CN111590275A - 一种金属基复合导线坯料的制备方法 - Google Patents

一种金属基复合导线坯料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种金属基复合导线坯料的制备方法，该方法包括以下步骤：一、将金属材料A加工为芯棒，将金属材料B加工为外筒，将芯棒插入到外筒中，得到金属棒；二、将金属棒进行封堵焊接，得到坯料；三、将坯料加热，进行热挤压；四、将经热挤压后的坯料进行锯切，得到金属基复合导线坯料。本发明先将两种金属材料分别加工为具有相同锥角的芯棒和外筒，之后将芯棒和外筒制备成坯料，然后将坯料进行热挤压处理和锯切处理，增加了金属材料之间的有效接触面，改善了坯料在热挤压过程中的流动性差异，有效弥补了在热挤压过程中坯料尾端的芯棒材料不足的现象，提高了金属基复合导线坯料的成材率，降低了金属基复合导线坯料的生产成本。

Description

一种金属基复合导线坯料的制备方法
技术领域
本发明属于材料加工及成型技术领域，具体涉及一种金属基复合导线坯料的制备方法。
背景技术
在航空航天、机械、化工、冶金等工业制造中，常见不锈钢与铜或铜合金以及其它不同金属材料之间所形成的金属基复合导线结构，它是集两种性能不同的金属材料于一体而制成的新型线材，具有单一材料无法达到的优越性能，这样的复合结构不仅能节省大量的有色金属，而且能显著降低生产成本，金属基复合导线是20世纪30年代由德国发明的，随后在美、英、法等发达国家推广并广泛应用于高频信号传输电缆、电力电缆、控制电缆、电磁线和特殊漆包线等领域中应用也越来越广。
金属基复合导线是通过金属基复合导线坯料进行压力加工得到，金属基复合导线坯料的制备方法主要有铸拉法、轧制压接法、包覆焊接法、热挤压法、热浸镀法和反向凝固法等。目前热挤压法是生产金属基复合导线坯料的主要方法，具有生产效率较高，适合大规模批量化生产的优点，但从生产的实际情况来看，热挤压法生产金属基复合导线坯料的成材率偏低，挤压加工费用高，导致产品成本居高不下，而采用其他方法制备金属基复合导线坯料难以适应大规模批量化生产，因此，提高金属基复合导线坯料的成材率是降低其产品的成本的主要途径。
热挤压制备金属基复合导线坯料受原始坯料和挤压筒之间摩檫作用，导致同一截面上由外向内金属材料的流动速率不一致，同时在同一温度下不同金属材料的强度差异导致金属材料抵抗变形的抗力不同，加剧了内外金属材料流动的不一致性，最终导致金属基复合导线坯料的尾端两种金属材料的复合比达不到要求而被切除。受挤压成本、金属材料流动性差异以及挤压加工过程等复杂因素影响，金属基复合导线坯料的成材率在50％左右，低的成材率导致成品价格居高不下，严重阻碍了该类产品的工业化应用前景。因此，提高金属基复合导线坯料的成材率显得尤为重要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种金属基复合导线坯料的制备方法。本发明先将两种金属材料分别加工为具有相同锥角的芯棒和外筒，之后将芯棒和外筒制备成坯料，然后将坯料进行热挤压处理和锯切处理，得到金属基复合导线坯料，有效弥补了在热挤压过程中坯料尾端芯棒材料不足的现象，提高了金属基复合导线坯料的成材率，降低了金属基复合导线坯料的生产成本。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种金属基复合导线坯料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、将金属材料A加工为芯棒，将金属材料B加工为外筒，将所述芯棒插入到所述外筒中，得到金属棒；所述外筒为具有通孔的通孔外筒或具有盲孔的盲孔外筒；所述通孔的轴线与所述通孔外筒的轴线重合；所述盲孔的轴线与所述盲孔外筒的轴线重合；所述芯棒和所述通孔外筒的通孔具有相同锥角，所述芯棒和所述盲孔外筒的盲孔具有相同锥角，其中，所述锥角为1°～6°；所述金属棒中芯棒和外筒的装配间隙为0.01mm～0.50mm；
步骤二、将步骤二中得到的金属棒进行封堵焊接处理，得到坯料；所述封堵焊接处理的过程为：当所述外筒为通孔外筒时，将金属材料B加工为两块圆板后通过氩弧焊处理封堵在通孔外筒的两端；当所述外筒为盲孔外筒时，将金属材料B加工为圆板后通过氩弧焊处理封堵在盲孔外筒的开口端；所述圆板的直径与所述通孔外筒的外径、以及所述盲孔外筒的外径均相等，所述圆板的厚度与所述通孔外筒的壁厚的最大值、以及所述盲孔外筒的壁厚的最大值均相等；
步骤三、将步骤二中得到的坯料进行加热处理，然后进行热挤压加工；所述热挤压加工的过程为：将坯料以坯料中芯棒的小端为头进行热挤压加工；
步骤四、将步骤三中经热挤压处理后的坯料进行锯切处理，得到金属基复合导线坯料。
本发明将不同的金属材料分别加工为具有相同锥角的芯棒和外筒，增加了两种金属材料之间的有效接触面，使两种金属材料之间结合的更加紧密，从而增加了外筒对芯棒流动的阻力，限制了芯棒的流动性，确保了挤压后期有足够的芯棒随外筒一起流动，使金属基复合导线坯料的截面上两种金属材料的直径比满足生产要求，同时简化了芯棒和外筒的装配过程，降低了因装配不当引起的坯料报废的不足，避免了因锥角过大导致的坯料尾端中芯棒材料占比过大，成材率低的不足，避免了因锥角过小导致的坯料尾端中芯棒材料占比过小，成材率低的不足；本发明通过两种形式的外筒，当难加工的金属材料作为外筒时，将其加工为通孔外筒，具有加工方便，降低了外筒的加工难度，提高了加工效率的优点，当易加工的金属材料作为外筒时，将其加工为盲孔外筒，在后续封堵焊接处理时只用封堵开口端，降低了焊接的工序和时间，具有提高了加工效率的优点，在实际生产时，既可以满足难加工的金属材料作为外筒也可以满足易加工的金属材料作为外筒，提高了金属基复合导线坯料的生产效率；本发明通过封堵焊接处理，有利于芯棒在热挤压过程中所受的约束力始终相同，防止了热挤压过程中芯棒提前流出而影响坯料成材率，避免了圆板的尺寸过小导致的不能有效封堵的不足，避免了圆板的尺寸过大导致的材料浪费，不便于后续热挤压处理的不足；本发明将坯料以坯料中芯棒的小端为头进行热挤压加工，在热挤压加工时，因为芯棒和外筒使用材料种类不同，相同条件下抵抗变形的能力也不同，同时在热挤压过程中坯料由其轴线沿其半径方向流动的速度递减，所以坯料中芯棒的小端为头进行热挤压处理，使芯棒和外筒在热挤压过程中流动速度的差距减小，确保了挤压后期有足够的芯棒随外筒一起流动，而且多出来的芯棒可填充因芯棒流速过快形成的空缺，能够有效改善坯料在热挤压过程中两种金属材料的流动性，使金属基复合导线坯料的截面上两种金属材料的直径比满足生产要求；本发明受加工精度的影响，芯棒与外筒的锥角加工存在一定的加工误差，为了便于两者之间的装配，芯棒与外筒具有一定的装配间隙，该装配间隙可完全保障装配成功，避免了装配间隙过大过小对成材率造成影响；本发明将热挤压处理后的坯料进行锯切处理，去除掉直径比不符合要求的部分，使金属基复合导线坯料能够直接用于金属基复合导线的制备。
上述的一种金属基复合导线坯料的制备方法，其特征在于，步骤一中所述金属材料A和金属材料B为不锈钢、铜、钛、银和铁镍钴合金中的一种，且金属材料A和金属材料B的材质不同。本发明实现了采用多种金属材料组合制备金属基复合导线坯料，能够根据实际需求制备不同金属材料组成的金属基复合导线坯料，扩大了使用金属基复合导线坯料制成的金属基复合导线的种类，增强了金属基复合导线坯料的实用性。
上述的一种金属基复合导线坯料的制备方法，其特征在于，步骤二中所述坯料两端的端面均倒角为2mm×45°。本发明将坯料两端的端面进行倒角有利于后续热挤压处理时将坯料顺利导入挤压通道，提高了金属基复合导线坯料的生产效率和成材率。
上述的一种金属基复合导线坯料的制备方法，其特征在于，步骤三中所述加热处理的过程为：将坯料加热至750℃～1010℃后保温1.5h～2.5h；所述热挤压处理的挤压变形量为90％～95％。本发明将坯料进行加热处理，使坯料中的芯棒和外筒具有合适的硬度和流动性，保证了坯料中的各个部位具有相同的温度，使挤压过程中，芯棒和外筒具有合适的流动速度，有利于热挤压过程中芯棒和外筒的直径比满足生产要求，避免了加热温度过小，挤压阻力增加，外筒流动性好而芯棒流动性较差，导致的外筒流动过快，金属基复合导线坯料中芯棒占比过大成为废品的不足，避免了加热温度过高，芯棒的流动性增加，芯棒因变形产生大量的热量，导致的芯部处于过软状态，使得芯棒的椭圆度偏大金属基复合导线坯料不满足要求的不足，避免了保温时间太短导致的坯料中内外温度不一致的不足，避免了保温时间太长导致的过热风险增加的不足；本发明通过控制挤压变形量，保障了两种金属材料进行金属界面结合，避免了挤压变形量过小，两种金属材料的金属界面无法有效结合，导致的金属基复合导线坯料的分层风险增加的不足；避免了挤压变形量过大导致的挤压阻力太大，不易顺利挤压的不足。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明将具有相同锥角的芯棒和外筒装配为坯料，然后将坯料进行热挤压处理和锯切处理，得到了金属基复合导线坯料，增加了两种金属材料之间的有效接触面，改善了坯料在热挤压过程中两种金属材料的流动性差异，使金属基复合导线坯料的截面上两种金属材料的直径比满足生产要求，提高了金属基复合导线坯料的成材率，降低了金属基复合导线的生产成本。
2、本发明根据实际需求制备不同金属材料组成的金属基复合导线坯料，扩大了使用金属基复合导线坯料制成的金属基复合导线的种类，增强了金属基复合导线的实用性，实现了金属基复合导线坯料的规模化和批量化制造。
3、本发明通过两种形式的外筒，在实际生产时，既可以满足难加工的金属材料作为外筒，也可以满足易加工的金属材料作为外筒，提高了金属基复合导线坯料的生产效率。
4、本发明将坯料两端的端面进行倒角有利于后续热挤压处理时坯料顺利导入挤压通道，提高了金属基复合导线坯料的生产效率和成材率。
5、本发明方法简单，易于操作，适用于大规模推广使用。
下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
附图说明
图1是本发明芯棒的结构示意图。
图2是图1的左视图。
图3是本发明通孔外筒的结构示意图。
图4是图3的右视图。
图5是本发明盲孔外筒的结构示意图。
图6是图5的右视图。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明的芯棒的长度为L，芯棒的锥角为α，芯棒小端的端面的直径为D1，芯棒大端的端面的直径为D2。
如图3和图4所示，本发明的通孔外筒的长度为L1，外径为d0，通孔外筒的通孔的锥角为α，通孔小端的端面的直径为d1，通孔大端的端面的直径为d2。
如图5和图6所示，本发明的盲孔外筒的长为L0，外径为d0，盲孔外筒的盲孔的深度为L1，锥角为α，盲孔的底面的直径为d1、顶面的直径为d2。
实施例1
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将T2紫铜加工为芯棒，将304不锈钢加工为盲孔外筒；所述芯棒和所述盲孔外筒的盲孔具有1°的锥角；所述盲孔外筒的长为230mm、外径为97mm；所述盲孔的深度为200mm、底面直径为45mm、顶面直径为48.50mm；所述芯棒的长度为195mm、芯棒小端的端面的直径为45mm、芯棒大端的端面的直径为48.42mm；
步骤二、将304不锈钢加工为一块直径为97mm、厚度为26mm的圆板，将步骤一中得到的盲孔外筒开口端朝上竖直放置，将步骤一中得到的芯棒插入到盲孔外筒中，将圆板放在盲孔外筒的顶部，将圆板与盲孔外筒的缝隙进行氩弧焊接处理，检验焊缝无裂纹后得到坯料；所述芯棒和所述盲孔外筒的装配间隙为0.01mm；所述坯料两端的端面均倒角为2mm×45°；
步骤三、将步骤二中得到的坯料加热至800℃后保温2h，将坯料以坯料中芯棒的小端为头装入卧式挤压机的挤压筒，进行挤压变形量为90％的热挤压处理；
步骤四、将步骤三中经热挤压处理后的坯料进行锯切处理，得到金属基复合导线坯料；所述锯切处理的过程为：将经热挤压处理后的坯料从卧式挤压机先出来的一端截取掉250mm，另一端截取掉690mm，剩余的中间部分为金属基复合导线坯料。
经检测，本实施例金属基复合导线坯料中304不锈钢的外径与T2紫铜的直径的比为2:1，本实施例经热挤压处理后的坯料的长度为2500mm，本实施例的金属基复合导线坯料的成材率为62.4％。
对比例1
本对比例包括以下步骤：
步骤一、将T2紫铜加工为芯棒，将304不锈钢加工为盲孔外筒；所述芯棒和所述盲孔外筒的盲孔具有7°的锥角；所述盲孔外筒的长为230mm、外径为97mm；所述盲孔的深度为200mm、底面直径为45mm、顶面直径为69.60mm；所述芯棒的长度为195mm、芯棒小端的端面的直径为45mm、芯棒大端的端面的直径为69.02mm；
步骤二、将304不锈钢加工为一块直径为97mm、厚度为26mm的圆板，将步骤一中得到的盲孔外筒开口端朝上竖直放置，将步骤一中得到的芯棒插入到盲孔外筒中，将圆板放在盲孔外筒的顶部，将圆板与盲孔外筒的缝隙进行氩弧焊接处理，检验焊缝无裂纹后得到坯料；所述芯棒和所述盲孔外筒的装配间隙为0.01mm；所述坯料两端的端面均倒角为2mm×45°；
步骤三、将步骤二中得到的坯料加热至800℃后保温2h，将坯料以坯料中芯棒的小端为头装入卧式挤压机的挤压筒，进行挤压变形量为90％的热挤压处理；
步骤四、将步骤三中经热挤压处理后的坯料进行锯切处理，得到金属基复合导线坯料；所述锯切处理的过程为：将经热挤压处理后的坯料从卧式挤压机先出来的一端截取掉260mm，另一端截取掉750mm，剩余的中间部分为金属基复合导线坯料。
经检测，本对比例的金属基复合导线坯料中304不锈钢的外径与T2紫铜的直径的比为2:1，本对比例经热挤压处理后的坯料的长度为2500mm，本对比例的金属基复合导线坯料的成材率为59.6％。
通过对比例1和实施例1对比可以看出，当锥角过大时，由于坯料后端的芯棒的直径过大，超过了成品要求的线材复合比的要求，深加工后也无法获得合格的产品，坯料的后端下料时需截去的更多，成材率下降。
实施例2
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将TU00无氧铜加工为芯棒，将4J29铁镍钴玻封合金加工为通孔外筒；所述芯棒和所述通孔外筒的通孔具有3°的锥角；所述通孔外筒的长为200mm、外径为97mm；所述通孔的通孔小端的端面的直径为45mm、通孔大端的端面的直径为55.50mm；所述芯棒的长度为195mm、芯棒小端的端面的直径为45mm、芯棒大端的端面的直径为55.20mm；
步骤二、将4J29铁镍钴玻封合金加工为两块直径为97mm、厚度为26mm的圆板，将步骤一中得到通孔外筒以通孔小端为下竖直放置在一块圆板上，将步骤一中得到的芯棒插入到通孔外筒中，将另一块圆板放在通孔外筒的顶部，将圆板与通孔外筒的缝隙进行氩弧焊接处理，检验焊缝无裂纹后得到坯料；所述芯棒和所述通孔外筒的装配间隙为0.20mm；所述坯料两端的端面均倒角为2mm×45°；
步骤三、将步骤二中得到的坯料加热至930℃后保温2.5h，将坯料以坯料中芯棒的小端为头装入卧式挤压机的挤压筒，进行挤压变形量为92％的热挤压处理；
步骤四、将步骤三中经热挤压处理后的坯料进行锯切处理，得到金属基复合导线坯料；所述锯切处理的过程为：将经热挤压处理后的坯料从卧式挤压机先出来的一端截取掉270mm，另一端截取掉510mm，剩余的中间部分为金属基复合导线坯料。
经检测，本实施例的金属基复合导线坯料中4J29铁镍钴玻封合金的外径与TU00无氧铜的直径的比为2:1；本实施例经热挤压处理后的坯料的长度为2500mm，本实施例制备金属基复合导线坯料的成材率为68.8％。
实施例3
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将TU00无氧铜加工为芯棒，将TA1工业纯钛加工为通孔外筒；所述芯棒和所述通孔外筒的通孔具有5°的锥角；所述通孔外筒的长为200mm、外径为97mm；所述通孔的通孔小端的端面的直径为45mm、通孔大端的端面的直径为62.45mm；所述芯棒的长度为195mm、芯棒小端的端面的直径为45mm、芯棒大端的端面的直径为62.01mm；
步骤二、将TA1工业纯钛加工为两块直径为97mm、厚度为26mm的圆板，将步骤一中得到通孔外筒以通孔小端为下竖直放置在一块圆板上，将步骤一中得到的芯棒插入到通孔外筒中，将另一块圆板放在通孔外筒的顶部，将圆板与通孔外筒的缝隙进行氩弧焊接处理，检验焊缝无裂纹后得到坯料；所述芯棒和所述通孔外筒的装配间隙为0.20mm；所述坯料两端的端面均倒角为2mm×45°；
步骤三、将步骤二中得到的坯料加热至750℃后保温1.5h，将坯料以坯料中芯棒的小端为头装入卧式挤压机的挤压筒，进行挤压变形量为95％的热挤压处理；
步骤四、将步骤三中经热挤压处理后的坯料进行锯切处理，得到金属基复合导线坯料；所述锯切处理的过程为：将经热挤压处理后的坯料从卧式挤压机先出来的一端截取掉535mm，另一端截取掉580mm，剩余的中间部分为金属基复合导线坯料。
经检测，本实施例的金属基复合导线坯料中TA1工业纯钛的外径与TU00无氧铜的直径的比为2:1；本实施例经热挤压处理后的坯料的长度为4970mm，本实施例制备金属基复合导线坯料的成材率为78.07％。
实施例4
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将IC-Ag99.90金属银加工为芯棒，将30CrMnSi不锈钢加工为通孔外筒；所述芯棒和所述通孔外筒的通孔具有6°的锥角；所述通孔外筒的长为200mm、外径为97mm；所述通孔的通孔小端的端面的直径为45mm、通孔大端的端面的直径为65.98mm；所述芯棒的长度为195mm、芯棒小端的端面的直径为45mm、芯棒大端的端面的直径为65.50mm；
步骤二、将30CrMnSi不锈钢加工为两块直径为97mm，厚度为26mm的圆板，将步骤一中得到通孔外筒以通孔小端为下竖直放置在一块圆板上，将步骤一中得到的芯棒插入到通孔外筒中，将另一块圆板放在通孔外筒的顶部，将圆板与通孔外筒的缝隙进行氩弧焊接处理，检验焊缝无裂纹后得到坯料；所述芯棒和所述通孔外筒的装配间隙为0.50mm；所述坯料两端的端面均倒角为2mm×45°；
步骤三、将步骤二中得到的坯料加热至1010℃后保温2.5h，将坯料以坯料中芯棒的小端为头装入卧式挤压机的挤压筒，进行挤压变形量为95％的热挤压处理；
步骤四、将步骤三中经热挤压处理后的坯料进行锯切处理，得到金属基复合导线坯料；所述锯切处理的过程为：将经热挤压处理后的坯料从卧式挤压机先出来的一端截取掉540mm，另一端截取掉620mm，剩余的中间部分为金属基复合导线坯料。
经检测，本实施例的金属基复合导线坯料中30CrMnSi不锈钢的外径与IC-Ag99.90金属银的直径的比为2:1；本实施例经热挤压处理后的坯料的长度为4980mm，本实施例制备金属基复合导线坯料的成材率为77.31％。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (4)

1.一种金属基复合导线坯料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、将金属材料A加工为芯棒，将金属材料B加工为外筒，将所述芯棒插入到所述外筒中，得到金属棒；所述外筒为具有通孔的通孔外筒或具有盲孔的盲孔外筒；所述通孔的轴线与所述通孔外筒的轴线重合；所述盲孔的轴线与所述盲孔外筒的轴线重合；所述芯棒和所述通孔外筒的通孔具有相同锥角，所述芯棒和所述盲孔外筒的盲孔具有相同锥角，其中，所述锥角为1°～6°；所述金属棒中芯棒和外筒的装配间隙为0.01mm～0.50mm；
步骤二、将步骤二中得到的金属棒进行封堵焊接处理，得到坯料；所述封堵焊接处理的过程为：当所述外筒为通孔外筒时，将金属材料B加工为两块圆板后通过氩弧焊处理封堵在通孔外筒的两端；当所述外筒为盲孔外筒时，将金属材料B加工为圆板后通过氩弧焊处理封堵在盲孔外筒的开口端；所述圆板的直径与所述通孔外筒的外径、以及所述盲孔外筒的外径均相等，所述圆板的厚度与所述通孔外筒的壁厚的最大值、以及所述盲孔外筒的壁厚的最大值均相等；
步骤三、将步骤二中得到的坯料进行加热处理，然后进行热挤压加工；所述热挤压加工的过程为：将坯料以坯料中芯棒的小端为头进行热挤压加工；
步骤四、将步骤三中经热挤压处理后的坯料进行锯切处理，得到金属基复合导线坯料。
2.根据权利要求1所述的一种金属基复合导线坯料的制备方法，其特征在于，步骤一中所述金属材料A和金属材料B为不锈钢、铜、钛、银和铁镍钴合金中的一种，且金属材料A和金属材料B的材质不同。
3.根据权利要求1所述的一种金属基复合导线坯料的制备方法，其特征在于，步骤二中所述坯料两端的端面均倒角为2mm×45°。
4.根据权利要求1所述的一种金属基复合导线坯料的制备方法，其特征在于，步骤三中所述加热处理的过程为：将坯料加热至750℃～1010℃后保温1.5h～2.5h；所述热挤压处理的挤压变形量为90％～95％。
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