СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТРЕХСЛОЙНОЙ БИМЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ЛЕНТЫ Российский патент 2002 года по МПК B23K20/04 B32B7/04 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к производству трехслойной биметаллической ленты методом совместного двухстороннего холодного рулонного плакирования основы и двух плакирующих слоев. Изобретение может найти применение, в частности при производстве монет, гильз патронов, оболочек пуль, химических источников тока и т.п.

Известен способ производства ленты для химических источников тока по авторскому свидетельству СССР 1738555, МПК 5 В 23 К 20/04, 07.06.92 г. Согласно данного способа в качестве основы берут ленту из стали 11КП, а в качестве двусторонней плакировки - ленты из никелевого сплава, причем суммарная толщина плакировки составляет 7...13% от толщины основы. Плакировку осуществляют со степенью деформации 2,5...3,0. Последующую прокатку на конечный размер осуществляют в два этапа: на первом - со степенью деформации 2,0... 2,2, а на втором - 2,1...2,85. После каждой операции проводят отжиг по температурному режиму 675...700^oС в течение 370...400 мин с последующим охлаждением до температуры ниже 150^oС.

Недостатком данного способа, прежде всего, является использование в качестве плакирующих слоев ленты из чистого никеля, что неоправданно удорожает продукцию, изготавливаемую из полученного биметалла. Кроме того, предлагаемые режимы процесса изготовления трехслойного биметалла, такие как исходная толщина плакирующих слоев, степень деформаций в процессе холодного рулонного плакирования и прокатки, режимы отжигов не позволяют получить прочное соединение слоев, что приводит к их отслоению при изготовлении продукции методами штамповки. А невысокая пластичность полученного биметалла ограничивает область его применение.

Известен способ производства биметалла для изготовления монет по патенту РФ 2071892, МПК 6 В 23 К 20/04, 20.01.97 г., который взят в качестве прототипа. Пакет из двух медно-никелевых лент и стальной ленты, являющейся основой, при плакировании и холодной прокатке в конечную биметаллическую ленту деформируют с суммарной степенью деформации, равной 3,5...5,0. Причем при плакировании температура подката на выходе из очага деформации выдерживается в диапазоне 165...265^oС. В качестве смазки при плакировании используют смесь минерального масла (20...32%) и керосина (остальное) при определенной вязкости и кислотном числе. Подкат охлаждают до температуры ниже 60^oС, после чего осуществляют холодную прокатку и рекристаллизационный отжиг при температуре 650...700^oС с последующим охлаждением печью ниже 140^oС. Данным способом получают трехслойную биметаллическую ленту с плакирующим слоем из медно-никелевого сплава, содержащего 4...26% никеля, с суммарной толщиной, равной 14...40% толщины стальной основы.

Использование в качестве плакирующего слоя пластичного медно-никелевого сплава с одной стороны позволяет увеличить степень деформации при операции плакирования. Однако относительно большая толщина плакирующего слоя, отсутствие промежуточного отжига после операции плакирования не позволяют получить достаточно прочного соединения слоев. А температурно-временной режим окончательного отжига не позволяет обеспечить получаемой трехслойной биметаллической ленте высокой прочности и пластичности, достаточной для использования ее в дальнейшем для глубокой вытяжки или объемной штамповки с большими степенями деформации без отслоения плакирующих слоев.

Настоящее изобретение решает задачу уменьшения брака при изготовлении рулонной трехслойной биметаллической ленты, а также при сохранении высокой прочности повышения пластичных свойств готовой биметаллической ленты, предназначенной для изготовления в последующем из нее продукции методом глубокой вытяжки (гильзы патронов, оболочки пуль, химические источники тока и т.п.) или объемной штамповки (монеты) с большими степенями деформации при исключении в процессе штамповки отслоения плакирующих слоев от основы.

Поставленная задача решается тем, что в способе изготовления трехслойной биметаллической ленты, включающем подготовку травлением и зачисткой контактных поверхностей основы из стальной ленты и двух плакирующих слоев из мельхиоровой ленты, их совместное двухстороннее холодное рулонное плакирование со смазкой и прокатку за несколько пропусков, отжиг и дрессировку на конечный размер, вводят дополнительные операции отжигов, уменьшают суммарную толщину плакирующих слоев относительно толщины основы и изменяют режимы операции совместного холодного рулонного плакирования и холодной рулонной прокатки основы и двух плакирующих слоев. А именно осуществляют предварительный отжиг основы - стальной ленты при температуре 700 ÷ 720^oС в течение 18 ÷ 20 часов с последующим охлаждением под муфелем в течение не менее 15 часов до получения следующих химико-механических характеристик: временное сопротивление разрыву σ_в = 36 ÷ 40 кгс/мм и относительное удлинение δ ≥ 24%. Суммарную толщину плакирующих слоев задают из диапазона 6 ÷ 12% от толщины стальной ленты. В процессе подготовки контактных поверхностей исходных лент зачистку двух поверхностей стальной ленты осуществляют до шероховатости R_a = 1,4 ÷ 1,6 мкм, а контактной поверхности мельхиоровой ленты до шероховатости R_a = 0,46 ÷ 0,63 мкм. Холодное рулонное плакирование осуществляют со скоростью прокатки, выбираемой из диапазона 0,3 ÷ 0,4 м/с и степенью деформации, выбираемой из диапазона 2,2 ÷ 3,5. Для исключения налипания на валки и снижения трения в процессе холодного рулонного плакирования применяют технологическую смазку, в качестве которой используют смесь масел касторового и индустриального И-40А, взятых при соотношении 1:1. После холодного рулонного плакирования осуществляют диффузионный отжиг полуфабриката в защитной атмосфере при температуре 710 ÷ 750^oС с выдержкой в течение 18 ÷ 20 часов и охлаждением под муфелем в течение не менее 15 часов с последующим травлением и зачисткой. Холодную рулонную прокатку за несколько пропусков в заданный размер осуществляют со скоростью, регулируемой в интервале 1,5 ÷ 3,0 м/с, и степенью деформации, выбираемой из диапазона 1,4 ÷ 3,0, с подачей в зону деформации смазочно-охлаждающей жидкости, в качестве которой используют 3 ÷ 5% водный раствор эмульсола. Окончательный рекристаллизационный отжиг осуществляют в защитной атмосфере при температуре 750 ÷ 780^oС с выдержкой в течение 22 ÷ 24 часа и охлаждением под муфелем в течение не менее 15 часов с последующим химическим травлением перед упрочняющей дрессировкой на конечный размер, которую проводят со скоростью 2,0 ÷ 4,0 м/с.

Для повышения прочности соединения плакирующих слоев за счет сближения их пластичных свойств, предпочтительно в качестве материала основы использовать сталь 08Ю, а в качестве плакирующих слоев использовать мельхиоровую ленту марки МН19 в полунагартованном состоянии.

С той же целью предпочтительно в процессе зачистки контактных поверхностей стальной и мельхиоровых лент вращающимися металлическими щетками, размещенными по направлению подачи лент, последним щеткам одновременно с вращательным движением задавать колебательные движения с осцилляцией.

Суммарная степень деформации плакирующих слоев в процессе плакирования и холодной прокатки должна быть не менее 75% (выбираться из интервала 4 ÷ 6).

Для получения смазочно-охлаждающей жидкости, которую применяют в процессе холодной рулонной прокатки, можно использовать водные растворы эмульсолов или ЭГТ (ТУ 38-101149-75), или РИКОС-1 и РИКОС-2 (ТУ 38.301-40-16-93).

С целью сохранения химического состава получаемого трехслойного биметалла в процессе отжигов в качестве защитной атмосферы целесообразнее использовать смесь свежего и отработанного в соотношении 1:1 карбюризатора древесного, например, березового, с нормой расхода 0,7 ÷ 0,9 кг на 1 тонну биметалла.

Выбираемые режимы всего процесса изготовления биметалла, в том числе и режимы окончательного отжига, задают для обеспечения следующих механических свойств готового биметалла: твердость в пределах HV = 90 ÷ 120, временное сопротивление разрыву δ_в = 35 ÷ 40 кгс/мм и относительное удлинение δ ≥ 33%.

К числу существенных факторов, влияющих на химико-механические свойства получаемого биметалла, следует отнести материал исходных заготовок, их химико-механические свойства, соотношение их толщин, состояние контактных поверхностей, степень их обжатия, вид технологической смазки, скорость прокатки, наличие промежуточных отжигов и их режимы.

Высокая пластичность и прочность сцепления слоев трехслойной биметаллической ленты обусловлены всем комплексом существенных признаков, характеризующих заявленный способ изготовления трехслойной биметаллической ленты.

Выбор в качестве плакирующего слоя мельхиоровой ленты с заявленным диапазоном толщины по отношению к стальной основе обусловлен, прежде всего, назначением плакирующего слоя, его повышенными пластичными свойствами и возможностью использования его в качестве смазки при глубокой вытяжке. Меньшая относительная толщина плакирующего слоя по сравнению с прототипом кроме экономии дефицитного металла позволяет при равных степенях деформации на стадии холодного рулонного плакирования повысить прочность соединения слоев, необходимую как для проведения самой операции плакирования, так и для операций смотки в рулон биметаллической ленты и ее транспортировании.

Наличие промежуточного (диффузионного) отжига и его режимы позволяют более чем в 5 раз повысить прочность соединения слоев биметалла, полученного при холодном рулонном плакировании, что позволяет в последующем не только проводить холодную рулонную прокатку биметалла в заданный размер с любыми степенями деформации без ухудшения качества соединения слоев, но и заложить более высокие механические свойства биметалла, предназначенного для изготовления изделий с большими степенями деформаций и глубокой вытяжки.

Выбор режимов окончательного отжига с учетом ранее проведенных операций обеспечивает готовому биметаллу комплекс механических свойств и микроструктуру его слоев, необходимых для больших степеней деформации без разрушения и отслоения слоев.

Способ изготовления трехслойного биметалла мельхиор-сталь-мельхиор осуществляется следующим образом.

В качестве исходных материалов используют рулонную ленту из стали 08Ю размером 4,5 х 280 мм и холоднокатаную мельхиоровую рулонную ленту марки МН19 размером 0,22 х 298 мм в мягком состоянии. Рулоны должны иметь массу от 35 до 1000 кг.

Предварительно в колпаковой электропечи осуществляют отжиг стальной ленты при весе садки 5 ÷ 8 рулонов. Отжиг проводят при температуре 700 ÷ 720^oС в течение 18 ÷ 20 часов с последующим охлаждением под муфелем в течение не менее 15 часов до получения следующих механических характеристик: временное сопротивление разрыву σ_в = 36 ÷ 40 кгс/мм и относительное удлинение δ ≥ 24%, величина зерна феррита - не крупнее 5 балла шкалы 1, структурно-свободный цементит - не грубее 3 балла шкал А, Б, В.

Стальную ленту перед плакированием обезжиривают, подвергают химическому травлению со скоростью 5 ÷ 10 м/мин и сухой двухсторонней зачистке металлическими щетками. Мельхиоровую ленту также обезжиривают, подвергают химическому травлению со скоростью 15 ÷ 20 м/мин и сухой зачистке контактной поверхности.

Зачистку контактных поверхностей основного и плакирующих слоев осуществляют тремя зачистными машинами с шестью парами щеток, размещенными по направлению подачи лент. Причем последняя пара щеток работает с осцилляцией, что способствует повышению сцепления плакирующих слоев с основным. После зачистки обрабатываемые поверхности имеют следующие параметры шероховатости: R_a стальной ленты 1,4 ÷ 1,6 мкм, а контактной поверхности R_a мельхиоровой ленты 0,46 ÷ 0,63 мкм.

Двухстороннее холодное рулонное плакирование производят на стане "КВАРТО 400/1000 х 500" за один пропуск по маршрутам:
Первый вариант: (4,5+2 х 0,22) --> 2,1^±0,04 мм.

Второй вариант: (4,5+2 х 0,22) --> 1,8^±0,04 мм.

В процессе двухстороннего холодного рулонного плакирования на мельхиоровые ленты подают смазку, выполненную из смеси масел касторового и индустриального И-40А, взятых при соотношении 1:1. Сверху смазку подают капельным способом, а снизу валиком. Скорость прокатки регулируют в интервале 0,3 ÷ 0,4 м/с. Данная скорость прокатки с одной стороны позволяет по времени обеспечить образование прочных межатомных связей соединяемых слоев, а с другой стороны не приводит к местному перегреву биметалла в зоне деформации.

Полученные холодным рулонным плакированием рулоны подвергают диффузионному отжигу в колпаковой электропечи в защитной атмосфере при температуре 710 ÷ 750^oС с выдержкой в течение 18 ÷ 20 часов и охлаждением под муфелем в течение не менее 15 часов с последующим травлением со скоростью 25 ÷ 30 м/мин и зачисткой от окалины.

Для получения биметалла заданной толщины холодную рулонную прокатку полученного полуфабриката биметалла осуществляют за несколько пропусков в заданный размер со скоростью, которую регулируют в интервале 1,5 ÷ 3,0 м/с, по следующим маршрутам:
Первый вариант:
2,1 --> 1,75 --> 1,5 --> 1,22^-0,07 мм
или
2,1 --> 1,8 --> 1,6 --> 1,4 --> 1,2 --> 1,02^-0,07 мм.

Второй вариант:
1,8 --> 1,6 --> 1,4 --> 1,22^-0,07 мм
или
1,8 --> 1,65 --> 1,5 --> 1,35 --> 1,2 --> 1,02^-0,07 мм.

В процессе холодной рулонной прокатки в зону деформации подают смазочно-охлаждающую жидкость, в качестве которой используют 3-5% водный раствор эмульсола.

После холодной рулонной прокатки биметаллический прокат подвергают окончательному рекристаллизационному отжигу в колпаковой электропечи в защитной атмосфере при температуре 750 ÷ 780^oС с выдержкой в течение 22 ÷ 24 часа и охлаждением под муфелем в течение не менее 15 часов.

Упрочняющую дрессировку полученного трехслойного биметалла на конечный размер проводят со скоростью, которую регулируют в диапазоне 2,0 ÷ 4,0 м/с по следующему маршруту:
1,22 --> 1,20^-0,07 мм;
1,02 --> 1,00^-0,07 мм.

Прокатанный по указанным режимам трехслойный биметалл мельхиор-сталь-мельхиор в последующем использовался для получения монет. Благодаря механическим свойствам биметалла в процессе объемной штамповки монет наблюдались четкая проработка их рельефа и отсутствие отслоений слоев биметалла, что существенно снизило брак.

Полученный биметалл хорошо себя зарекомендовал и при глубокой вытяжке как оболочек пуль, так и гильз патронов.

Полученный по предлагаемому способу биметалл может найти широкое применение при изготовлении изделий штамповкой с большими степенями деформаций.

Изобретение может быть использовано при производстве трехслойной ленты мельхиор - сталь - мельхиор для изготовления монет, гильз патронов, оболочек пуль, химических источников тока и т.п. Контактные поверхности основы из стальной ленты и плакирующих слоев из мельхиоровой ленты подготавливают травлением и зачисткой. Проводят предварительный отжиг стальной ленты. Производят совместное двухстороннее холодное рулонное плакирование лент со смазкой и прокатку за несколько пропусков. Затем осуществляют отжиг и дрессировку на конечный размер. Суммарная толщина плакирующих слоев составляет 6-12% от толщины стальной ленты. Режимы совместного плакирования и холодной прокатки выбирают исходя из получения высоких пластических свойств готовой биметаллической ленты. 7 з.п. ф-лы.

1. Способ изготовления трехслойной биметаллической ленты, включающий подготовку травлением и зачисткой контактных поверхностей основы из стальной ленты и двух плакирующих слоев из мельхиоровой ленты, их совместное двухстороннее холодное рулонное плакирование со смазкой и прокатку за несколько пропусков, отжиг и дрессировку на конечный размер, отличающийся тем, что осуществляют предварительный отжиг стальной ленты при температуре 700-720^oС в течение 18-20 ч с последующим охлаждением под муфелем в течение не менее 15 ч, суммарную толщину плакирующих слоев задают из диапазона 6-12% от толщины стальной ленты, в процессе подготовки исходных лент зачистку контактных поверхностей стальной ленты осуществляют до шероховатости Ra= 1,4-1,6 мкм, а мельхиоровой ленты - до шероховатости Ra= 0,4-0,63 мкм, в качестве смазки используют смесь касторового и индустриального масел, прокатку осуществляют со скоростью 0,3-0,4 м/с и степенью деформации 2,2-3,5, после чего осуществляют диффузионный отжиг в защитной атмосфере при 710-750^oС с выдержкой в течение 18-20 ч и охлаждением под муфелем в течение не менее 15 ч с последующим травлением и зачисткой, а холодную рулонную прокатку за несколько пропусков в заданный размер осуществляют со скоростью, регулируемой в интервале 1,5-3,0 м/с, и степенью деформации 1,4-3,0 с подачей в зону деформации смазочно-охлаждающей жидкости, после чего осуществляют окончательный рекристаллизационный отжиг в защитной атмосфере при 750-780^oС с выдержкой в течение 22-24 ч и охлаждением под муфелем в течение не менее 15 ч с последующим травлением перед упрочняющей дрессировкой на конечный размер, которую проводят со скоростью 2,0-2,4 м/с. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве материала основы используют сталь 08Ю, а в качестве плакирующих слоев используют мельхиоровую ленту марки МН19 в полунагартованном состоянии. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что зачистку контактных поверхностей стальной и мельхиоровых лент осуществляют вращающимися металлическими щетками, размещенными по направлению подачи лент, причем последним щеткам вращательное движение задают с осцилляцией. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что суммарная степень деформации плакирующих слоев в процессе плакирования и холодной прокатки составляет не менее 75%. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве смазочно-охлаждающей жидкости используют 3-5% водный раствор эмульсола ЭГТ, или РИКОС-1, или РИКОС-2. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в процессе отжига в качестве защитной атмосферы используют смесь свежего и отработанного в соотношении 1: 1 карбюризатора древесного, например, березового, с нормой расхода 0,7-0,9 кг на 1 т биметалла. 7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что предварительный отжиг стальной ленты осуществляют до получения следующих механических характеристик: временное сопротивление разрыву σ_В=36-40 кгс/мм и относительное удлинение δ≥24%. 8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что окончательный отжиг проводят до обеспечения следующих механических свойств готового биметалла: твердость в пределах HV= 90-120, временное сопротивление разрыву σ_В=35-40 кгс/мм и относительное удлинение δ≥33%.