RU2008109C1

RU2008109C1 - Method of making bimetallic wire

Info

Publication number: RU2008109C1
Authority: RU
Inventors: В.Л. Стеблянко; Г.В. Бухиник; И.В. Ситников; В.В. Веремеенко; В.Л. Трахтенгерц; В.И. Люльчак
Original assignee: Стеблянко Валерий Леонтьевич
Priority date: 1992-04-24
Filing date: 1992-04-24
Publication date: 1994-02-28

Abstract

FIELD: metal working. SUBSTANCE: method comprises steps of treating a core of a steel-copper wire in solution of Na₂CO₃; selecting a flowrate of the solution according to a condition of whole filling of an electrode cavity; setting an intensity of an electric field in range 100-140 V/cm; feeding a strip of an envelope from an uncoiler to a unit for cleaning its surface, then together with the core - to a bending roller unit; welding a longitudinal butt of the envelope, transporting the blank, had been produced, through an inductor; reducing a heated blank in four-roll grooved pass, coiling it onto a coiling drum. EFFECT: enhanced efficiency. 1 cl, 2 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к производству слоистых композиционных изделий и может быть использовано при производстве биметаллической проволоки на стальной основе с оболочками из различных металлов, преимущественно цветных. The invention relates to the production of layered composite products and can be used in the manufacture of bimetallic steel-based wires with sheaths of various metals, mainly non-ferrous.

Известен способ изготовления композиционной проволоки, согласно которому поверхность сердечника очищают от загрязнений и укладывают на чистую поверхность ленты из другого металла, пропускают их вместе через формующее устройство, в результате чего сердечник оказывается обернутым лентой, и подают между ними инертный газ, после чего производят сварку кромок оболочки и обжимают заготовку волочением до требуемого диаметра. A known method of manufacturing a composite wire, according to which the surface of the core is cleaned of impurities and laid on a clean surface of a tape of another metal, pass them together through a forming device, as a result of which the core is wrapped in tape, and an inert gas is supplied between them, after which the edges are welded shell and compress the workpiece by drawing to the desired diameter.

При изготовлении проволоки по этому способу подача инертного газа между сердечником и лентой не обеспечивает достаточной защиты поверхности сердечника от окисления, что связано с трудностью вытеснения воздуха из малых зазоров. В результате волочения, обеспечивающего единичную деформацию не более 15-20% , прочность соединения компонентов получается низкой, так как минимальная деформация соединения большинства пар металлов в холодном состоянии лежит в пределах 50-70% при достаточно чистых поверхностях компонентов. In the manufacture of wire by this method, the supply of inert gas between the core and the tape does not provide sufficient protection of the core surface from oxidation, which is associated with the difficulty of displacing air from small gaps. As a result of drawing, providing a single deformation of not more than 15-20%, the strength of the connection of the components is low, since the minimum deformation of the connection of most metal pairs in the cold state lies in the range of 50-70% with sufficiently clean surfaces of the components.

Известен также способ получения биметаллических заготовок, включающий подготовку контактных поверхностей слоев, сборку их в пакет с введением летучих веществ с температурой парофазного превращения 20-400^оС, препятствующих окислению контактных поверхностей, нагрев и в прокатку пакета (авт. св. N 1140915, кл. В 23 К 20/04).Another known method of producing bimetallic billet comprising preparing the contact surfaces of the layers, their assembly in the package with the introduction of volatiles at a temperature vapor conversion of 20-400 ^{° C,} impeding oxidation of the contact surfaces, the heating and rolling of the package (auth. Binding. N 1,140,915, cl . 23 K 20/04).

В этом случае реализация способа значительно усложняется, что связано с операцией введения летучих веществ в пакет. Кроме того, эти вещества при взаимодействии с поверхностными слоями металлов могут образовывать стойкие химические соединения, которые при прокатке способны блокировать развитие контакта между слоями пакета и тем самым снижать прочность соединения. In this case, the implementation of the method is significantly complicated, which is associated with the operation of introducing volatile substances into the bag. In addition, these substances, when interacting with the surface layers of metals, can form persistent chemical compounds, which, when rolling, can block the development of contact between the layers of the bag and thereby reduce the strength of the joint.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ изготовления биметаллической проволоки, включающий получение сердечника, обработку его поверхности в растворе кальцинированной соды (Na₂CO₃) с концентрацией 20-25 г/л при температуре раствора 60-65^оС, нанесение оболочки на сердечник и последующее их совместное обжатие [2] .The closest in technical essence to the invention is a method of manufacturing a bimetallic wire comprising a core preparation, processing its surface in a solution of soda ash (Na ₂ CO ₃₎ at a concentration of 20-25 g / l at a solution temperature of 60-65 ^{° C,} applying a coating on the core and their subsequent joint compression [2].

Недостатки данного способа состоят в том, что перед обработкой раствором кальцинированной соды сердечник необходимо подвергать травлению для удаления оксидов с поверхности и последующей промывке с сушкой, а это в значительной мере усложняет процесс и снижает его технологические возможности. Кроме того, при операциях травления, промывки и последующей обработки в растворе Na₂CO₃ поверхность сердечника пассивируется, в то время как для получения высокой прочности соединения она должна быть максимально активной.The disadvantages of this method are that before treatment with a solution of soda ash, the core must be etched to remove oxides from the surface and then washed with drying, which greatly complicates the process and reduces its technological capabilities. In addition, during etching, washing and subsequent processing in a Na ₂ CO ₃ solution, the core surface is passivated, while in order to obtain a high bond strength it must be as active as possible.

В основу изобретения положена задача повышения прочности соединения сердечника с оболочкой. The basis of the invention is the task of increasing the strength of the connection of the core with the shell.

Это достигается тем, что в способе изготовления биметаллической проволоки, преимущественно сталемедной, включающем получение сердечника, обработку его поверхности в растворе кальцинированной соды (Na₂CO₃), нанесение оболочки на сердечник и их последующее совместное обжатие, согласно изобретению обработку сердечника осуществляют в электрическом поле постоянного тока напряженностью 100-140 В/см при катодной поляризации.This is achieved by the fact that in the method of manufacturing a bimetallic wire, mainly steel-copper, comprising obtaining a core, treating its surface in a solution of soda ash (Na ₂ CO ₃ ), applying a sheath to the core and their subsequent joint compression, according to the invention, the core is processed in an electric field DC voltage of 100-140 V / cm at cathodic polarization.

При протекании постоянного тока через границу раствор-сердечник вблизи нее развиваются процессы электролиза раствора, которые сопровождаются образованием парогазового слоя вокруг сердечника. В случае катодной поляризации сердечника слой состоит из паров раствора и газообразного водорода. При определенном значении напряженности поля происходит коммутирование этого слоя микродуговыми разрядами по границам паровых пузырьков. Процесс коммутации разрядов является незавершенным пробоем, так как при нагреве пара от канала разряда пузырьки схлопываются, разряд гаснет и к поверхности подводится новая порция раствора, который опять разлагается на ионы под действием поля с образованием газа и пара. Таким образом, в зоне действия поля на границе раствор-сердечник существует слой хаотически гаснущих и вновь возникающих микродуговых разрядов. Под действием разрядов, активного водорода и кавитации, т. е. образовании и схлопывании парогазового слоя, с поверхности сердечника при катодной поляризации происходит удаление загрязнений. За счет высоких температур в канале микродуговых разрядов тонкие поверхностные слои металла сердечника локально разогреваются, а при контакте с раствором интенсивно охлаждаются, что приводит к формированию в них мелкозернистой неравномерной структуры с повышенной энергией. When direct current flows through the solution – core interface, solution electrolysis processes develop near it, which are accompanied by the formation of a vapor – gas layer around the core. In the case of cathodic polarization of the core, the layer consists of solution vapors and hydrogen gas. At a certain value of the field strength, this layer is commutated by microarc discharges along the boundaries of vapor bubbles. The process of switching the discharges is an incomplete breakdown, since when the steam is heated from the discharge channel, the bubbles collapse, the discharge goes out and a new portion of the solution is supplied to the surface, which again decomposes into ions under the influence of the field to form gas and vapor. Thus, in the field of action of the field at the solution – core interface, there is a layer of randomly dying and newly arising microarc discharges. Under the influence of discharges, active hydrogen and cavitation, i.e., the formation and collapse of the vapor-gas layer, pollution is removed from the surface of the core during cathodic polarization. Due to high temperatures in the channel of microarc discharges, the thin surface layers of the core metal are locally heated, and they are intensively cooled upon contact with the solution, which leads to the formation of a fine-grained uneven structure with increased energy.

На выходе сердечника из зоны электрического поля за счет взаимодействия с раствором кальцинированной соды на его активной поверхности адсорбируется хрупкая тонкая пленка Na₂CO₃, которая защищает поверхность от окисления в процессе наложения оболочки и нагрева перед обжатием, если это необходимо. При последующем совместном обжатии сердечника с оболочкой вследствие пластической деформации приповерхностных слоев происходит десорбция и разрушение пленки Na₂CO₃ и разрываются процессы соединения сердечника с оболочкой по чистой активированной поверхности. Мелкозернистая неравновесная структура приповерхностных слоев сердечника способствует интенсивному протеканию процессов гетеродиффузии на границе металлов, в результате чего после обжатия формируется прочное соединение.At the core exit from the electric field zone due to interaction with soda ash solution, a brittle thin film of Na ₂ CO _{3 is} adsorbed on its active surface, which protects the surface from oxidation during coating and heating before compression, if necessary. In the subsequent joint compression of the core with the shell due to plastic deformation of the surface layers, desorption and destruction of the Na ₂ CO ₃ film occur and the processes of connecting the core with the shell are broken along a clean activated surface. The fine-grained nonequilibrium structure of the surface layers of the core contributes to the intense occurrence of heterodiffusion processes at the metal boundary, as a result of which a strong joint is formed after compression.

При напряженности поля менее 100 В/см электроразрядный слой у поверхности сердечника обладает низкой стабильностью, а энергия микродуговых разрядов недостаточна для полной очистки и деформирования активированной структуры приповерхностных слоев, в результате чего при последующем обжатии сердечника с оболочкой формируется соединение с низкой прочностью. When the field strength is less than 100 V / cm, the electric discharge layer near the core surface has low stability, and the energy of microarc discharges is insufficient for complete cleaning and deformation of the activated structure of the surface layers, as a result of which, upon subsequent compression of the core with the shell, a compound with low strength is formed.

При напряженности поля выше 140 В/см у поверхности сердечника формируется сплошной плазменный слой значительной толщины, который приводит к резкому снижению отвода тепла от сердечника в раствор и развитию процесса нагрева сердечника с вторичным окислением его поверхности. Слой вторичных оксидов характеризуется значительной толщиной и прочностью и при последующем обжатии блокирует развитие контакта между сердечником и оболочкой, в результате чего соединение имеет низкую прочность. At a field strength above 140 V / cm, a continuous plasma layer of considerable thickness forms near the core surface, which leads to a sharp decrease in heat removal from the core into the solution and the development of the core heating process with secondary oxidation of its surface. The layer of secondary oxides is characterized by considerable thickness and strength, and during subsequent compression blocks the development of contact between the core and the shell, as a result of which the compound has a low strength.

Обработка по предлагаемому способу в диапазоне напряженности поля 100-140 В/см не сопровождается образованием вторичных оксидов на поверхности сердечника, так как парогазовый слой, включающий газообразный водород, обладает восстанавливающими свойствами. Кроме того, энергетические затраты при катодной поляризации в несколько раз ниже, чем при анодной. Поэтому обработка по предлагаемому способу в пределах напряженности поля 100-140 В/см характеризуется более высокой энергией микродуговых разрядов, а значит более интенсивным и качественным удалением загрязнений с активирующим воздействием на поверхность. Processing according to the proposed method in the range of field strengths of 100-140 V / cm is not accompanied by the formation of secondary oxides on the surface of the core, since the vapor-gas layer, including hydrogen gas, has reducing properties. In addition, energy costs at cathodic polarization are several times lower than at anodic polarization. Therefore, the processing according to the proposed method within the field strength of 100-140 V / cm is characterized by a higher energy of microarc discharges, and therefore more intensive and high-quality removal of contaminants with an activating effect on the surface.

На фиг. 1 изображена схема реализации способа; на фиг. 2 - схема узла, в котором осуществляется процесс обработки сердечника. In FIG. 1 shows a diagram of the implementation of the method; in FIG. 2 is a diagram of a node in which a core processing process is carried out.

Заготовку сердечника 1 разматывают из бунта с фигурки 2 (фиг. 1) и калибруют на требуемый размер в монолитной волоке 3, после чего готовый сердечник 4 правят в двух роликовых правилках 5, 6 и подают в установку 7 для обработки поверхности. The core blank 1 is unwound from the riot from figure 2 (Fig. 1) and calibrated to the required size in a monolithic fiber 3, after which the finished core 4 is corrected in two roller rules 5, 6 and fed to the surface treatment unit 7.

Установка для обработки поверхности сердечника 4 (фиг. 2) состоит из трех камер: рабочей 8 и двух боковых 9,10. В рабочей камере 8 установлен электрод 11 с продольными пазами 12 и токоподводом 13. Installation for processing the surface of the core 4 (Fig. 2) consists of three chambers: working 8 and two side 9,10. An electrode 11 is installed in the working chamber 8 with longitudinal grooves 12 and a current lead 13.

Для подачи раствора Na₂CO₃ рабочая камера снабжена патрубком 14 боковые камеры 9 и 10 - патрубками 15, 16 для слива раствора Na₂CO₃. Для создания электрического поля в рабочей камере 8 служит источник 17 питания, положительный вывод которого соединен с электродом 11 через токоподвод 13, а отрицательный - с сердечником 4 через контактный ролик 18.To supply Na ₂ CO ₃ solution, the working chamber is equipped with a nozzle 14 side chambers 9 and 10 - nozzles 15, 16 for draining the Na ₂ CO ₃ solution. To create an electric field in the working chamber 8, a power source 17 is used, the positive output of which is connected to the electrode 11 through the current lead 13, and the negative one - with the core 4 through the contact roller 18.

Ленту 19 с разматывателя 20 (см. фиг. 1) подают в блок 21 очистки поверхности, затем через ролик 22 совместно с сердечником 4 - в блок 23 гибочных роликов, где формуют вокруг сердечника. Продольный стык оболочки заваривают в установке 24 аргоно-дуговой сварки 24, и полученную заготовку 25 транспортируют через индуктор 26. Нагретую заготовку 27 обжимают в четырехвалковых калибрах 28, а затем готовую биметаллическую продукцию 29 сматывают на барабан 30. The tape 19 from the unwinder 20 (see Fig. 1) is fed to the surface cleaning unit 21, then through the roller 22 together with the core 4, to the bending roller unit 23, where it is formed around the core. The longitudinal joint of the shell is welded in the installation 24 of argon-arc welding 24, and the obtained workpiece 25 is transported through the inductor 26. The heated workpiece 27 is crimped in four-roll calibers 28, and then the finished bimetallic product 29 is wound onto a drum 30.

П р и м е р. Конкретную реализацию способа проводили на установке, выполненной по схеме фиг. 1. В качестве сердечника 4 использовалась проволока диаметром 6 мм из Ст. 15Г, а в качестве оболочки 19 - медная лента марки М1 толщиной 1 мм и шириной 22 мм. При получении сталемедной проволоки 29 проводили обработку сердечника 4 в растворе кальцинированной соды (Na₂CO₃) на установке 7. При этом расход раствора Na₂CO₃ выбирался из условия полного заполнения полости электрода 11, что гарантировало одинаковые условия обработки по всей поверхности сердечника 4. Диаметр электрода 11 и, соответственно, расстояние а (см. фиг. 2) между поверхностью электрода 11 и поверхностью сердечника 4 выбиралось из условия исключения дуговых пробоев между сердечником и электродом. Напряженность электрического поля при обработке сердечника 4 выбиралась в пределах 90-150 В/см. Из этого диапазона задавались пять значений: 90, 100, 120, 140 и 150 В/см. Скорость транспортировки компонентов (сердечника 4 и оболочки 19) и заготовки 25 составляла 7,5 м/мин. Деформация нагретой заготовки 27 при обжатии в четырехвалковых калибрах 28 составляла 24% . При этом обжатие проводили при температуре 900±20^оС, как наиболее благоприятной с точки зрения термодинами- ческого состояния стального компонента.PRI me R. A specific implementation of the method was carried out on the installation made according to the scheme of FIG. 1. As the core 4 was used a wire with a diameter of 6 mm from St. 15G, and as a sheath 19 - a copper tape of the M1 brand 1 mm thick and 22 mm wide. Upon receipt of the steel-copper wire 29, the core 4 was processed in a solution of soda ash (Na ₂ CO ₃ ) in the installation 7. In this case, the flow rate of the Na ₂ CO ₃ solution was selected from the condition that the electrode cavity 11 was completely filled, which guaranteed the same processing conditions over the entire surface of the core 4 The diameter of the electrode 11 and, accordingly, the distance a (see Fig. 2) between the surface of the electrode 11 and the surface of the core 4 was selected from the condition of excluding arc breakdowns between the core and the electrode. The electric field when processing the core 4 was selected in the range of 90-150 V / cm Five values were set from this range: 90, 100, 120, 140, and 150 V / cm. The speed of transportation of the components (core 4 and shell 19) and the workpiece 25 was 7.5 m / min. The deformation of the heated billet 27 during compression in four-roll calibers 28 was 24%. In this reduction was carried out at a temperature of 900 ± ²⁰ ° C, the most favorable from the viewpoint of the thermodynamic state of the steel component.

Партии сталемедной проволоки 29, полученные при различных режимах обработки сердечника, разрезали на образцы длиной 300 мм для определения прочности соединения сердечника 4 с оболочкой 19. Прочность соединения определялась по условию сдвига пояска оболочки длиной 4 мм на разрывной машине с помощью специальных зажимов. Поскольку качественным считается соединение, прочность которого не уступает прочности компонента с наименьшим значением соответствующей механической характеристики (например, сопротивления срезу), в качестве критерия оценки выбиралось сопротивление срезу меди, составляющее 150 мН/м². Результаты испытаний представлены в таблице.The batches of steel-copper wire 29, obtained under different processing conditions of the core, were cut into samples 300 mm long to determine the strength of the joint of the core 4 with the sheath 19. The strength of the joint was determined by the shear zone of the sheath of the sheath 4 mm long on a tensile testing machine using special clamps. Since a compound is considered to be of high quality, the strength of which is not inferior to the strength of the component with the lowest value of the corresponding mechanical characteristic (for example, shear resistance), the copper shear resistance of 150 mN / m ² was chosen as an evaluation criterion. The test results are presented in the table.

Из таблицы следует, что при обжатии сталемедной заготовки с сердечником, обработанным при значении напряженности поля 90 В/см, прочность соединения компонентов составляет 0,8 от прочности меди, что объясняется низкой энергией микродуговых разрядов, недостаточной для полной очистки поверхности и формирования активированной структуры приповерхностных слоев. It follows from the table that when compressing a steel-copper billet with a core processed at a field strength of 90 V / cm, the bond strength of the components is 0.8 of the strength of copper, which is explained by the low energy of the microarc discharges, insufficient to completely clean the surface and form an activated surface structure layers.

При напряженности поля в процессе обработки сердечника равной 150 В/см, у его поверхности образуется сплошной плазменный слой, что приводит к перегреву поверхности и образованию стойких вторичных оксидов. При обжатии оксидный слой блокирует развитие контакта между сердечником и оболочкой до такой степени, что соединение как таковое не образуется, о чем свидетельствует низкая прочность, обусловленная чисто механическим сцеплением. When the field strength during processing of the core is equal to 150 V / cm, a continuous plasma layer is formed at its surface, which leads to surface overheating and the formation of stable secondary oxides. During compression, the oxide layer blocks the development of contact between the core and the shell to such an extent that the connection as such does not form, as evidenced by the low strength due to purely mechanical adhesion.

Соединение, не уступающее по прочности медному компоненту, образуется при обжатии заготовки с сердечником, обработанным в электрическом поле напряженностью 100-140 В/см. (56) 1. Заявка Японии N 61-154777, кл. В 23 К 20/00, 1986. A compound that is not inferior in strength to the copper component is formed during compression of a workpiece with a core processed in an electric field of 100-140 V / cm. (56) 1. Japan Application N 61-154777, cl. B 23K 20/00, 1986.

2. Автоpское свидетельство N 117624, кл. B 21 C 23/22, 1985. 2. Author's certificate N 117624, cl. B 21 C 23/22, 1985.

Claims

METHOD FOR PRODUCING BIMETALLIC WIRE, in which the surface of the core is treated in a solution of soda ash, coated on the core, crimped together, characterized in that the core is processed in a direct current electric field of 100 - 140 V / cm at cathodic polarization.