RU2605736C2

RU2605736C2 - Method of bimetal wire producing

Info

Publication number: RU2605736C2
Application number: RU2015116847/02A
Authority: RU
Inventors: Валентин Николаевич Дураджи; Дмитрий Ефимович Капуткин
Priority date: 2015-05-05
Filing date: 2015-05-05
Publication date: 2016-12-27
Also published as: RU2015116847A

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention can be used for production of bimetallic wire on steel base with sheaths from different metals, mainly non-ferrous. Steel core and copper shell in form of tape are preliminarily treated with electrolyte in anode process electro-hydrodynamical mode. Workpiece is assembled by core wrapping with shell. Connecting its edges. Obtained workpiece is heated to 750-850 °C in electrolytic plasma in anode process mode. Obtained workpiece is rolled.

EFFECT: method allows to produce bimetallic wire with high quality of its constituent metals connection, with considerably smaller rolling forces provides strong connection of dissimilar metals, for example core steel and shell copper, wherein copper shell is not thinning and burr is not formed.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к металлургии, в частности к обработке металлов давлением композиционных материалов, и может быть использовано при изготовлении биметаллической проволоки на стальной основе с оболочками из различных металлов, преимущественно цветных.The invention relates to metallurgy, in particular to the processing of metals by pressure of composite materials, and can be used in the manufacture of bimetallic steel-based wires with sheaths of various metals, mainly non-ferrous.

Известен способ производства биметаллической проволоки, включающий очистку поверхности сердечника методом химического травления, осаждение подслоя меди в гальванических ваннах и последующее оборачивание оболочкой, нагрев и прокатку. При этом способе изготовления с поверхности стального сердечника удаляются загрязнения и окислы железа, а осажденный подслой меди содействует соединению медной оболочки со стальным сердечником (А.Л. Тарновский и др. Биметаллическая проволока. М.: Металлургиздат, 1963 г.).A known method for the production of bimetallic wire, including cleaning the surface of the core by chemical etching, the deposition of the copper sublayer in electroplating baths and subsequent wrapping, heating and rolling. With this manufacturing method, contaminants and iron oxides are removed from the surface of the steel core, and the deposited copper sublayer helps to connect the copper shell to the steel core (A.L. Tarnovsky et al. Bimetal wire. M .: Metallurgizdat, 1963).

Недостатком этого способа изготовления биметаллической проволоки является его низкая производительность, необходимость применения сложного химического оборудования, вредность производства, так как применяются растворы серных и соляных кислот. Кроме того, в составе электролитов для осаждения подслоя используют цианистые соединения, которые являются ядовитыми, дорогими и нестабильными.The disadvantage of this method of manufacturing a bimetallic wire is its low productivity, the need for complex chemical equipment, the harmfulness of production, since sulfuric and hydrochloric acid solutions are used. In addition, cyanide compounds that are poisonous, expensive and unstable are used in the composition of electrolytes to precipitate the sublayer.

Известен способ изготовления биметаллической проволоки, в котором поверхность стального сердечника после термообработки, травления кислотой, промывки и обтирки подвергают обработке раствором кальцинированной соды (Na₂CO₃) концентрацией 20-25 г/л при температуре 60-65°С, после чего производят нанесение на сердечник алюминиевой оболочки и последующее их совместное обжатие (Авторское свидетельство СССР №1172624, опубликовано 15.08.85).A known method of manufacturing a bimetallic wire in which the surface of the steel core after heat treatment, acid pickling, washing and wiping is subjected to treatment with a solution of soda ash (Na ₂ CO ₃ ) concentration of 20-25 g / l at a temperature of 60-65 ° C, after which the application on the core of the aluminum shell and their subsequent joint compression (USSR Author's Certificate No. 1172624, published August 15, 85).

Недостатки данного способа состоят в том, что предварительная обработка в значительной мере усложняет процесс и снижает его технологические возможности. Кроме того, при операциях травления, промывки и последующей обработки в растворе кальцинированной соды поверхность стального сердечника пассивируется, в то время как для получения высокой прочности соединения она должна быть максимально активной.The disadvantages of this method are that the pre-treatment greatly complicates the process and reduces its technological capabilities. In addition, during etching, washing and subsequent processing in a solution of soda ash, the surface of the steel core is passivated, while in order to obtain a high bond strength it must be as active as possible.

Известен способ изготовления биметаллической проволоки, включающий подачу сердечника, оборачивание его оболочкой с соединением кромок, нагрев и прокатку заготовки (Патент US №4331283, от 25.05.1989). В этом способе отсутствует применение химически агрессивных или ядовитых веществ, и он более производителен, чем ранее описанный.A known method of manufacturing a bimetallic wire, including feeding the core, wrapping it with a shell with a connection of the edges, heating and rolling the workpiece (US Patent No. 4331283, from 05.25.1989). In this method there is no use of chemically aggressive or toxic substances, and it is more productive than previously described.

Однако недостаток известного способа заключается в том, что с его помощью нельзя получить биметаллические изделия, обладающие достаточно высокой прочностью соединения двух металлов, например стали и меди. Это объясняется тем, что поверхность стального сердечника содержит оксиды, которые препятствуют развитию соединения при прокатке. Эти оксиды разрушаются с образованием активных поверхностей лишь при достаточно высоких степенях деформации - 40-50%. Но при такой степени деформации, медная оболочка при входе в прокатные валки выдавливается в разъемы за счет переполнения, недопустимо утончается и образует грат. Кроме того, за счет интенсивного упрочнения металлов в очаге деформации происходит накопление внутренних напряжений, которые приводят к частичному разрушению образовавшихся связей и снижению общей прочности соединения.However, the disadvantage of this method is that it cannot be used to obtain bimetallic products having a sufficiently high strength of the connection of two metals, such as steel and copper. This is because the surface of the steel core contains oxides that inhibit the development of the compound during rolling. These oxides are destroyed with the formation of active surfaces only at sufficiently high degrees of deformation - 40-50%. But with such a degree of deformation, the copper shell at the entrance to the rolling rolls is squeezed into the connectors due to overflow, is unacceptably thinned and forms a burr. In addition, due to the intense hardening of metals in the deformation zone, the accumulation of internal stresses occurs, which leads to a partial destruction of the formed bonds and a decrease in the overall strength of the joint.

Известен способ изготовления биметаллической проволоки, включающий обработку поверхности сердечника в электрическом поле постоянного тока напряженностью 100-400 В/см при катодной поляризации в водном растворе кальцинированной соды (Патент РФ 2008109 от 28.02.1994).A known method of manufacturing a bimetallic wire, comprising processing the surface of the core in a direct current electric field of 100-400 V / cm with cathodic polarization in an aqueous solution of soda ash (RF Patent 2008109 from 02.28.1994).

Судя по описанию явлений, протекающих вокруг активного катода («катодная поляризация»), авторы имеют в виду коммутационный режим катодного процесса. Этот режим наблюдается на активном катоде в области напряжений 100-140 В (Лазаренко Б.Р. и др. Коммутация тока на границе металл-электролит. 1971 г. 74 с.). В коммутационном режиме вокруг активного катода периодически образуется парогазовая оболочка, в которой в момент коммутации между металлическим катодом и электролитным анодом протекают импульсно-дуговые разряды. При напряжении менее 100 В (в описании ошибочно указана напряженность электрического поля 100 В/см) протекают обычные классические электрохимические процессы. В действительности при напряжении на электродах 100 В и выше в оболочке, изменяющейся в пределах от 0,05 до 0,2 см, напряженность электрического поля составляет 2000-500 В/см. При этой напряженности поля могут протекать импульсно-дуговые разряды между металлическим катодом и электролитным анодом. При напряжении свыше 140 В коммутационный режим переходит в режим нагрева, когда вокруг активного катода образуется стабильная парогазовая оболочка. В этом режиме между металлическим катодом и электролитным анодом также протекают импульсно-дуговые разряды, переходящие в дуговой разряд. В результате образования стабильной оболочки и протекания электрических разрядов температура катода возрастает вплоть до его плавления. Ввиду того, что в коммутационном режиме импульсно-дуговые разряды возникают кратковременно только в момент коммутации, а в остальное время наблюдается контакт металла с электролитом, то очистка поверхности катода является неполной. В результате чего при последующем обжатии сердечника с оболочкой формируется соединение с низкой прочностью.Judging by the description of the phenomena occurring around the active cathode (“cathodic polarization”), the authors have in mind the switching mode of the cathode process. This mode is observed at the active cathode in the voltage range 100-140 V (B. Lazarenko et al. Current switching at the metal-electrolyte interface. 1971, 74 pp.). In the switching mode, a vapor-gas shell is periodically formed around the active cathode, in which pulse-arc discharges flow between the metal cathode and the electrolyte anode at the time of switching. At voltages less than 100 V (in the description the electric field strength 100 V / cm is erroneously indicated), ordinary classical electrochemical processes occur. In fact, when the voltage at the electrodes is 100 V and higher in the shell, varying from 0.05 to 0.2 cm, the electric field is 2000-500 V / cm. At this field strength, pulse-arc discharges can occur between the metal cathode and the electrolyte anode. At voltages above 140 V, the switching mode switches to heating mode when a stable vapor-gas shell forms around the active cathode. In this mode, pulse-arc discharges passing into the arc discharge also flow between the metal cathode and the electrolyte anode. As a result of the formation of a stable shell and the occurrence of electric discharges, the temperature of the cathode increases up to its melting. Due to the fact that in the switching mode, pulse-arc discharges occur briefly only at the time of switching, and the rest of the time metal is in contact with the electrolyte, cleaning the cathode surface is incomplete. As a result, upon subsequent compression of the core with the shell, a joint with low strength is formed.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ изготовления биметаллической проволоки, включающий подачу сердечника, оборачивание его оболочкой с соединением кромок, нагрев и прокатку заготовки, причем перед оборачиванием проводят электролитно-плазменную обработку сердечника при анодном растворении электрода, изготовленного из того же материала, что и оболочка (Патент РФ 2136466 от 10.09.1999).The closest in technical essence to the invention is a method of manufacturing a bimetallic wire, comprising feeding the core, wrapping it with a sheath with a joint of the edges, heating and rolling the workpiece, and before wrapping, electrolyte-plasma processing of the core is carried out with anode dissolution of an electrode made of the same material as and shell (RF Patent 2136466 from 09/10/1999).

Техническим результатом изобретения является повышение прочности соединения сердечника с оболочкой за счет улучшения подготовки контактных поверхностей сердечника и оболочки перед их соединением.The technical result of the invention is to increase the strength of the connection of the core with the shell by improving the preparation of the contact surfaces of the core and the shell before connecting them.

Технический результат достигается следующим образом.The technical result is achieved as follows.

Способ изготовления биметаллической проволоки включает подачу предварительно обработанного в электролите стального сердечника и медной оболочки в виде ленты, сборку заготовки путем оборачивания оболочкой сердечника, соединение ее кромок и прокатку полученной заготовки. Дополнительно осуществляют предварительную обработку медной оболочки в электролите, при этом обработку медной оболочки и стального сердечника осуществляют в электрогидродинамическом режиме анодного процесса, а перед прокаткой осуществляют нагрев полученной заготовки до 750-850°С в электролитной плазме в режиме анодного процесса.A method of manufacturing a bimetallic wire includes feeding a steel core and a copper shell pre-processed in an electrolyte in the form of a tape, assembling a workpiece by wrapping a core shell, connecting its edges and rolling the resulting workpiece. Additionally, preliminary processing of the copper shell in the electrolyte is carried out, while the treatment of the copper shell and the steel core is carried out in the electrohydrodynamic mode of the anode process, and before rolling, the resulting workpiece is heated to 750-850 ° C in an electrolyte plasma in the anode process mode.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 показана линия для получения биметаллической (сталемедной) проволоки. Она включает в себя следующее основное оборудование - отдающий барабан 1 с запасом сердечника в виде стальной проволоки 2; отдающий барабан 3 с запасом оболочки в виде медной ленты 4; электролитическая ванна для очистки и полировки сердечника 5; электролитическая ванна для очистки и полировки медной ленты 6; оборачивающее устройство 7; сварочное устройство 8 для сварок кромки ленты с получением биметаллической заготовки; устройство для нагрева в электролитной плазме 9; прокатные валки 10 и приемный барабан 11 для накапливания готовой биметаллической проволоки 12.The invention is illustrated in the drawing, where in FIG. 1 shows a line for producing bimetallic (steel-copper) wire. It includes the following basic equipment - the giving drum 1 with a supply of the core in the form of a steel wire 2; the giving drum 3 with a supply of shell in the form of a copper tape 4; electrolytic bath for cleaning and polishing the core 5; electrolytic bath for cleaning and polishing copper tape 6; wrapping device 7; a welding device 8 for welding the edges of the tape to obtain a bimetallic workpiece; a device for heating in an electrolyte plasma 9; rolling rolls 10 and a receiving drum 11 for accumulating the finished bimetallic wire 12.

На указанной линии заявленный способ осуществляется следующим образом: стальной сердечник 2 разматывают с барабана 1 и подают в электролитическую ванну 5, где на стальном сердечнике устанавливается электрогидродинамический режим анодного процесса. Одновременно оболочку - медную ленту 4 - сматывают с барабана 3 и подают в электролитическую ванну 6, где на медной ленте устанавливается электрогидродинамический режим анодного процесса. После этого медную ленту подают в устройство 7, где ее оборачивают вокруг стального сердечника 2. Далее с помощью сварочного устройства 8 кромки ленты 4 сваривают между собой. После этого биметаллическую заготовку в электролитной ванне 9 нагревают до температуры 750-850°С путем установления режима нагрева в электролитной плазме анодного процесса. При этой температуре стальной сердечник понижает предел своей прочности в несколько 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. Минск, 1973). Далее заготовку прокатывают в валках 10 до получения неразъемного соединения стального сердечника с медной оболочкой.On the specified line, the claimed method is as follows: the steel core 2 is unwound from the drum 1 and fed into the electrolytic bath 5, where the electrohydrodynamic mode of the anode process is established on the steel core. At the same time, the sheath - a copper tape 4 - is wound from the drum 3 and fed into the electrolytic bath 6, where the electrohydrodynamic mode of the anode process is established on the copper tape. After that, the copper tape is fed into the device 7, where it is wrapped around a steel core 2. Next, using the welding device 8, the edges of the tape 4 are welded together. After that, the bimetallic billet in the electrolyte bath 9 is heated to a temperature of 750-850 ° C by setting the heating mode in the electrolyte plasma of the anode process. At this temperature, the steel core lowers its tensile strength by several times, which allows its elongation to be up to 70%, but the grain has not yet experienced significant grain growth and a decrease in yield strength after cooling (M.A. Baranovsky and others. Metal technology and other structural materials. Minsk, 1973). Next, the billet is rolled in rolls 10 until a permanent connection of the steel core with the copper shell is obtained.

В электролитической ванне 5, 6 и 9 в качестве электролита могут быть использованы нейтральные электролиты, например водный раствор хлористого аммония, азотнокислого аммония и др.In the electrolytic bath 5, 6 and 9, neutral electrolytes can be used as the electrolyte, for example, an aqueous solution of ammonium chloride, ammonium nitrate, etc.

Использование данного способа позволяет изготавливать биметаллическую проволоку с высоким качеством соединения входящих в ее состав металлов.Using this method allows to produce a bimetallic wire with high quality compounds of its constituent metals.

Предлагаемое изобретение устраняет перечисленные недостатки и при значительно меньших усилиях прокатки обеспечивается прочное соединение двух разнородных металлов, например стали и меди, при этом медная оболочка не утончается и на ней не образуется грат.The present invention eliminates the above drawbacks and with significantly lower rolling forces, a strong connection of two dissimilar metals, for example steel and copper, is provided, while the copper shell does not thin out and does not form gratings on it.

Claims

A method of manufacturing a bimetallic wire, comprising supplying a steel core and a copper sheath pretreated in an electrolyte in the form of a tape, assembling a workpiece by wrapping a core sheath, joining its edges and rolling the resulting workpiece, characterized in that the copper sheath is preliminarily processed in the electrolyte, the processing of the copper shell and the steel core is carried out in the electrohydrodynamic mode of the anode process, and before rolling is carried out heating the resulting preform to 750-850 ° C in an electrolyte plasma in the anode process mode.