[发明专利]一种非真空生产大规格铜钛合金铸锭的方法

说明书

本发明属于铸造合金技术领域，特别是涉及一种非真空循环生产大规格铜钛合金铸锭的方法。本发明大规格铜钛合金铸锭采取非真空条件进行，根据热力学分析结果在生产过程中添加Zr元素来保护Ti不被烧损，与采用真空炉生产铜钛合金铸锭相比成本大幅度降低。铸造结束将炉渣进行焙烧，再依次通过氧化、氯化处理、镁热还原法、真空蒸馏等手段分离得到Zr、Ti，再将Zr、Ti和Cu真空熔炼，浇注，得到Cu‑Ti和Cu‑Zr中间合金继续作为生产铜钛合金铸锭的原料，实现了材料循环利用和生产过程连续进行，进一步降低了企业生产成本。

技术领域

本发明属于铸造合金技术领域，特别是涉及一种非真空生产大规格铜钛合金铸锭的方法。

背景技术

高强高弹铜合金广泛应用于接插件、开关、接触弹簧、端子等，其中应用最广泛的是铍青铜，铍青铜具有高强度、高弹性、高硬度和高耐磨性，综合性能十分优异。铍青铜虽被誉为“有色金属弹性之王”，但是铍是一种剧毒元素，在加工过程对人体危害极大。铜钛合金作为一种替代铍铜的材料得到了广泛的关注，铜钛合金除了具有与铍铜相媲美的性能外，在加工过程对环境十分友好。但是钛在大气环境下冶炼的烧损极大，钛的活泼性非常强同时还具有很强的还原性。钛在大气环境下冶炼的烧损主要分以下三部分：①Ti凭借其高还原性将渣中的某些金属化合物还原，使Ti元素进入到渣中；②Ti与空气中氧气反应生成钛的氧化物；③Ti在800℃以上便能够与空气中氮气反应形成TiN。因此，铜钛合金铸锭通常需要真空炉来生产，而大型的真空炉投资十分巨大，大大增加企业生产的成本。再者，合金铸造过程产生的炉渣往往因处理不当而无法循环利用，造成资源浪费。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供一种非真空条件下循环生产铜钛合金铸锭的方法，该方法不仅实现了Ti在非真空条件不被烧损氧化，还实现了铸造残渣的再循环利用。

本发明的上述目的可以通过下列技术方案来实现：一种非真空生产大规格铜钛合金铸锭的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1、配料：按以下质量百分比含量进行配料：Ti：1～5％、Zr0.8～1％，余量为Cu及不可避免的杂质；

S2、熔炼：将熔炼炉进行升温，先加入铜电解板，待全部加入后，再加入Cu-Mg中间合金脱氧，保温，捞渣，而后除气，除气结束后先加入Cu-Zr中间合金，随后加入Cu-Ti中间合金，待熔炼完成得合金液；

S3、铸造：将合金液于模具中浇注成型，在浇铸过程中间隔向炉内加入Cu-Zr中间合金，铸造得铜钛合金铸锭；

S4、富氧焙烧：铸造结束后将炉渣集中放置，进行焙烧；

S5、氯化：将焙烧后的主要成分用Cl₂进行氯化，并在反应过程中加入C；

S6、镁热还原：将氯化后的炉渣用Mg进行还原，真空蒸馏分离得到Ti和Zr；

S7、真空熔炼、浇注：将Ti和Zr分别和Cu在真空炉内熔炼，浇注，得到Cu-Ti和Cu-Zr中间合金继续作为生产铜钛合金铸锭的原料。

本发明大规格铜钛合金铸锭生产过程中选取Zr元素来保护Ti不被烧损，Zr的优点在于：Zr与Ti能无限固溶，不会形成化合物，见图4；根据图5、图6、图7和图8可知Zr与氧、氮、二氧化碳、水蒸气的反应吉布斯自由能比Ti与氧、氮、二氧化碳、水蒸气的反应吉布斯自由能更负，在Cu-Ti-Zr体系中，Zr要比Ti优先与氧、氮、二氧化碳、水蒸气进行反应。另外，Zr在Cu-Ti合金中能起到细化晶粒、抑制早期调幅组织形成和阻碍片层组织长大的作用；Zr相比Ti在熔体中保持较低的含量，从动力学上讲这能有效降低与氧、氮的反应速率；Zr与Ti的生产工艺十分相似，均采用先氯化，再用镁热还原，方便后续的回收再利用。