铜-镍-硅两相淬火基材制造技术

一种铜－镍－硅淬火基材，其迅速将熔融合金固化成微晶或非晶态条。该基材由导热合金组成。它具有其中富铜区被硅化镍ｐａｓｓ的不连续网包围的两相微观结构。此微观结构基本上是均匀的。条铸造的完成随铸造时间变化只有极小的表面劣化。每次运行所铸造的材料的数量增加了，而没有用铜－铍基材时所遇到的毒性问题。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
1.专利
本专利技术涉及通过使熔融合金快速淬火制造条带或丝，特别是涉及用来获得快速淬火的铸造轮基材的组成和结构特性，以及该铸造轮基材的制备方法。2.现有技术说明合金条的连续铸造是通过在旋转的铸造轮上沉积熔融合金实现的。随着熔融合金流由铸造轮的快速移动淬火表面导热而被保持住并固化，形成条。固化条脱离冷却轮并由卷轴机进行处理。为连续铸造高质量的条，此淬火表面必须承受由于周期性地接触熔融金属和从铸造表面去除固化条所产生的热致机械应力。淬火表面内的任何缺陷都遭受熔融金属的渗入，因此在去除固化条时扯去部分冷却表面，导致冷却表面被进一步劣化。从而，在冷却轮上的某一给定轨道内铸造更长的条时，条的表面质量降低。高质量条的铸造长度为轮材料质量提供了一个直接的度量。提高淬火表面性能的关键因素在于(i)使用具有高导热率的合金，以便来自熔融金属的热量可以被吸走从而使条固化，和(ii)使用高机械强度的材料以保持在高温(＞500℃)下经受高应力水平的铸造表面的完整性。具有高导热率的合金并不具有高机械强度，特别是在高温下。因此，为使用具有足够强度特性的合金就牺牲了导热性。纯铜具有非常好的导热性，但在铸造短条后就显示出严重的轮损坏。例子包括各种铜合金等。另一选择，如欧洲专利EP0024506中所公开的，可以向铸造轮淬火表面上镀各种表面以提高其性能。在美国专利US4,142,571中详细记述了一种适合的铸造工序，其公开内容在此引入作为参考。现有技术的铸造轮淬火表面一般包括两种形式之一整体的或多部件的。前者中，合金实体块被塑造成任选配有冷却通道的铸造轮的形式。部件淬火表面包括许多片，其组装后构成铸造轮，如美国专利US4,537,239中所公开的。本公开对铸造轮淬火表面的改进适用于各种铸造轮。铸造轮淬火表面通常由单相铜合金或具有共格沉淀或半共格沉淀的单相铜合金制成。在用其制造轮/淬火表面之前先将合金铸造并以某种方式进行机械加工。除了与导热性折衷之外，还考虑了某些机械性能如硬度、拉伸和屈服强度以及延展率。这样做是为了对某一给定合金实现机械强度和导热性的最佳组合。这样做的理由主要有两个方面1)提供足够高的淬火速率以产生期望的铸造条微观结构，2)防止淬火表面发生热破坏和机械破坏而导致条的几何定型劣化并从而使铸件变得不可用。典型的具有共格或半共格沉淀的单相合金包括各种组成的铜铍合金和低铬浓度的铜铬合金。在环境温度下，铍和铬在铜中都只有极小的固溶度。条铸造过程非常复杂，为形成具有出众性能特征的淬火表面，需要认真考虑动态或循环的机械性能。用作淬火表面的原料单相合金的制造工艺可能会显著影响随后的条铸造性能。这可以归因于机械加工的量和随后在热处理之后产生的强化相。还可以归因于某些机械加工处理的方向性或离散性。例如，环形件锻造和挤出都会使工件产生各向异性的机械性能。不幸的是，该最终取向的方向一般并不与淬火表面内最有用的方向一致。为实现合金重结晶、晶粒生长和强化与单相合金基体的共格相沉淀所采用的热处理往往并不足以改善在机械加工步骤中所导致的不足。生成的淬火表面的微观结构具有不均匀的晶粒尺寸、形状和分布。美国专利US5,564,490和US5,842,511中公开了对这些单相铜合金的处理工艺的一些修改，其已经被用来获得均匀的精细等轴晶粒结构。精细晶粒均匀单相结构减少了大的凹陷在铸造轮表面的形成。这些凹陷在铸造过程中又会在接触轮的条表面上产生相应的“凸起”。许多这种可沉淀硬化的单相铜合金都包含铍作为其组分之一。为提高铸造表面的质量需要不断抛光的含铍合金的生物毒性方面构成了健康危险。因此，长久已来人们都在寻找那些表现出良好的熔融金属淬火性能而没有表面劣化的无毒合金。添加了其它元素的铜-镍-硅合金已经在电子工业中被用作铍铜合金的替换物，如美国专利US5,846,346中所公开的。第两相的沉淀被抑制，以提供高导热率和强度。日本专利公开S60-45696中建议加入14种添加剂以在某些科耳生族合金中产生非常精细的沉淀。这些基本单相的合金包含Cu和0.5到约4wt％的镍和0.1到约1wt％的硅。此基本单相的合金的可能铸造温度远低于快速淬火铸造表面的要求。因此在本领域中仍存在着对用于熔融合金快速固化的无毒冷却轮的需要，它可以在更长时间的铸造中通过防止快速破坏来保持铸造条的表面质量。此需要在此以前还未曾被现有的基本单相的铜合金所满足，即使是在很好地控制了晶粒结构时。专利技术概述本专利技术提供一种连续铸造合金条的装置。一般来说，该装置具有一个铸造轮，它包含一个快速移动的淬火表面，将沉积在其上的熔融合金层冷却以快速固化成连续的合金条。淬火表面由少量添加了其它元素并且少量分布了其它相的两相铜-镍-硅合金组成。一般而言，合金的组成基本上由约6-8wt％镍、约1-2wt％硅、约0.3-0.8wt％铬以及余量的铜和附带杂质组成。这种合金的两相微观结构包含被硅化镍和硅化铬的薄的、充分粘结的不连续网区域所围绕的铜相精细颗粒，从而形成晶胞结构。所述微观结构也可包含在铜相内部的硅化镍和硅化铬沉淀。用某些合金制造、铸造和机械加工方法以及最终热处理来制造具有此微观结构的合金。合金的微观结构决定着它的高导热率和高硬度与强度。导热率源自于铜相，而硬度源自于硅化镍和硅化铬相。围绕网相的分布产生了晶胞尺寸为1-250μm的晶胞结构，向熔融的熔体提供了一个基本均匀的淬火表面。这种合金在铸造时可以坚持更长时间而不劣化。用这种熔融合金可以铸造出长度很长的条，而不形成被称作“凸起”的表面突出或其它表面劣化。一般而言，本专利技术的淬火铸造轮基材由一种包括以下步骤的工艺制成(a)铸造一种铜-镍-硅两相合金坯料，其组成基本上由约6-8wt％镍、约1-2wt％硅、约0.3-0.8wt％铬以及余量的铜和附带杂质组成；(b)对上述坯料进行机械加工，以形成淬火铸造轮基材；和(c)对上述基材进行热处理，以得到晶胞尺寸为约1-1000μm的两相微观结构。铸造步骤必须制成其尺寸足以允许制造出所需大小的轮缘的铸锭。该铸锭应由高纯度的合金组分制成，并且该铸造程序应被设计成在固化过程中使随着树枝状晶间区域中硅化物的形成而形成的粗糙树枝状组织最少。机械加工步骤必须破坏在铸锭固化过程中形成的剩余硅化物结构，并且产生足够的应变以诱导在整个部件中均匀地成核和晶粒生长。机械加工过程中对铸锭的加工温度应为760-955℃。热处理步骤应使机械加工后的微观结构均匀化，并且使富铜相均匀成核和晶粒生长以制成所需的最终微观结构。使用两相晶态淬火基材有利地延长了铸造轮的使用寿命。在淬火表面上实施铸造的工作时间得到了显著增长，每次运行中铸造的材料量也增加了，而且没有使用铜-铍基材时所遇到的毒性问题。在所述淬火表面上铸造条的表面缺陷也少得多，由此，叠层系数也增加了(％层压)；由这种条制造的配电变压器的效率也提高了。淬火表面在铸造时的工作响应从一次铸造到另一次铸造非常一致，从而持续基本相同的运行时间是可再现的，维修安排也变得更为方便。有利地，在这种基材上快速固化的条的产量显著增加，涉及维修基材的停机时间被减到最少，工艺的可靠性得到提高。附图简述参照以下详细说明和附图，本专利技术将得到更充分的了解，而且其它优点也会变得显而易见，其中附图说明图1是连续铸造金属条装置的透本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将熔融合金快速固化成条的铜－镍－硅淬火基材，其具有两相微观结构，其中富铜区域的晶胞被硅化镍和硅化铬相的不连续网紧密包围。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：S妙英，RL贝伊，NJ德克里斯托法鲁，DW米尔尤尔，GBA舒斯特，
申请(专利权)人：梅特格拉斯公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]