PL B1. INSTYTUT METALI NIEŻELAZNYCH, Gliwice, PL

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (51) Int.Cl. B21C 23/08 ( ) B23P 17/04 ( ) C22C 5/06 ( ) C22C 5/08 ( ) C22C 5/10 ( ) (54) Sposób wytwarzania drutów ze spoiw twardych na bazie srebra (73) Uprawniony z patentu: INSTYTUT METALI NIEŻELAZNYCH, Gliwice, PL (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 05/07 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 09/11 (72) Twórca(y) wynalazku: STANISŁAW KSIĘŻAREK, Gliwice, PL BRONISŁAW BESZTAK, Gliwice, PL LUDWIK CIURA, Gliwice, PL ZBIGNIEW ŚMIESZEK, Gliwice, PL WITOLD MALEC, Gliwice, PL ANDRZEJ PRZYBYSZ, Gliwice, PL JERZY HELER, Gliwice, PL KRZYSZTOF DURST, Gliwice, PL ANDRZEJ KWAPIEŃ, Gliwice, PL KRZYSZTOF MARSZOWSKI, Gliwice, PL JANUSZ KRUCZEK, Gliwice, PL PL B1

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania drutów ze spoiw twardych na bazie srebra, zwłaszcza ze stopów zawierających wagowo: 37-57% Ag, 21-33% Cu, 15-30% Zn i 1,5-5,5% Sn. Dotychczas druty ze spoiw twardych na bazie srebra wytwarza się poprzez klasyczne wyciskanie przez matrycę wielootworową lub poprzez ciągłe odlewanie drutów. Otrzymane tymi metodami druty charakteryzują się małą podatnością do przeróbki plastycznej na zimno, przez co ich dalszy przerób jest dużą uciążliwością technologiczną. Możliwy jest przerób spoiw twardych metodą znaną z polskiego opisu patentowego nr Zgodnie z tym rozwiązaniem, sposób wyciskania wyrobów metalowych, także w postaci drutów, w połączonych procesach wyciskania współbieżnego lub przeciwbieżnego i wymuszenia dodatkowego odkształcenia plastycznego, poprzez okresowo zmienne skręcanie matrycy lub jej elementu składowego względem wyrobu umieszczonego w recypiencie albo poprzez okresowo zmienne skręcanie wyrobu usytuowanego w recypiencie względem matrycy, polegający na tym, że dodatkowe odkształcenie plastyczne wymusza się w strefie ścinania wyciskanego wyrobu. Uzyskuje się to dwoma sposobami: albo poprzez okresowo zmienne skręcanie wraz z matrycą części wyciskanego wyrobu, która przylega do matrycy lub jej elementu składowego wskutek nierówności uprzednio wykonanych na powierzchni matrycy lub jej elementu składowego stykającej się z wyrobem, względem pozostałej części wyrobu usytuowanej w recypiencie, albo poprzez okresowo zmienne skręcanie części wyciskanego wyrobu usytuowanego w recypiencie względem części wyrobu, która przylega do matrycy lub jej elementu składowego wskutek nierówności uprzednio wykonanych na powierzchni matrycy lub jej elementu składowego stykającej się z wyrobem od strony recypienta. W innej wersji znanego rozwiązania dodatkowe odkształcenie plastyczne wymusza się w strefie ścinania wyciskanego wyrobu, poprzez okresowo zmienne przesuwanie wraz z matrycą części wyciskanego wyrobu, która do niej przylega wskutek nierówności wykonanych uprzednio na powierzchni matrycy lub jej elementu składowego stykającej się z wyrobem, w kierunku odmiennym od kierunku wyciskania, względem pozostałej części wyrobu usytuowanej w recypiencie, albo poprzez okresowo zmienne przesuwanie części wyciskanego wyrobu usytuowanego w recypiencie względem części wyrobu, która przylega do matrycy lub jej elementu składowego stykającej się z wyrobem od strony recypienta, w kierunku odmiennym od kierunku wyciskania. Znany jest z polskiego zgłoszenia patentowego nr P sposób wytwarzania drutów ze stopów na bazie srebra typu Ag-Cd-Ni, polegający na topieniu stopów w indukcyjnym piecu topielnym lub topielno-odlewniczym, w tyglu grafitowo-ceramicznym pod pokryciem węgla drzewnego i boraksu oraz na odlewaniu ciągłym poziomym drutów o 7-10 mm, zwijanych w kręgi. Temperatura odlewania wynosi C. Druty w kręgach w stanie odlewanym poddaje się przeróbce plastycznej, wyłącznie na zimno, drogą walcowania bruzdowego ze zgniotem sumarycznym około 65% i następnie ciągnienia na wymiar przedgotowy, na ciągarkach bębnowych, ze zgniotami jednostkowymi 7-28,5% i zgniotem sumarycznym 55-97,5%.Tak wytworzone druty o wymiarze przedgotowym (nie poddawane w dalszej obróbce utlenianiu wewnętrznemu), poddaje się odtłuszczaniu i wyżarzaniu rekrystalizacyjnemu w temperaturze około 600 C, w czasie około 0,5 h, w atmosferze ochronnej gazu obojętnego. Druty następnie przerabia się na gotowo ze zgniotem 3,5-13,5% i poddaje wytrawianiu. Opisane znane sposoby wytwarzania drutu nie pozwalają wytwarzać cienkich drutów o dobrej strukturze wewnętrznej i dobrych własnościach lutowniczych. Niedogodności te rozwiązuje sposób według wynalazku. Zgodnie z wynalazkiem, do tygla pieca topielnego ładuje się kwalifikowane odpady ze spoiw twardych na bazie srebra, a następnie wprowadza się składniki stopowe w postaci czystych metali, przy czym najpierw wprowadza się srebro oraz miedź, a po ich stopieniu dodaje się cynk oraz cynę, po czym pod pokryciem topnika topi się stop. Można także wytapiać stop używając wyłącznie czystych składników stopowych, bez dodatku odpadów spoiw twardych. Ciekły stop podgrzewa się do temperatury C, zbiera się z powierzchni metalu topnik otrzymując czyste ciekłe spoiwo, które albo przelewa się bezpośrednio do pieca topielno-odstojowego linii ciągłego odlewania i odlewa się z niego metodą ciągłą pręty, korzystnie o średnicy 48 mm - 95 mm, albo odlewa się go do nagrzanej wlewnicy żeliwnej a otrzymane wlewki umieszcza się w piecu topielno-odstojowym linii ciągłego odlewania i topi je po czym z ciekłego spoiwa odlewa się metodą ciągłą pręty, korzystnie o średnicy 48 mm - 95 mm, albo w nagrzanej okrągłej wlewnicy żeliwnej odlewa się

3 PL B1 3 z niego wlewki, korzystnie o średnicy mm. Odlane pręty i wlewki tnie się na odcinki i przerabia je plastycznie na druty, przy czym przeróbkę plastyczną prowadzi się dwuetapowo. W pierwszym etapie uplastycznia się zimne odcinki prętów i wyciska z nich drut, zwykle o średnicy 2,70-3,50 mm, który korzystnie schładza się i zwija w kręgi. W drugim etapie, drut ciągnie się ze zgniotem 9-25%, zwykle do średnicy 2,59-3,05 mm, następnie wyżarza się go w temperaturze około 450 C, trawi się i ciągnie do wymiaru końcowego w jednym lub kilku ciągach, ze zgniotem jednostkowym 13,0-16% i zgniotem sumarycznym 30-42%, stosując międzyoperacyjne wyżarzanie w temperaturze około 450 C. Drut o wymiarze końcowym ewentualnie dodatkowo wyżarza się w temperaturze około 420 C i ewentualnie wybłyszcza się w 15% roztworze kwasu cytrynowego. Wszystkie operacje wyżarzania w drugim etapie przeróbki korzystnie prowadzi się w atmosferze ochronnej zawierającej objętościowo 95% N 2 + 5% H 2 przez około 3 h. Pierwszy etap przeróbki plastycznej można prowadzić odmiennie. W pierwszej odmianie pierwszego etapu przeróbki plastycznej, zimne odcinki prętów, bez nagrzania, uplastycznia się w strefie odkształcenia poprzez rewersyjny obrót matrycy korzystnie o kąt α = ± 16 z częstotliwością zmiany wychyleń matrycy wynoszącą 6-6,5 w ciągu sekundy i wyciska się przez matrycę jednootworową lub wielootworową drut o średnicy 2,70-3,50, stosując w trakcie wyciskania nacisk tłoczyska prasy Mg, a pręty po wyciskaniu korzystnie chłodzi się i zwija w kręgi. W drugiej odmianie pierwszego etapu przeróbki plastycznej odcinki prętów uplastycznia się poprzez nagrzanie ich do temperatury C, w piecu komorowym w atmosferze ochronnej N 2 lub w nagrzewnicy indukcyjnej. Następnie pręty poddaje się wyciskaniu na druty o średnicy 3,0-3,50 mm, z recypienta prasy którego tuleja robocza ma temperaturę około 500 C, przez matrycę o temperaturze około 300 C, stosując w początkowej fazie wyciskania prędkość wyciskania mm na minutę a później mm na minutę. Można też prowadzić wyciskanie ze stałą prędkością w całym zakresie wyciskania wynoszącą mm na minutę. Wyciskanie prowadzi się dla każdego odcinka pręta osobno albo też wyciska się około 2 / 3 długości odcinka pręta, wkłada się kolejny odcinek pręta i wyciska go zachowując prędkość wyciskania z poprzedniego odcinka. Otrzymane druty po wyjściu z matrycy korzystnie chłodzi się w specjalnej chłodnicy na wybiegu prasy i zwija w kręgi na zwijarce automatycznej. Otrzymane sposobem według wynalazku druty ze spoiwa twardego na bazie srebra mają zastosowanie do łączenia elementów z różnych gatunków stali stopowych, ponieważ posiadają bardzo dobrą rozpłynność i zwilżalność łączonych elementów, co ma zasadnicze znaczenie w wypełnieniu wąskich szczelin w połączeniach stalowych. Sposób według wynalazku przedstawiono dokładnie w poniższych przykładach. P r z y k ł a d 1 Do tygla pieca topielnego ładuje się 9,0 kg kwalifikowanych odpadów ze spoiw twardych na bazie srebra i kolejno: 19,96 kg srebra oraz 7,71 kg miedzi, a po ich stopieniu dodaje się 6,49 kg cynku oraz 1,64 kg cyny, i pod pokryciem 0,22 kg odwodnionego boraksu topi się stop. Ze stopu podgrzanego do temperatury 780 C, zbiera się topnik otrzymując czyste ciekłe spoiwo, które odlewa się do nagrzanej wlewnicy żeliwnej a otrzymane wlewki o średnicy mm umieszcza się w piecu topielno- -odstojowym linii ciągłego odlewania i topi je. Następnie z ciekłego spoiwa o temperaturze 780 C odlewa się metodą ciągłą pręty o średnicy 48 mm, które są cięte na odcinki o długości 150 mm i przerabia je plastycznie na druty, przy czym przeróbkę plastyczną prowadzi się dwuetapowo. W pierwszym etapie przeróbki plastycznej, zimne odcinki prętów, bez nagrzania, uplastycznia się w strefie odkształcenia poprzez rewersyjny obrót matrycy o kąt α = ± 16 z częstotliwością zmiany wychyleń matrycy wynoszącą 6 w ciągu sekundy i wyciska się przez matrycę jednootworową drut o średnicy 2,70 mm, stosując w trakcie wyciskania nacisk tłoczyska prasy 75 Mg. Pręty po wyjściu z matrycy chłodzi się wodą do temperatury otoczenia i zwija w kręgi na automatycznej zwijarce o średnicy bębna 600 mm. W drugim etapie, zwinięty w kręgi drut ciągnie się ze zgniotem 9,50% do średnicy 2,59 mm, następnie wyżarza się go w temperaturze 450 C przez 3 h, w atmosferze ochronnej zawierającej objętościowo 95% N 2 + 5% H 2, trawi się w specjalnym roztworze dla stopów srebra i ciągnie do średnicy 2,39 mm w jednym ciągu, ze zgniotem jednostkowym 15%. Drut o wymiarze końcowym wyżarza się w atmosferze ochronnej zawierającej objętościowo 95% N 2 + 5% H 2, w temperaturze 420 C przez 3 h, i wybłyszcza się go w 15% roztworze kwasu cytrynowego.

4 4 PL B1 P r z y k ł a d 2 Do tygla pieca topielnego ładuje się 50,0 kg kwalifikowanych odpadów ze spoiw twardych na bazie srebra i kolejno: 74,79 kg srebra oraz 64,18 kg miedzi, a po ich stopieniu dodaje się 57,2 kg cynku oraz 3,84 kg cyny, i pod pokryciem 1,25 kg odwodnionego boraksu topi się stop. Ze stopu podgrzanego do temperatury 860 C, zbiera się topnik otrzymując czyste ciekłe spoiwo, które przelewa się bezpośrednio do pieca topielno-odstojowego linii ciągłego odlewania. Następnie z ciekłego spoiwa odlewa się metodą ciągłą pręty o średnicy mm które tnie się na odcinki o długości 300 mm i przerabia je plastycznie na druty, przy czym przeróbkę plastyczną prowadzi się dwuetapowo. W pierwszym etapie przeróbki plastycznej odcinki prętów nagrzewa się do temperatury 550 C, w piecu komorowym w atmosferze ochronnej N 2. Następnie pręty poddaje się wyciskaniu na druty o średnicy 3,50 mm, z recypienta prasy którego tuleja robocza ma temperaturę 500 C, przez matrycę czterootworową o temperaturze 300 C, stosując w początkowej fazie wyciskania prędkość wyciskania 10 mm na minutę a później 45 mm na minutę. Wyciskanie prowadzi się w ten sposób, że najpierw wyciska się około 2 / 3 długości odcinka pręta, następnie wkłada się kolejny odcinek pręta i wyciska go zachowując prędkość wyciskania z poprzedniego odcinka. Otrzymane druty po wyjściu z matrycy chłodzi się w specjalnej rurkowej chłodnicy na wybiegu prasy i zwija w kręgi na zwijarce automatycznej. W drugim etapie, drut ciągnie się ze zgniotem 24%, do średnicy 3,05 mm, następnie wyżarza się go w piecu kołpakowym w temperaturze 450 C przez 3 h w atmosferze ochronnej zawierającej objętościowo: 95% N 2 + 5% H 2, po czym trawi się go w specjalnym roztworze dla stopów srebra i ciągnie do wymiaru końcowego w trzech ciągach: w pierwszym ciągu do średnicy 2,79 mm ze zgniotem jednostkowym 16%, w drugim ciągu do średnicy 2,57 mm ze zgniotem jednostkowym 15% i w trzecim ciągu do średnicy 2,39 mm ze zgniotem jednostkowym 13,5%, stosując międzyoperacyjne wyżarzanie w atmosferze ochronnej, korzystnie zawierającej N 2 + 5% objętościowych H 2, w temperaturze 450 C przez około 3 h. Drut o wymiarze końcowym dodatkowo wyżarza się w atmosferze ochronnej zawierającej objętościowo: 95% N 2 + 5% H 2, w temperaturze 420 C przez 3 h, i wybłyszcza się go w 15% roztworze kwasu cytrynowego. P r z y k ł a d 3 Do tygla pieca topielnego ładuje się 9,0 kg kwalifikowanych odpadów ze spoiw twardych na bazie srebra i kolejno: 19,96 kg srebra oraz 7,71 kg miedzi, a po ich stopieniu dodaje się 6,49 kg cynku oraz 1,64 kg cyny, i pod pokryciem 0,22 kg odwodnionego boraksu topi się stop. Ze stopu podgrzanego do temperatury 780 C, zbiera się topnik otrzymując czyste ciekłe spoiwo, które odlewa się do nagrzanej wlewnicy żeliwnej a otrzymane wlewki o średnicy mm są cięte na odcinki o długości 350 mm i przerabia je plastycznie na druty, przy czym przeróbkę plastyczną prowadzi się dwuetapowo. W pierwszym etapie przeróbki plastycznej odcinki wlewków nagrzewa się do temperatury 540 C, w piecu komorowym w atmosferze ochronnej N 2. Następnie poddaje się je wyciskaniu na druty o średnicy 3,50 mm, z recypienta prasy którego tuleja robocza ma temperaturę 500 C, przez matrycę czterootworową o temperaturze 300 C, ze stałą prędkością wyciskania 40 mm na minutę. Wyciskanie prowadzi się dla każdego odcinka pręta osobno. Otrzymane druty po wyjściu z matrycy chłodzi się w specjalnej rurkowej chłodnicy na wybiegu prasy i zwija w kręgi na zwijarce automatycznej. W drugim etapie, drut ciągnie się ze zgniotem 24%, do średnicy 3,05 mm, następnie wyżarza się go w piecu kołpakowym w temperaturze 450 C przez 3 h w atmosferze ochronnej zawierającej objętościowo: 95% N 2 + 5% H 2, po czym trawi się go w specjalnym roztworze dla stopów srebra i ciągnie do wymiaru końcowego w trzech ciągach: w pierwszym ciągu do średnicy 2,79 mm ze zgniotem jednostkowym 16%, w drugim ciągu do średnicy 2,57 mm ze zgniotem jednostkowym 15% i w trzecim ciągu do średnicy 2,39 mm ze zgniotem jednostkowym 13,5%, stosując międzyoperacyjne wyżarzanie w atmosferze ochronnej, korzystnie zawierającej N 2 + 5% objętościowych H 2, w temperaturze 450 C przez około 3 h. Drut o wymiarze końcowym dodatkowo wyżarza się w atmosferze ochronnej zawierającej objętościowo: 95% N 2 + 5% H 2, w temperaturze 420 C przez 3 h, i wybłyszcza się go w 15% roztworze kwasu cytrynowego. Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób wytwarzania drutów ze spoiw twardych na bazie srebra, w którym topi się stop w indukcyjnym piecu topielnym pod pokryciem boraksu a następnie odlewa z niego pręty lub wlewki które przerabia się plastycznie na zimno na druty z zastosowaniem wyżarzania w atmosferze ochronnej,

5 PL B1 5 znamienny tym, że do tygla pieca topielnego, po ewentualnym załadowaniu odpadów spoiw twardych, wprowadza się składniki stopowe w postaci czystych metali, przy czym najpierw wprowadza się srebro oraz miedź, a po ich stopieniu dodaje się cynk oraz cynę, a następnie pod pokryciem topnika topi się stop, po czym podgrzewa się go do temperatury C i zbiera się z jego powierzchni topnik, otrzymując czyste ciekłe spoiwo, które albo przelewa się bezpośrednio do pieca topielno- -odstojowego linii ciągłego odlewania i odlewa się z niego metodą ciągłą pręty albo odlewa się go do nagrzanej wlewnicy żeliwnej a otrzymane wlewki umieszcza się w piecu topielno-odstojowym linii ciągłego odlewania i topi je po czym z ciekłego spoiwa odlewa się metodą ciągłą pręty albo w nagrzanej okrągłej wlewnicy żeliwnej odlewa się z niego wlewki, po czym tak odlane pręty i wlewki tnie się na odcinki i przerabia je plastycznie na druty, przy czym przeróbkę plastyczną prowadzi się dwuetapowo, w pierwszym etapie zimne odcinki prętów i wlewków uplastycznia się w strefie odkształcenia poprzez rewersyjny obrót matrycy korzystnie o kąt α = ± 16 z częstotliwością zmiany wychyleń matrycy wynoszącą 6-6,5 w ciągu sekundy i wyciska się przez matrycę jednootworową lub wielootworową drut, stosując w trakcie wyciskania nacisk tłoczyska prasy na pręt Mg, a w drugim etapie przeróbkę plastyczną prowadzi się na zimno w ten sposób, że drut najpierw ciągnie się ze zgniotem 9-25%, następnie wyżarza się go w temperaturze około 450 C, trawi się i ciągnie w jednym lub kilku ciągach do wymiaru końcowego, ze zgniotem jednostkowym 13,0-16% i zgniotem sumarycznym 30-42%, stosując międzyoperacyjne wyżarzanie w temperaturze około 450 C, a otrzymany drut o wymiarze końcowym ewentualnie dodatkowo wyżarza się w temperaturze około 420 C, przy czym wszystkie operacje wyżarzania w drugim etapie przeróbki korzystnie prowadzi się w atmosferze ochronnej przez około 3 h. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w drugiej odmianie pierwszego etapu przeróbki plastycznej, zimne odcinki prętów i wlewków uplastycznia się poprzez nagrzanie ich do temperatury C w piecu komorowym z atmosferą ochronną, lub w nagrzewnicy indukcyjnej, po czym poddaje się je wyciskaniu na druty, z recypienta prasy którego tuleja robocza ma temperaturę około 500 C, przez matrycę o temperaturze około 300 C, stosując w początkowej fazie wyciskania prędkość wyciskania mm na minutę a później mm na minutę lub wyciskając pręty ze stałą prędkością w całym zakresie wyciskania wynoszącą mm na minutę, przy czy wyciskanie prowadzi się dla każdego odcinka pręta osobno lub po wyciśnięciu około 2 / 3 jego długości wkłada się kolejny odcinek pręta i wyciska go zachowując prędkość wyciskania z poprzedniego odcinka.

6 6 PL B1 Departament Wydawnictw UP RP Cena 2,46 zł ( w tym 23% VAT)