из некомпактных отходов |
| title_sort | качество кремниево-никелевой бронзы кн1-3 электрошлаковой выплавки из некомпактных отходов |
| topic | Электрошлаковая технология |
| topic_facet | Электрошлаковая технология |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96032 |
| work_keys_str_mv | AT gnatušenkoav kačestvokremnievonikelevoibronzykn13élektrošlakovoivyplavkiiznekompaktnyhothodov AT biktagirovfk kačestvokremnievonikelevoibronzykn13élektrošlakovoivyplavkiiznekompaktnyhothodov AT ignatovap kačestvokremnievonikelevoibronzykn13élektrošlakovoivyplavkiiznekompaktnyhothodov AT griŝenkoti kačestvokremnievonikelevoibronzykn13élektrošlakovoivyplavkiiznekompaktnyhothodov AT gnatušenkoav qualityofsiliconnickelbronzekn13ofelectroslagmeltingofnoncompactwastes AT biktagirovfk qualityofsiliconnickelbronzekn13ofelectroslagmeltingofnoncompactwastes AT ignatovap qualityofsiliconnickelbronzekn13ofelectroslagmeltingofnoncompactwastes AT griŝenkoti qualityofsiliconnickelbronzekn13ofelectroslagmeltingofnoncompactwastes |