СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТАЛЕМЕДНОЙ ПРОВОЛОКИ Российский патент 1998 года по МПК B21C23/22 B23K20/04 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к производству композиционных материалов, и может быть использовано при изготовлении биметаллических изделий со стальным сердечником и медной оболочкой, например сталемедной проволоки.

Известен способ получения биметаллической проволоки, согласно которому поверхность стального сердечника очищают от загрязнений и укладывают на нее ленту из другого металла, пропускают их вместе через формующее устройство, в результате чего стальной сердечник оказывается обернутым лентой, затем в зазор между ними подают инертный газ, производят сварку кромок оболочки и обжимают полученную заготовку волочением до требуемого диаметра.(заявка Японии N 61-154777, B 23 K 20/00, 1986).

К недостаткам известного способа следует отнести низкую прочность соединения двух металлов, обусловленную тем, что поверхность стального сердечника содержит окислы, так как подача инертного газа в малый зазор между слоями не обеспечивает достаточную защиту поверхности сердечника от окисления в связи с трудностью вытеснения воздуха из малых зазоров. В результате надежного и прочного соединения двух металлов, в частности стали и меди, в холодном состоянии и при обычных давлениях, получаемых с помощью типового оборудования, получить не удается. Кроме того, в силу различного коэффициента предела текучести стали и меди их совместная деформация в холодном состоянии приводит к значительным напряжениям в пограничных слоях, которая при снятии нагрузки разрывает часть образовавшихся связей.

Известен также способ изготовления биметаллической проволоки, в котором поверхность стального сердечника обрабатывают в растворе кальцинированной соды концентрацией 20-25 г/л, при температуре 60 - 65^oC, после чего производят нанесение на сердечник ленты (оболочки) и последующее их совместное обжатие.(а.с. СССР N 1172624, B 21 C 23/22, 1985).

Однако известный способ также не позволяет получить прочное соединение двух металлов вследствие того, что соединяемые металлы (медь-сталь) имеют низкую температуру и при обычных принятых в современных технологиях давлениях образуют между собой слабые связи, которые легко разрушаются при знакопеременных нагрузках.

Также стальной сердечник при обработке в растворе соды пассивируется и в результате при последующей деформации процесс взаимодействия поверхностей протекает с низкой интенсивностью, что приводит к неравномерной деформации металлов, нарушению их объемного содержания и невысокой прочности соединения.

Наиболее близким по технологической сущности к предлагаемому способу является способ изготовления сталемедной проволоки, включающий подачу стального сердечника и медной оболочки в виде ленты, сборку биметаллической заготовки путем оборачивания оболочки вокруг сердечника, соединение ее кромок, нагрев до 750-800^oC и прокатку биметаллической заготовки в разъемном круглом калибре(патент США N 4331283, B 23 K 20/00, 1989 года).

В указанном патенте заготовку биметаллической проволоки нагревают до температуры проявления у стали эффекта (свойства) пластической деформации - 750-800^oC. Это значительно сказывается на образовании прочных связей с медной оболочкой. Однако при этих же температурах медь приобретает уже сверхпластичное состояние, и оболочка на входе с калибр начинает легко выдавливаться в его разъемы, образуя грат и неравномерность стенок по толщине.

Неравномерная деформация оболочки приводит к тому, что в плоскостях разъемов калибра прочность соединения мала, а нередко соединение вообще отсутствует. Кроме того, за счет интенсивного упрочнения металлов в очаге деформации, обусловленного высокими скоростями деформации, происходит накопление внутренних напряжений, которые приводят к частичному разрушению образовавшихся связей и снижению общей прочности соединения.

Итак, в известном решении присутствует неразрешенное противоречие: стальной сердечник должен быть разогрет до температуры, при которой проявляется оптимальная пластическая деформация стали (750-800^oC), но при этой же температуре у медной оболочки почти исчезает сопротивление деформации, и при прокатке, сопровождающейся давлением, она становится недопустимо текучей и заполняет стыковой зазор в разъемном круглом калибре. Обжим биметаллической заготовки в калибре становится невозможным без получения на ее поверхности грата. Также при этих условиях трудно добиться равностенности медной оболочки вокруг стального сердечника, что в дальнейшем, при снятии нагрузки, приводит к появлению местных перенапряжений в переходном слое (медь-сталь) и разрыву образовавшихся связей.

Для устранения указанного недостатка в известном способе предлагается при изготовлении сталемедной проволоки производить следующие технологические операции: подачу стального сердечника и медной оболочки, сборку биметаллической заготовки путем оборачивания оболочки вокруг сердечника, соединение ее кромок, нагрев до 750-800^oC и прокатку полученной биметаллической заготовки в разъемном круглом калибре, но непосредственно перед прокаткой медную оболочку охлаждают до 400-200^oC со скоростью, превышающей скорость теплопередачи в стальном сердечнике. Охлаждение оболочки производят путем обдува воздуха или водовоздушной смесью во входной части калибра, преимущественно в зоне его разъема.

В этом случае охлажденная медная оболочка приобретает повышенное сопротивление деформации и не затекает в разъемы калибра, а стальной сердечник не успевает отдать свое тепло и продолжает легко деформироваться под давлением. Имея высокую температуру, стальной сердечник активно взаимодействует с внутренней поверхностью медной оболочки и образует с ней прочные связи. Процесс опережающего отбора тепла у оболочки обеспечивается свойством меди с большей скоростью проводить (отдавать) тепло, чем сталь. Непосредственное понижение температуры медной оболочки исключает пластическое течение меди в направлении разъемов калибра и, таким образом, создаются условия для получения биметаллической проволоки с одинаковым внешним слоем по всей окружности сердечника.

В известных способах получения сталемедной проволоки отсутствует операция намеренного охлаждения заготовки после ее нагрева, непосредственно перед ее деформацией в калибре. Следовательно, можно считать, что заявляемое изобретение соответствует критерию "новизна".

Новая операция в способе позволяет уравнять сопротивление деформации двух разных металлов - стали и меди, в результате чего появилась возможность достигнуть равномерного распределения напряжения по всему сечению биметаллической заготовки и получить качественное соединение сердечника с оболочкой без грата и облоя на поверхности оболочки. Охлаждение заготовки непосредственно перед прокаткой, в зоне разъема калибра, позволяет создать условия, при которых медная оболочка перед деформацией успевает отдать свое тепло, а стальной сердечник не успевает передать свое тепло оболочке. В результате возникает ситуация, когда заготовка внутри горячее, чем снаружи, и в этот момент производится прокатка без образования грата.

Приведенная совокупность существенных признаков и достигаемый ими результат характеризует единство изобретения и в научно-технической, и в патентной информации не обнаружена, что является доказательством наличия в изобретении критерия "изобретательский уровень".

На фиг. 1 изображен общий вид линии для изготовления сталемедной проволоки; на фиг. 2 показаны в сечении круглый калибр с предпочтительной зоной охлаждения поверхности биметаллической заготовки.

Линия для получения сталемедной проволоки включает в себя следующее основное оборудование: отдающий барабан 1 со стальным сердечником 2, отдающий барабан 3 с оболочкой - медной ленты 4, оборачивающее устройство 5, сварочное устройство 6 для сварок кромки ленты 4 с получением биметаллической заготовки 7, агрегат нагрева 8, охлаждающее устройство 9 с дополнительными форсунками 10, подключенными к источнику сжатого холодного воздуха или к источнику водовоздушной смеси (не показаны). Форсунки 10 направлены в зону разъема "Б" круглого калибра 11. Готовое изделие в виде биметаллической проволоки 12 с помощью тянущего барабана 13 принимается барабаном 14.

На указанной линии заявленный способ осуществляется следующим образом: стальной сердечник 2 разматывают с барабана 1 и подают в оборачивающее устройство 5. Одновременно оболочку - медную ленту 4 сматывают с барабана 3 и подают в устройство 5, где ее оборачивают вокруг стального сердечника 2. Далее с помощью сварочного устройства 6 кромки ленты 4 сваривают между собой с заполнением образовавшегося пространства инертным газом, например аргоном.

После этого биметаллическую заготовку 7 в агрегате 8 нагревают до температуры 750-800^oC. При этой температуре стальной сердечник понижает предел своей прочности в 8-10 раз, что позволяет производить его относительное удлинение до 70%, но в структуре еще не наблюдается значительный рост зерна и снижение предела текучести после остывания. (М.А.Барановский и др. "Технология металлов и других конструктивных материалов" г. Минск "Вышэйш. Школа", 1973, с. 186). Но при этой температуре оболочка 4, состоящая из меди, приобретает пластичность более высокую, чем сталь и близка к переходу в жидкое состояние. Поэтому непосредственно перед прокаткой в круглых калибрах 11 поверхность оболочки 4 с помощью охлаждающего устройства 9 остужают до температуры 400-200^oC со скоростью отвода тепла, превышающей скорость транспортировки тепла (теплопередачи) внутри стального сердечника 2. В этом случае коэффициент сопротивления деформации меди и стали уравниваются и заготовку направляют в круглые калибры 11, где ее обжимают и деформируют в нужный размер, добиваясь "сшивки" двух разных металлов между собой с образованием крепкой контактной связи.

Охлаждение оболочки 4 производят путем ее обдувки холодным воздухом с помощью охлаждающего устройства 9 или, что более эффективно, водовоздушной смесью с помощью форсунок 10. При этом наибольший отбор тепла производят непосредственно перед прокаткой во входной части круглого калибра 11 и в зоне его разъема (см. зону Б на фиг. 2). В этих зонах охлажденная оболочка 4 приобретает повышенный коэффициент сопротивления деформации, поэтому не образовывает грат, наплывы и с одинаковым усилием прилегает к поверхности стального сердечника 2 по всей его окружности, образуя с ним прочное сцепление.

Съем стального сердечника 2 с барабана 1, медной ленты 4 с барабана 3, протягивание через оборачивающее устройство 5, агрегат нагрева 8 и круглый калибр 11 осуществляют с помощью тягового барабана 13, после которого готовое сталемедное изделие 12 наматывают на приемный барабан 14 и снимают с линии.

Использование данного способа позволяет изготавливать сталемедную проволоку с высоким качеством соединения входящих в ее состав металлов.

Изобретение относится к производству композиционных материалов, в частности биметаллической сталемедной проволоки. По предлагаемому способу медную оболочку оборачивают вокруг стального сердечника и сваривают кромки оболочки. Полученную заготовку нагревают до температуры 750-800^oC и прокатывают в разъемном калибре. Но при этом непосредственно перед прокаткой поверхность медной оболочки охлаждают до температуры 400-200^oC со скоростью, превышающей скорость теплопередачи в стальном сердечнике. Охлаждение оболочки производят холодным воздухом или водовоздушной смесью преимущественно в зоне разъема круглого калибра. Способ позволяет повысить качество соединения материалов, входящих в биметаллический провод. 3 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Способ изготовления сталемедной проволоки, включающий подачу стального сердечника и медной оболочки в виде ленты, сборку заготовки путем оборачивания оболочки вокруг сердечника, соединение ее кромок, нагрев до 750-800^oC и прокатку полученной заготовки в разъемном круглом калибре, отличающийся тем, что после нагрева непосредственно перед прокаткой поверхность оболочки охлаждают до 400-200^oC со скоростью, превышающей скорость теплопередачи в материале сердечника. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что охлаждение оболочки производят путем ее обдува холодным воздухом. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что охлаждение оболочки производят путем ее обдува водовоздушной смесью. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что охлаждение оболочки производят во входной части круглого калибра преимущественно в зоне его разъема.