PL224249B1 - Sposób wytwarzania drutów bimetalowych Fe-Cu - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania drutów bimetalowych Fe-Cu o podwyższonej wytrzymałości mechanicznej, stosowany zwłaszcza w przemyśle elektrotechnicznym, elektronicznym oraz elektroenergetyce kolejowej.

Druty płaszczowe Fe-Cu wytwarza się obecnie w świecie dwoma znanymi sposobami. Pierwszy to rozwiązanie ujawnione w patencie amerykańskim nr US4227061 polegające na walcowaniu kalibrowym na gorąco zestawu składającego się z dwóch taśm miedzianych pomiędzy którymi znajduje się odpowiednio ułożony drut stalowy. Wszystkie składniki tego zestawu posiadają ściśle określone wymiary, a stosowany w tym procesie gniot jednostkowy i temperatura oraz prędkość walcowania umożliwiają uzyskanie wyrobu posiadającego metalurgiczne połączenie miedzi z żelazem na całym obwodzie rdzenia, a tworzące się na walcowanym półwyrobie wypływki z miedzi usytuowane w płaszczyźnie styku walców platerujących, są traktowane jako odpad technologiczny i odcinane w sposób ciągły. Drugi sposób to rozwiązanie ujawnione w patencie nr PL 167385 polegające na ciągłym spawaniu wzdłużnym zestawu bimetalowego składającego się z rurki szczelinowej uformowanej na rdzeniu stalowym, a uzyskany w tym procesie półfabrykat poddawany jest ciągnieniu na zimno z sumarycznym gniotem międzyoperacyjnym średnio na poziomie 70% i wyżarzaniu dyfuzyjnemu w celu uzyskania drutu o połączeniu metalurgicznym miedzi z żelazem i wymaganej średnicy oraz określonych parametrach fizyko-mechanicznych.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu wytwarzania drutów bimetalowych Fe-Cu, które odznaczałyby się bardzo wysoką wytrzymałością na rozciąganie przy jednoczesnym zachowaniu względnie dobrej plastyczności i odporności zmęczeniowej, a jednocześnie charakteryzowały się bardzo drobnoziarnistą mikrostrukturą z wyraźnie występującymi obszarami nanostruktury.

Istotą wynalazku jest sposób wytwarzania drutów bimetalowych Fe-Cu. Do produkcji zestawu bimetalowego jako półfabrykaty wsadowe stosuje się o względnie wysokim stopniu czystości metalurgicznej taśmę miedzianą i drut rdzeniowy ze stali miękkiej. Korzystnie taśma miedziana zawiera: Cu> 99,98% wag., Bi<0,001% wag. Pb<0,001%. Korzystnie drut rdzeniowy w zestawie bimetalowym zawiera C<0,02% wag., Mn=0,20-0,35% wag., Si<0,04% wag., Al<0,04% wag., S<0,01% wag., P< 0,01% wag., resztę zaś stanowi Fe. Materiały te podczas przygotowania z nich wstępnego zestawu bimetalowego poddaje się bezpośrednio przed wytwarzaniem tego zestawu operacji odtłuszczania powierzchni i próżniowego jej osuszania, a następnie w procesie spawania metodą TIG aktywuje się powierzchnię rdzenia i wewnętrznej powierzchni taśmy miedzianej, która to powierzchnia po uformowaniu rurki miedzianej na rdzeniu i przeróbce plastycznej zestawu bimetalowego na drodze ciągnienia tworzy z rdzeniem połączenie metalurgiczne. Wytworzoną rurkę szczelinową zawierającą nie więcej niż 10 ppm O₂ poddaje się wstępnemu ciągnieniu na zimno gniotem jednostkowym w zakresie 10-20%. Proces ten dokonuje się w celu zlikwidowania szczeliny technologicznej wynoszącej zwykle max. 0,4 mm pomiędzy wewnętrzną powierzchnią rurki miedzianej i zewnętrzną powierzchnią rdzenia i w ten sposób następuje osadzenie płaszcza miedzianego na rdzeniu ze stali miękkiej. Korzystnie ciągnienie wykonuje się do wymiaru gotowego o maksymalnej średnicy 0,8 mm. Następnie zestaw bimetalowy poddaje się jednokrotnemu wyżarzaniu zmiękczającemu w temperaturze z zakresu 550-750°C w atmosferze redukcyjno-obojętnej w czasie co najmniej 1 godziny. Proces ten powoduje usunięcie naprężeń w taśmie miedzianej pochodzących z procesu spawania oraz ujednorodnienie mikrostruktury zestawu bimetalowego. Tak obrobiony cieplnie zestaw bimetalowy poddaje się procesowi ciągnienia z zastosowaniem gniotu sumarycznego na poziomie minimum 99%, przy czym gnioty jednostkowe kształtują się w zakresie 10-20%.

Otrzymane druty bimetalowe Fe-Cu znajdą, zastosowanie między innymi do wytwarzania przewodów i kabli używanych elektronice, elektrotechnice, a także w elektroenergetyce kolejowej, w tym jako linki wieszakowe przewodów jezdnych czy elementy łączeniowo-przewodzące. Rozwiązania według wynalazku charakteryzują się wytrzymałością mechaniczną na rozciąganie Rm=min.950 MPa i dobrą plastycznością wyrażoną stosunkiem R02/Rm=max.0,9, a także bardzo drobnoziarnistą mikrostrukturą - w tym co najmniej 20% powierzchni przekroju bimetalu odznacza się nanostrukturą.

Sposób według wynalazku został objaśniony w przykładzie wykonania.

P r z y k ł a d. Wstępny zestaw bimetalowy o średnicy 8,0 mm wytwarza się z taśmy miedzianej o grubości 0,5 mm i szerokości 25 mm, której skład chemiczny zawiera pierwiastki stanowiące zanieczyszczenia na poziomie w % wagowym: Pb< 0,01; Bi<0,01; O2<0,001; reszta Cu, a właściwości mechaniczne kształtują się w sposób następujący: Rm=279 MPa, R02=249 MPa i A50=27%; oraz drutu

PL 224 249 B1 rdzeniowego o średnicy 6,80 mm, który zawiera następujące pierwiastki w % wagowym: Al=0,045; C=0,018; Mn=0,24; P=0,010; S=0,008; i Si=0,042; reszta Fe. Drut posiada następujące właściwości mechaniczne: Rm=473 MPa; R02=365 MPa; A100=17%; P=67%. Formowana w rurkę szczelinową taśma miedziana wokół rdzenia ze stali miękkiej poddawana jest procesowi ciągłego spawania metodą TIG w celu uzyskania wstępnego zestawu bimetalowego o średnicy 8 mm. Schemat przebiegu tego procesu przedstawiony został na rysunku jako fig. 1, gdzie 1 oznacza drut rdzeniowy, 2-taśmę miedzianą, 3-rolki formujące, 4-spawanie ciągłe metodą TIG, 5-spoinę, 6-zwijanie wstępne zestawu bimetalowego. Następnie prowadzi się ciągnienie zestawu z jednostkowym gniotem wynoszącym 15%, po czym zestaw ten poddaje się wyżarzaniu zmiękczającemu przy temperaturze 650°C w czasie 2 godzin w atmosferze ochronnej składającej się z mieszaniny azotu i wodoru w stosunku objętościowym 95N2/5H2. Uzyskany w ten sposób półfabrykat przerabia się plastycznie na drodze ciągnienia na zimno gniotem sumarycznym 99,7%, z zastosowaniem 15% gniotów jednostkowych i uzyskuje się wyrób o średnicy 0,4 mm. Gotowy drut posiada następujące parametry fizyko-mechaniczne, które wynoszą: Rm=1050 MPa, R02=950 MPa, A100=2%, przewodność elektryczną 19,5 MS/m. Mikrostruktura drutu bimetalowego przedstawiona została na rysunku, gdzie fig. 2 przedstawia mikrostrukturę taśmy miedzianej, a fig. 3 - mikrostrukturę rdzenia z żelaza „armco”. Fig. 4 rysunku przedstawia zależności oraz zmiany właściwości wytrzymałościowych drutu bimetalowego w funkcji sumarycznego stopnia gniotu dla FeCu30.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wytwarzania drutów bimetalowych Fe-Cu obejmujący przygotowanie wstępnego zestawu bimetalowego w procesie formowania taśmy miedzianej na rdzeniu ze stali miękkiej, którego przebieg polega na prostowaniu taśmy miedzianej i drutu rdzeniowego w dwóch płaszczyznach, wprowadzaniu ich do linii technologicznej, poddając równocześnie operacji ciągłego odtłuszczania i próżniowego osuszania, a następnie formowaniu taśmy do postaci rurki szczelinowej na rdzeniu ze stali miękkiej, gdzie szczelina jest łączona w procesie spawania metodą TIG, znamienny tym, że wytworzony zestaw bimetalowy, zawierający w warstwie zewnętrznej miedzi nie więcej niż 10 ppm O2, kolejno poddaje się wstępnemu ciągnieniu na zimno gniotem jednostkowym w zakresie 10-20%, jednokrotnemu wyżarzaniu zmiękczającemu przy temperaturze w zakresie 550-750°C w atmosferze redukcyjno-obojętnej w czasie co najmniej 1 godziny, a następnie ciągnieniu z zastosowaniem gniotu sumarycznego na poziomie minimum 99%, przy czym gnioty jednostkowe kształtują się w zakresie 10-20%.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ciągnienie wykonuje się do wymiaru gotowego o maksymalnej średnicy 0,8 mm.
3. 3. Sposób według zastrz. 1 i/lub 2, znamienny tym, że taśma miedziana zawiera nie mniej niż Cu 99,98% wag., Bi<0,001% wag. Pb<0,001%.
4. 4. Sposób według zastrz. 1 i/lub 3, znamienny tym, że drut rdzeniowy zawiera C<0,02% wag., Mn=0,20-0,35% wag., Si< 0,04% wag., Al<0,04% wag., S<0,01% wag., P<0,01% wag., resztę zaś stanowi Fe.