Лигатура медь в слитках CuCo15: кобальтсодержащий модификатор для алюминиевых и медных расплавов
Лигатура CuCo15 — это двойной сплав на основе меди с массовой долей кобальта 13–17 %, поставляемый в виде слитков. Материал относится к классу шихтовых лигатур и применяется для введения кобальта в расплавы на основе алюминия, меди и никеля, где чистый кобальт имеет температуру плавления 1495 C и ограниченную растворимость. Медная матрица обеспечивает плотность лигатуры 8,6–8,8 г/см, что снижает ликвационное расслоение при вводе в алюминиевые расплавы с плотностью 2,3–2,7 г/см и ускоряет растворение добавки.
Состав и технические характеристики
Сплав получают плавкой меди марки М00к или М0к с кобальтом металлическим К0, К1 в индукционных тигельных печах с последующей разливкой в изложницы. Основные нормируемые параметры:
- массовая доля кобальта — 13–17 % (типовое значение 15 %);
- массовая доля меди — основа, не менее 82 %;
- примеси железа, никеля, свинца — суммарно не более 0,5 %;
- температура плавления лигатуры — 1180–1260 C;
- температура разливки — 1250–1320 C;
- форма слитка — плоская или трапециевидная, масса 1–5 кг.
Раскисление расплава перед вводом лигатуры выполняют флюсами на основе криолита или хлоридов щелочных металлов, что предотвращает окисление кобальта и образование тугоплавких шпинелей CoAlO в алюминиевых сплавах.
Типовые параметры слитков CuCo15
| Параметр | Значение | Допуск | Метод контроля | Влияние на плавку |
|---|---|---|---|---|
| Массовая доля Co | 15 % | 2 % | спектральный анализ | расчёт навески |
| Плотность | 8,7 г/см | 0,1 | гидростатическое взвешивание | погружение в расплав |
| Температура плавления | 1220 C | 40 C | ДТА | перегрев расплава |
| Усвоение Co | 92–96 % | — | баланс по шихте | корректировка ввода |
| Масса слитка | 3 кг | 0,2 кг | весовой контроль | дозирование в ковш |
Области применения
Лигатура CuCo15 востребована там, где требуется точное легирование кобальтом без введения тугоплавкой чистой добавки:
- алюминиевые сплавы систем Al–Cu–Co для поршней ДВС и деталей ГБЦ, работающих при 250–350 C;
- жаропрочные никелевые сплавы, выплавляемые в вакуумно-индукционных печах;
- медные сплавы с повышенной теплостойкостью для контактных наконечников сварочных машин;
- специальные бронзы для узлов трения прокатного оборудования;
- присадки в литейные алюминиевые сплавы для измельчения зерна и повышения жаропрочности.
Ввод лигатуры производят в ковш или печь при температуре расплава на 50–80 C выше температуры ликвидуса базового сплава. Для алюминиевых расплавов оптимальный перегрев — 740–780 C, для медных — 1200–1250 C. Крупные слитки предварительно дробят до фракции 20–50 мм для ускорения растворения.
Упаковка, маркировка, условия хранения
Слитки поставляются в металлических контейнерах или деревянных ящиках с выстилкой, масса партии — от 50 до 1000 кг. Каждая партия сопровождается сертификатом качества с указанием фактического химического состава по кобальту и примесям. Хранение — в закрытых сухих складах при относительной влажности не выше 70 %; контакт с влагой вызывает образование оксидной плёнки на поверхности слитков, что увеличивает угар при плавке.
Вопросы и ответы
Какое усвоение кобальта обеспечивает лигатура CuCo15 при вводе в алюминиевый расплав?
При перегреве расплава до 740–780 C и предварительном раскислении усвоение кобальта составляет 92–96 %. Ввод без раскисления снижает показатель до 80–85 % из-за образования оксидных включений.
Чем лигатура CuCo15 отличается от чистого кобальта при легировании?
Чистый кобальт плавится при 1495 C, что требует перегрева расплава и вызывает повышенный угар. Лигатура CuCo15 плавится при 1180–1260 C и растворяется в алюминиевых и медных расплавах без критического перегрева.
Как рассчитать навеску лигатуры CuCo15 на заданное содержание кобальта?
Навеску определяют по формуле: масса лигатуры равна требуемой массе кобальта, делённой на фактическую массовую долю Co в лигатуре и умноженной на коэффициент усвоения. Например, для ввода 1,5 кг Co при содержании 15 % и усвоении 0,94 потребуется около 10,6 кг лигатуры.
Допускается ли ввод лигатуры CuCo15 в никелевые расплавы?
Да, лигатура применяется для легирования жаропрочных никелевых сплавов, выплавляемых в вакуумно-индукционных печах. В этом случае ввод производят в тигель до заливки шихты или вместе с ней, контролируя температуру расплава.
