СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОЙ ПРОВОЛОКИ Российский патент 1997 года по МПК B23K20/04 B21C23/22 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно, к технологии изготовления электропроводной проволоки, в частности для электpонагревателей.

Известен способ изготовления проволоки из хрома и его сплавов путем получения слитка, его обточки, нагрева, горячего прессования, обточки полученной заготовки и последующего прессования ее на проволоку.

Недостатками известного способа являются значительная трудоемкость процесса и его неэкономичность из-за относительно больших потерь металла в отход при неоднократных обточках обрабатываемого материала.

Известен способ изготовления электропроводной проволоки, являющийся наиболее близким к предложенному по технической сущности, а потому принятый в качестве прототипа, включающий получение исходного материала под изделие, горячее деформирование его прессованием и холодное деформирование полученного полуфабриката волочением.

Недостатки известного способа состоят в относительно невысоких прочностных характеристиках изделий и пластичности после эксплуатации, а также пониженных возможностях в отношении предельных эксплуатационных температур, при которых работают электронагревательные устройства.

Технический результат, достигаемый изобретением, состоит в повышении прочностных характеристик при температурах эксплуатации 1000.1500^oС, повышении или сохранении технологической пластичности материала проволоки при комнатной температуре после эксплуатации и обеспечении возможности использования изделий при повышенных температурах.

Это достигается согласно изобретению тем, что в способе изготовления электропроводной проволоки, включающем получение исходного материала под изделие, горячее деформирование его прессованием и холодное деформирование полученного полуфабриката волочением, причем исходный материал получают в виде порошка ферритного железо-хром-алюминиевого сплава, например, методом гидридно-кальциевого восстановления, измельчаемого затем до размера частиц не более 200 мкн, горячее деформирование его осуществляют при температуре 800-1400^oС с суммарной вытяжкой в пределах 3≅Δ≅30, а холодное деформирование волочением проводят поэтапно с суммарным обжатием (обжатие θ определяется разностью площади S₁, сечения исходной проволоки и площади S₂ сечения проволоки в конце этого этапа волочения по отношению к площади S₁ в процентах ) на каждом этапе до 50% с отжигом при температуре 750-1100^oС в течение 0,5-3,0 ч перед каждым этапом волочения. Горячее деформирование осуществляют разместив порошок в оболочке.

Анализ известных решений подтвердил неизвестность данного технологического процесса, что подтверждает соответствие его критерию патентоспособности.

Значительное повышение прочностных характеристик получаемой проволоки при сохранении ее пластичности значительно расширяет сферы ее использования, что свидетельствует о существенности совокупности отличительных признаков предлагаемого технологического процесса.

Способ изготовления электропроводной проволоки осуществляют следующим образом.

Методом гидридно-кальциевого восстановления или распыления получают порошок ферритно-железо-хром-алюминиевого сплава. Затем измельчают его, например, в аттриторе в атмосфере аргона или в шаровой мельнице до размера частиц не более 200 мкн. Полученный материал подвергают горячему деформированию прессованием при температуре 800-1400^oС с суммарной вытяжкой в пределах 3≅Δ≅30. При этом порошок размещают в оболочке.

В результате горячего деформирования получают пруток заданного диаметра, например 6, 8 или 10 мм, который подвергают деформированию волочением в холодном состоянии в несколько этапов с суммарной степенью обжатия на каждом этапе равной 50% до получения проволоки требуемого диаметра. При этом перед каждым этапом волочения производят отжиг при температуре 750-1100^oС в течение 0,5-3 ч.

Выход за пределы различных параметров технологического процесса изготовления электропроводной проволоки, приведенных в формуле изобретения, значительно ухудшает качественные показатели исходного материала или полученной проволоки.

Так, при снижении температуры горячей деформации ниже 800^oС не удается получить компактный материал с прочностью достаточной для дальнейших переделов. При температурах деформации выше 1400^oС наблюдается налипание материала на оснастку, что приводит к образованию на прутке поперечных разрывов.

При степенях вытяжки менее 3 не удается получить беспористый материал с прочностью достаточной для изготовления из него проволоки. При увеличении вытяжки свыше 30 возрастают давления прессования и наблюдается преждевременный износ оборудования и оснастки.

Волочение с суммарным обжатием более 50% за один этап (т.е. без промежуточного обжига) приводит к обрыву проволоки при волочении и образованию продольных трещин).

Отжиг при температурах ниже 750^oС и времени менее 0,5 ч не обеспечивает снятия остаточных напряжений, накопленных в материале, что приводит к обрыву проволоки при волочении.

Увеличение температуры отжига до 1100^oС и времени отжига свыше 3 ч, приводит к росту зерен в материале, вследствие рекристаллизации и, как следствие, к снижению пластичности и росту обрывности при волочении.

Использование измельченного порошка с размером частиц более 200 мкм для изготовления проволоки приводило к обрывам проволоки при волочении, особенно частым при сечении проволоки менее 3 мм.

Пример 1. В качестве исходного материала был взят полученный Методом гидридно-кальциевого восстановления порошок состава: 23% хрома, 5% алюминия, остальное железо, измельченный в аттриторе до получения частиц размером менее 200 мкм.

Измельченный порошок был помещен в стальную цилиндрическую капсулу ⊘ 160 мм и высотой 250 мм. Капсула с помещенным внутрь порошком нагревалась в водородной печи до 1200^oС и прессовалась при этой температуре через пресс-матрицу диаметром 40 мм, при этом вытяжка составляла ≈ 16.

Полученный пруток, обрезали с обоих концов, и для удобства дальнейшей обработки разрезали на куски длиной по 50 см. Полученные 6 прутков были обточены до ⊘ 35 мм для удаления остатков стальной оболочки, затем прутки были разделены на 2 партии по 3 прутка каждая.

I партия прокатывалась в горячую после выдержки при температуре 1150^oС в пламенной печи в несколько проходов без промежуточного подогрева до получения прутков ⊘ 8 мм..

II партия прокатывалась при температуре 950^oС до получения прутка ⊘ 15 мм, а затем вновь разогревалась до температуры 950^oС и прокатывалась при этой температуре до получения прутка ⊘ 6 мм.
Полученные прутки ⊘ 8 и ⊘ 6 мм отжигались при температуре 900^oС в течение 1 ч на воздухе в электропечи.

Холодное волочение прутков ⊘ 8 мм выполнялось в 5 этапов с промежуточными отжигами после каждого этапа при 900^oС в течение 1 ч, по следующей схеме:
1-й этап волочения:
1-й проход ⊘ 8 - ⊘ 7 мм.
2-й проход ⊘ 7 - ⊘ 6 мм.
суммарное обжатие за 1-й этап 44%
отжиг 900^oС 1 час.

2-ой этап волочения:
1-й проход ⊘ 6 - ⊘ 5,5
2-й проход ⊘ 5,5 - ⊘ 5,0
3-й проход ⊘ 5,0 - ⊘ 4,5
суммарное обжатие за 2-й этап 44%
отжиг 900^oС 1 час.

3-й этап волочения:
1-й проход ⊘ 4,5 - ⊘ 4,0
2-й проход ⊘ 4,0 - ⊘ 3,75
3-й проход ⊘ 3,75 - ⊘ 3,5
суммарное обжатие за 3-й этап 40%
обжиг 900^oC 1 час.

4-й этап волочения:
1-й проход ⊘ 3,5 - ⊘ 3,25
2-й проход ⊘ 3,25 - ⊘ 3,0
3-й проход ⊘ 3,0 - ⊘ 2,75
4-й проход ⊘ 2,75 - ⊘ 2,5
суммарное обжатие за 4-й этап 49%
отжиг 900^oC 1 ч.

5-й этап волочения:
1-й проход ⊘ 2,5 - ⊘ 2,25
2-й проход ⊘ 2,25 - ⊘ 2,0
3-й проход ⊘ 2,0 - ⊘ 1,8
суммарное обжатие за 5-й этап 48%
Полученная проволока имела удовлетворительное качество и не наблюдалось обрывности ни на одном из этапов волочения.

Из прутка ⊘ 6 после отжига была получена проволока ⊘ 3,5 мм за два этапа волочения по следующему режиму.

1-й этап волочения:
1-й проход ⊘ 6 - ⊘ 5,75
2-й проход ⊘ 5,75 - ⊘ 5,5 - ⊘ 5,25 - ⊘ 5,0
3-й проход ⊘ 5,0 - ⊘ 4,75
4-й проход ⊘ 4,75 - ⊘ 4,5
суммарное обжатие за 1-й этап 44%
отжиг 900^oС 1 ч.

2-й этап волочения:
1-й проход ⊘ 4,5 - ⊘ 4,25
2-й проход ⊘ 4,25 - ⊘ 4,0
3-й проход ⊘ 4,0 - ⊘ 3,75
4-й проход ⊘ 3,75 - ⊘ 3,5
суммарное обжатие за 2-й этап 40%
В результате была получена проволока без поперечных разрывов и продольных трещин ⊘ 3,5 из сплава состава Fe основа, 23% хрома, 5% алюминия.

Пример 2. В качестве исходного материала был взят порошок сплава состава: 30 мас. хрома, 10% алюминия, 0,5% титана; остальное железо, полученный распылением. Частицы порошка имели размеры от 5 до 300 мм. Порошок был измельчен в шаровой мельнице и просеян через сито 175 мкм.

Измельченный порошок помещался внутрь стальной цилиндрической капсулы ⊘ 90 мм и высотой 120 мм. Капсула перед прессованием нагревалась в водородной печи до 1400^oС. Прессование проводилось таким образом, что температура материала в процессе деформации составляла 1350^oC. Прессование было выполнено на диаметр прутка 20 мм, т.е. вытяжка составила 20. Полученный пруток после обрезки концов и удаления остатков стальной оболочки обточкой имел следующие размеры: ⊘ 18 мм и суммарную длину 2000 мм.

Перед прокаткой пруток нагревался в пламенной печи до температуры 1200^oС и прокатывался. Прокатка осуществлялась в несколько проходов до диаметра 8 мм.

Затем полученные прутки отжигались в течение 3 ч при 1100^oС в пламенной печи. Отожженные прутки были продеформированы в холодную - волочением до получения проволоки ⊘ 4 мм по следующему режиму.

1-й этап волочения:
1-й проход ⊘ 8 - ⊘ 7,5
2-й проход ⊘ 7,5 - ⊘ 7
суммарное обжатие за первый этап .

После чего проволока ⊘ 7 мм в бухтах отжигалась при 1100^oС в течение 1 ч.

2-й этап волочения:
1-й проход ⊘ 7 - ⊘ 6,5
2-й проход ⊘ 6,5 - ⊘ 6,0
3-й проход ⊘ 6,0 - ⊘ 5,5
суммарное обжатие за второй этап 38%
Затем проволока отжигалась в течение 1 ч при 1100^oС.

3-й этап волочения:
1-й проход ⊘ 5,5 - ⊘ 5,0
2-й проход ⊘ 5,0 - ⊘ 4,4
3-й проход ⊘ 4,4 - ⊘ 4,0
суммарное обжатие за 3-й этап волочения 47%
В результате была получена проволока ⊘ 4 мм удовлетворительного качества.

Использование: в технологии изготовления электропроводной проволоки, в частности для электронагревателей. Сущность: способ позволяет улучшить прочность проволоки, сохранив ее гибкость, за счет того, что исходный материал получают в виде ферритно-железо-хром-алюминиевого сплава, например методом гидридно-кальциевого восстановления измельчаемого затем до размера частиц не более 200 мкн, горячее деформирование его осуществляют при температуре 800-1500^oС с суммарной вытяжкой в пределах 3≅Δ≅30,, а холодное деформирование волочением проводят поэтапно с суммарным обжатием на каждом этапе до 50% с отжигом при температуре 750-1100^oС в течение 0,3-3 ч перед каждым этапом волочения. При горячем деформировании порошок размещают в оболочке, где Δ - суммарная вытяжка. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ изготовления электропроводной проволоки, включающий горячее деформирование заготовки, термическую обработку, холодное деформирование полученного полуфабриката волочением, отличающийся тем, что в качестве заготовки используют порошок ферритного железо-хромалюминиевого сплава, получаемый, например, методом гидридно-кальциевого восстановления и измельченный до размера частиц не более 200 мкм, горячее деформирование осуществляют при температуре 800 1400^oС с суммарной вытяжкой в пределах 3≅Δ≅30, а холодное деформирование волочением проводят в несколько этапов с суммарным обжатием на каждом этапе до 50% термообработку отжигом проводят перед каждым этапом волочения при температуре 750 1100^oС в течение, 0,5 3 ч, где Δ суммарная вытяжка. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что горячее деформирование порошка осуществляют в оболочке.