CN105710154A

CN105710154A - 一种双金属复合线材的制备方法

Info

Publication number: CN105710154A
Application number: CN201410734977.6A
Authority: CN
Inventors: 梁贺; 李德富; 闫晓东; 陈松; 杨银
Original assignee: Beijing General Research Institute for Non Ferrous Metals
Current assignee: Beijing General Research Institute for Non Ferrous Metals
Priority date: 2014-12-04
Filing date: 2014-12-04
Publication date: 2016-06-29

Abstract

本发明涉及一种双金属复合线材的制备方法，属于双金属复合线材制备领域。该方法先将两根材质不同的金属管材和棒材经过表面处理后套在一起，然后采用三辊行星轧机对套在一起的管材和棒材进行轧制加工，使管材和棒材复合到一起，得到双金属复合棒坯；将双金属复合棒坯用多机架的Y轧机或平立辊轧机再次轧制，轧制成直径为4.5～5.5mm的双金属复合线材；采用拉丝机对双金属复合线材进行拉拔加工，制备成直径为0.5mm～3mm的双金属复合线材。可制备钛包铜双金属复合线材、钛包钢双金属复合线材、铜包铝双金属复合线材等一系列双金属复合线材，该方法获得的双金属复合线材两种金属结合强度高，所用的生产设备简单、灵活性大、成本低。

Description

一种双金属复合线材的制备方法

技术领域

本发明涉及一种双金属复合线材的制备方法，特别涉及一种可用于钛包铜、钛包钢和铜包铝双金属复合线材的生产工艺方法，属于双金属复合线材制备领域。

背景技术

复合线材的性质是外层包覆或镀覆一层金属，以另一种金属材料作芯线，达到减少短缺资源的用量，提高综合性能，利用芯线的高强度和包覆层的导电性不降低标准，削减单位长度线材重量的目的。科研人员高度重视复合线材的研究，无论是制备工艺技术还是替代材料，复合线材开发与应用都取得了快速地进展。

目前，金属复合线材制备的常用方法有：复合挤压法、铸拉复合法、充芯连铸复合法、连续挤压包覆复合法(简称包覆复合法)等。

复合挤压法，即热挤压法，极高的挤压压力和温度会在界面处产生“压力锻”的焊接效应，两种金属在高压条件下非常有利于产生界面原子的扩散，挤压时的延伸变形，可使界面产生较大比例的新生表面，从而达到两种金属原子相互扩散复合的目的。但由于挤压筒体积的限制，该方法无法生产大卷重的双金属复合线材。

铸拉法主要用于铝包钢线的生产，表面处理包括除油、酸洗、水洗和涂助焊剂、铸拉、表面处理、钢丝加热和后处理等环节，其中铸拉是关键。要得到结合性能较好的钢、铝界面，其主要目的就是保证钢丝表面光洁。但铸拉工艺过程复杂，有许多影响因素，如铝液的温度、铸拉速度、铝液的浇铸温度、钢丝的预热温度及冷却强度等，参数之间不易配合，成品率较低。

充芯连铸复合法制造双金属棒的原理是：采用上下两个坩埚，芯部金属与外层金属分别在上下两个坩埚中熔化，由导流管和结晶器共同构成连铸外管的铸型，下拉外层金属铸管的同时，在一定的拉速和温度下，芯部金属液随之充入外层铸管中，实现外层金属与芯部金属的凝固及其复合。但该工艺属于固相和液相复合，很容易出现金属间化合物等脆性相，对复合线材的塑性和导电性能产生不良的影响。

连续挤压包覆技术是在连续挤压技术基础上发展起来的，铜的管状接缝以氩弧焊机焊合，连续挤压包覆的基本原理是利用摩擦力作为动力进行挤压，经过挤压模具使两种金属界面紧密结合。但该工艺容易出现挤压后外层壁厚不均匀、弯曲、三角棱、径向开口、纵向划伤、焊合不好等缺点。

发明内容

为了解决上述工艺存在的问题，本发明提供一种采用三辊行星轧机生产双金属复合线材的工艺。

一种双金属复合线材的制备方法，先将两根材质不同的金属管材和棒材经过表面处理后套在一起，然后采用三辊行星轧机对套在一起的管材和棒材进行轧制加工，使管材和棒材复合到一起，得到双金属复合棒坯；然后，将双金属复合棒坯用多机架的Y轧机或平立辊轧机再次轧制，轧制成直径为4.5～5.5mm的双金属复合线材；最后，采用拉丝机对双金属复合线材进行拉拔加工，制备成直径为0.5mm～3mm的双金属复合线材。

上述双金属复合线材的制备方法，包括如下具体步骤：

1)前处理：对管材的内表面和棒材的外表面进行清洁处理，去除内、外管表面的油污和氧化物直至露出光亮的金属基体；

2)外层管材和内层棒材组合：将棒材装入管材中；

3)三辊行星轧机轧制复合：采用三辊行星轧机对套在一起的管材和棒材进行轧制，轧制成双金属复合棒坯；

4)将双金属复合棒坯采用多机架的Y轧机或平立辊轧机再次轧制；

5)采用拉丝机对双金属复合线材进行拉拔加工，制备得到直径为0.5mm～3mm的双金属复合线材。

步骤1)中，所述的清洁处理包括除油、酸洗和打磨等。

步骤2)中，棒材与管材二者之间的间隙在0.2mm～1.5mm之间。

步骤3)中，采用三辊行星轧机轧制过程中，对管材和棒材组合进行在线加热，加热温度根据所轧制管材和棒材的材质确定；轧制速度为1～1.5m/min，轧制后复合棒坯的直径为12～40mm，长度可达到20m以上。

步骤4)中，采用多机架的Y轧机或平立辊轧机进行轧制时，在轧机前可以采用在线加热，加热温度根据所轧制的复合棒坯的材质确定；轧制速度为10～200m/min，轧制得到直径为4.5～5.5mm的双金属复合线材，长度可达到200m以上。

步骤5)中，进行拉拔加工时可采用在线加热，加热温度根据所拉拔的复合线材的材质确定。

上述方法制备的双金属复合线材包括钛包铜双金属复合线材、钛包钢双金属复合线材和铜包铝双金属复合线材等一系列双金属复合线材，其中，铜包括纯铜和变形铜合金，钛包括纯钛和变形钛合金，钢包括各种钢材，铝包括纯铝和变形铝合金。

本发明的优点：

1、管坯和棒材规格以及材质适应范围广，外径规格可从30mm到90mm，单根管坯可达100kg以上，同时，在轧制时对管坯采用在线感应加热，加热温度可根据轧制坯料的材质确定，因此可适用于多种材料的轧制；

2、在轧制时压下量大，延伸率高，变形速度快，变形程度高，断面加工率可达80％以上，因此出现大量新鲜金属界面，有利于双金属原子间扩散，易于实现冶金结合；

3、管坯和棒材能自动咬入、不需要导向装置、设备负荷平稳、无冲击载荷、轧制力小、噪音低；能改善产品质量；

4、由于大压下量使管坯和棒材原有的内部气孔，微裂纹、疏松等缺陷压合，成品内部组织致密度显著提高，纵横向晶粒明显细化；

5、由于变形迅速、加工率大、表面摩擦强烈、内部塑性变形热累积量大，使变形区的轧件温度升高，改善了管坯和棒材的晶粒度，轧后管坯的晶粒均匀细致，组织状态呈均匀再结晶等轴晶粒，轧件尺寸精度较高。

本发明的成形方法是利用三辊行星轧机制备复合线材，可制备钛包铜双金属复合线材、钛包钢双金属复合线材、铜包铝双金属复合线材等一系列双金属复合线材，该方法获得的双金属复合线材两种金属结合强度高，所用的生产设备简单、灵活性大、成本低。

附图说明

图1是三辊行星轧机轧制双金属复合棒坯断面图。

图2-1是12mm直径的铜包铝复合线材界面的线扫描图，图2-2是12mm直径的铜包铝复合线材界面的面扫描图。

图3是拉拔后铜包铝复合线材芯部铝的金相照片。

主要附图标记：

1管材2棒材

3轧辊Ⅰ减径段

Ⅱ集中变形段Ⅲ精整段

Ⅳ归圆段

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

本发明双金属复合线材的制备方法，首先将两根材质不同的金属管材和棒材经过表面处理后套在一起，然后，如图1所示，采用三辊行星轧机对套在一起的管材1和棒材2进行轧制加工，通过轧辊3，经过减径段Ⅰ、集中变形段Ⅱ、精整段Ⅲ和归圆段Ⅳ，使管材1和棒材2复合到一起，得到双金属复合棒坯，轧制后复合棒坯的直径为12～40mm，长度可达到20m以上。将用三辊行星轧机轧制后的双金属复合棒坯用多机架的Y轧机或平立辊轧机再次轧制，轧制成直径为5mm左右的双金属复合线材，在轧机前可以采用在线感应加热，加热温度根据所轧制的复合棒坯的材质确定。最后，采用拉丝机对双金属复合线材进行拉拔加工，制备成直径为0.5mm～3mm的双金属复合线材，进行拉拔加工时可在线加热，加热温度根据所拉拔的复合线材的材质确定。

上述双金属复合线材的制备方法，具体步骤如下：

步骤1：前处理，参见图1，对管材1的内表面和棒材2的外表面进行清洁处理，包括除油、酸洗和打磨，用以去除内、外管表面的油污和氧化物直至露出光亮的金属基体；

步骤2：外层金属管和内层棒材组合，将棒材2装入外层金属管1中，二者间隙在0.2mm～1.5mm之间；

步骤3：三辊行星轧机轧制复合，采用三辊行星轧机对外层金属管和内层棒材组合进行轧制，轧制成双金属复合棒坯，在轧制过程中，对套在一起的金属管和内层棒材组合采用在线加热，加热温度根据所轧制管材和棒材的材质确定，轧制时，轧制速度为1～1.5m/min，轧制后复合棒坯的直径为12～40mm，长度可达到20m以上；

步骤4：将用三辊行星轧机轧制后的双金属复合棒坯用多机架的Y轧机或平立辊轧机再次轧制，在轧机前可以采用在线加热，加热温度根据所轧制的复合棒坯的材质确定，轧制速度为10～200m/min，轧制成直径为5mm左右的双金属复合线材，长度可达到200m以上；

步骤5：采用拉丝机对双金属复合线材进行拉拔加工，制备成直径为0.5mm～3mm的双金属复合线材，进行拉拔加工时可在线加热，加热温度根据所拉拔的复合线材的材质确定。

实施例1：

制备纯钛包紫铜双金属复合线材：

(1)前处理：纯钛管规格为直径60mm，壁厚5mm，紫铜棒规格为直径49.5mm，管材和棒材总间隙为0.5mm，长度为5m，用4％(质量百分比)NaOH溶液对纯钛管和紫铜棒除油，纯钛管用20％(质量百分比)HNO3+7％(质量百分比)HF溶液进行酸洗，紫铜棒用12％(质量百分比)的HCl溶液进行酸洗，然后用钢丝刷将纯钛管的内表面和紫铜棒的外表面打磨出新鲜的金属基体；

(2)外层金属管和内层棒材组合：将打磨好的紫铜棒套入纯钛管中；

(3)行星轧制复合：采用三辊行星轧机对纯钛管和紫铜棒组合进行轧制，在轧制过程中，对套在一起的纯钛包紫铜双金属组合采用在线感应加热，加热温度为400～450℃，轧制速度为1m/min，可一次性将纯钛包紫铜双金属组合轧制成钛包铜复合棒坯，复合棒坯的直径为25mm，长度可达到20m以上；

(4)多机架Y轧机或平立辊轧机再次轧制：将用三辊行星轧机轧制后的钛包铜双金属复合棒坯用多机架的Y轧机或平立辊轧机再次轧制，在轧机前采用在线加热，加热温度为400～450℃，轧制速度为25m/min，轧制成直径为5mm左右的双金属复合线材，长度可达到200m以上；

(5)拉丝机对钛包铜双金属复合线材进行拉拔加工：将经过多机架Y轧机或平立辊轧机轧制的钛包铜双金属复合线材继续采用拉丝机进行拉拔加工，制备成直径为2mm的钛包铜双金属复合线材，进行拉拔加工时在线加热，加热温度为600℃。

实施例2：

制备纯钛包20号钢双金属复合线材：

(1)前处理：纯钛管规格为直径40mm，壁厚为4mm，20号钢棒规格为直径31.2mm，管材和棒材总间隙为0.8mm，长度为6m，用5％NaOH(质量百分比)溶液对纯钛管和20号钢棒除油，纯钛管用20％HNO₃(质量百分比)+7％HF(质量百分比)溶液进行酸洗，20号钢棒用10％的H₂SO₄(质量百分比)溶液进行酸洗，然后用钢丝刷将纯钛管的内表面和20号钢棒的外表面打磨出新鲜的金属基体；

(2)外层金属管和内层棒材组合：将打磨好的20号钢棒套入纯钛管中；

(3)行星轧制复合：采用三辊行星轧机对钛管和20号钢棒组合进行轧制，在轧制过程中，对套在一起的纯钛包20号钢双金属组合采用在线感应加热，加热温度为700～750℃，轧制速度为1.2m/min，可一次性将纯钛包20号钢双金属组合轧制成钛包钢复合棒坯，复合棒坯的直径为15mm，长度可达到30m以上；

(4)多机架Y轧机或平立辊轧机再次轧制：将用三辊行星轧机轧制后的钛包钢双金属复合棒坯用多机架的Y轧机或平立辊轧机再次轧制，在轧机前采用在线加热，加热温度为700～750℃，轧制速度为15m/min，轧制成直径为5mm左右的双金属复合线材，长度可达到200m以上；

(5)拉丝机对钛包铜双金属复合线材进行拉拔加工：将经过多机架Y轧机或平立辊轧机轧制的钛包钢双金属复合线材继续采用拉丝机进行拉拔加工，制备成直径为2.5mm的钛包钢双金属复合线材，进行拉拔加工时在线加热，加热温度为750℃。

实施例3：

制备铜包铝双金属复合线材：

(1)前处理：紫铜管规格为直径50mm，壁厚为3mm，纯铝棒规格为直径43mm，管材和棒材总间隙为1mm，长度为6m，用5％NaOH溶液对紫铜管和纯铝棒除油，紫铜管用12％的HCl(质量百分比)溶液进行酸洗，纯铝棒用10％的H₂SO₄(质量百分比)溶液进行酸洗，然后用钢丝刷将紫铜纯钛管的内表面和纯铝棒的外表面打磨出新鲜的金属基体；

(2)外层金属管和内层棒材组合：将打磨好的纯铝棒套入紫铜管中；

(3)行星轧制复合：采用三辊行星轧机对紫铜管和纯铝棒组合进行轧制，轧制速度为1.5m/min，可一次性将紫铜包纯铝双金属组合轧制成铜包铝复合棒坯，复合棒坯的直径为20mm，长度可达到30m以上；

(4)多机架Y轧机或平立辊轧机再次轧制：将用三辊行星轧机轧制后的铜包铝双金属复合棒坯用多机架的Y轧机或平立辊轧机再次轧制，在轧机前采用在线加热，加热温度为350～400℃，轧制速度为20m/min，轧制成直径为5mm左右的铜包铝双金属复合线材，长度可达到200m以上。

如图2-1和图2-2所示，为轧制到直径为12mm铜包铝复合线材结合层的层的线扫描和面扫描照片，可以看到界面密实圆整，铜和铝之间的扩散层的宽度约0.4毫米，这意味着铜和铝之间发生一定的扩散。

(5)拉丝机对铜包铝双金属复合线材进行拉拔加工：将经过多机架Y轧机或平立辊轧机轧制的铜包铝双金属复合线材继续采用拉丝机进行拉拔加工，制备成直径为1.5mm的铜包铝双金属复合线材，进行拉拔加工时在线加热，加热温度为350℃。

如图3所示，为拉拔到直径为1.5mm的铜包铝线材铝芯部的金相照片，可以看出铝内部组织致密度显著提高，纵横向晶粒明显细化，形成了与拉拔方向一致的条纹，晶粒均匀细致。

Claims

1.一种双金属复合线材的制备方法，其特征在于：先将两根材质不同的金属管材和棒材经过表面处理后套在一起，然后采用三辊行星轧机对套在一起的管材和棒材进行轧制加工，使管材和棒材复合到一起，得到双金属复合棒坯；然后，将双金属复合棒坯用多机架的Y轧机或平立辊轧机再次轧制，轧制成直径为4.5～5.5mm的双金属复合线材；最后，采用拉丝机对双金属复合线材进行拉拔加工，制备成直径为0.5mm～3mm的双金属复合线材。

2.根据权利要求1所述的双金属复合线材的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

1)对管材的内表面和棒材的外表面进行清洁处理，去除内、外管表面的油污和氧化物直至露出光亮的金属基体；

2)将棒材装入管材中；

3)采用三辊行星轧机对套在一起的管材和棒材进行轧制，轧制成双金属复合棒坯；

3.根据权利要求2所述的双金属复合线材的制备方法，其特征在于：所述的棒材与管材之间的间隙为0.2mm～1.5mm。

4.根据权利要求2所述的双金属复合线材的制备方法，其特征在于：采用三辊行星轧机轧制过程中，对管材和棒材组合进行在线加热。

5.根据权利要求2所述的双金属复合线材的制备方法，其特征在于：采用三辊行星轧机轧制过程中，轧制速度为1～1.5m/min，轧制后复合棒坯的直径为12～40mm，长度为20m以上。

6.根据权利要求2所述的双金属复合线材的制备方法，其特征在于：采用多机架的Y轧机或平立辊轧机进行轧制时，在轧机前采用在线加热。

7.根据权利要求2所述的双金属复合线材的制备方法，其特征在于：采用多机架的Y轧机或平立辊轧机进行轧制时，轧制速度为10～200m/min，轧制得到直径为4.5～5.5mm的双金属复合线材，长度为200m以上。

8.根据权利要求2所述的双金属复合线材的制备方法，其特征在于：进行拉拔加工时采用在线加热。

9.根据权利要求2所述的双金属复合线材的制备方法，其特征在于：所述的双金属复合线材包括钛包铜双金属复合线材、钛包钢双金属复合线材和铜包铝双金属复合线材。

10.根据权利要求9所述的双金属复合线材的制备方法，其特征在于：所述的铜包括纯铜和变形铜合金，所述的钛包括纯钛和变形钛合金，所述的铝包括纯铝和变形铝合金。