RU2122908C1

RU2122908C1 - Method for making steel-copper wire

Info

Publication number: RU2122908C1
Application number: RU97113197/02A
Authority: RU
Inventors: А.В. Андреев; Ю.Б. Андреева
Original assignee: Промисинг Фьюче Корпорэйшн
Priority date: 1997-07-28
Filing date: 1997-07-28
Publication date: 1998-12-10

Abstract

FIELD: production of composite materials, namely manufacture of bimetallic steel-copper wire. SUBSTANCE: method comprises steps of wrapping copper envelope around steel core and welding edges of copper envelope; heating blank until 750-800 C and rolling it in parted grooved pass; directly before rolling step cooling surface of copper envelope until 400-200 C at rate exceeding heat transfer rate of steel core. Envelope is cooled by cold air or air-water mixture mainly in parting zone of round pass. EFFECT: enhanced quality of joining materials of bimetallic wire. 4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к производству композиционных материалов, и может быть использовано при изготовлении биметаллических изделий со стальным сердечником и медной оболочкой, например сталемедной проволоки. The invention relates to the processing of metals by pressure, in particular to the production of composite materials, and can be used in the manufacture of bimetallic products with a steel core and a copper sheath, for example, steel-copper wire.

Известен способ получения биметаллической проволоки, согласно которому поверхность стального сердечника очищают от загрязнений и укладывают на нее ленту из другого металла, пропускают их вместе через формующее устройство, в результате чего стальной сердечник оказывается обернутым лентой, затем в зазор между ними подают инертный газ, производят сварку кромок оболочки и обжимают полученную заготовку волочением до требуемого диаметра.(заявка Японии N 61-154777, B 23 K 20/00, 1986). A known method of producing a bimetallic wire, according to which the surface of the steel core is cleaned of impurities and put on it a tape of another metal, pass them together through a forming device, as a result of which the steel core is wrapped in tape, then inert gas is fed into the gap between them, welding is performed the edges of the shell and compress the resulting workpiece by drawing to the desired diameter. (Japanese application N 61-154777, B 23 K 20/00, 1986).

К недостаткам известного способа следует отнести низкую прочность соединения двух металлов, обусловленную тем, что поверхность стального сердечника содержит окислы, так как подача инертного газа в малый зазор между слоями не обеспечивает достаточную защиту поверхности сердечника от окисления в связи с трудностью вытеснения воздуха из малых зазоров. В результате надежного и прочного соединения двух металлов, в частности стали и меди, в холодном состоянии и при обычных давлениях, получаемых с помощью типового оборудования, получить не удается. Кроме того, в силу различного коэффициента предела текучести стали и меди их совместная деформация в холодном состоянии приводит к значительным напряжениям в пограничных слоях, которая при снятии нагрузки разрывает часть образовавшихся связей. The disadvantages of this method include the low strength of the connection of the two metals, due to the fact that the surface of the steel core contains oxides, since the inert gas supply to the small gap between the layers does not provide sufficient protection of the core surface from oxidation due to the difficulty of displacing air from small gaps. As a result of reliable and durable joining of two metals, in particular steel and copper, in the cold state and at ordinary pressures obtained using standard equipment, it is not possible to obtain. In addition, due to the different coefficient of yield strength of steel and copper, their joint deformation in the cold state leads to significant stresses in the boundary layers, which, when unloaded, breaks part of the formed bonds.

Известен также способ изготовления биметаллической проволоки, в котором поверхность стального сердечника обрабатывают в растворе кальцинированной соды концентрацией 20-25 г/л, при температуре 60 - 65^oC, после чего производят нанесение на сердечник ленты (оболочки) и последующее их совместное обжатие.(а.с. СССР N 1172624, B 21 C 23/22, 1985).There is also known a method of manufacturing a bimetallic wire, in which the surface of the steel core is treated in a solution of soda ash with a concentration of 20-25 g / l, at a temperature of 60 - 65 ^o C, after which the tape (sheath) is applied to the core and then crimped together. ( A.S. USSR N 1172624, B 21 C 23/22, 1985).

Однако известный способ также не позволяет получить прочное соединение двух металлов вследствие того, что соединяемые металлы (медь-сталь) имеют низкую температуру и при обычных принятых в современных технологиях давлениях образуют между собой слабые связи, которые легко разрушаются при знакопеременных нагрузках. However, the known method also does not allow to obtain a strong connection of the two metals due to the fact that the metals being joined (copper-steel) have a low temperature and, under the usual pressures adopted in modern technologies, form weak bonds between themselves, which are easily destroyed under alternating loads.

Также стальной сердечник при обработке в растворе соды пассивируется и в результате при последующей деформации процесс взаимодействия поверхностей протекает с низкой интенсивностью, что приводит к неравномерной деформации металлов, нарушению их объемного содержания и невысокой прочности соединения. Also, the steel core is passivated during processing in a soda solution, and as a result, during subsequent deformation, the process of surface interaction proceeds with low intensity, which leads to uneven deformation of metals, violation of their volume content and low strength of the connection.

Наиболее близким по технологической сущности к предлагаемому способу является способ изготовления сталемедной проволоки, включающий подачу стального сердечника и медной оболочки в виде ленты, сборку биметаллической заготовки путем оборачивания оболочки вокруг сердечника, соединение ее кромок, нагрев до 750-800^oC и прокатку биметаллической заготовки в разъемном круглом калибре(патент США N 4331283, B 23 K 20/00, 1989 года).Closest to the technological essence of the proposed method is a method of manufacturing a steel-copper wire, comprising feeding a steel core and a copper sheath in the form of a tape, assembling a bimetallic billet by wrapping the sheath around the core, connecting its edges, heating to 750-800 ^o C and rolling the bimetallic billet in detachable round caliber (US patent N 4331283, B 23 K 20/00, 1989).

В указанном патенте заготовку биметаллической проволоки нагревают до температуры проявления у стали эффекта (свойства) пластической деформации - 750-800^oC. Это значительно сказывается на образовании прочных связей с медной оболочкой. Однако при этих же температурах медь приобретает уже сверхпластичное состояние, и оболочка на входе с калибр начинает легко выдавливаться в его разъемы, образуя грат и неравномерность стенок по толщине.In the said patent, the bimetallic wire blank is heated to the temperature at which the effect of the plastic deformation on the steel is 750-800 ^o C. This significantly affects the formation of strong bonds with the copper sheath. However, at the same temperatures, copper acquires an already superplastic state, and the shell at the inlet with the caliber begins to be easily squeezed out into its connectors, forming gratings and wall thickness unevenness.

Неравномерная деформация оболочки приводит к тому, что в плоскостях разъемов калибра прочность соединения мала, а нередко соединение вообще отсутствует. Кроме того, за счет интенсивного упрочнения металлов в очаге деформации, обусловленного высокими скоростями деформации, происходит накопление внутренних напряжений, которые приводят к частичному разрушению образовавшихся связей и снижению общей прочности соединения. Uneven deformation of the shell leads to the fact that in the planes of the connectors of the caliber the strength of the connection is low, and often the connection is completely absent. In addition, due to the intense hardening of metals in the deformation zone, due to high strain rates, 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.

Итак, в известном решении присутствует неразрешенное противоречие: стальной сердечник должен быть разогрет до температуры, при которой проявляется оптимальная пластическая деформация стали (750-800^oC), но при этой же температуре у медной оболочки почти исчезает сопротивление деформации, и при прокатке, сопровождающейся давлением, она становится недопустимо текучей и заполняет стыковой зазор в разъемном круглом калибре. Обжим биметаллической заготовки в калибре становится невозможным без получения на ее поверхности грата. Также при этих условиях трудно добиться равностенности медной оболочки вокруг стального сердечника, что в дальнейшем, при снятии нагрузки, приводит к появлению местных перенапряжений в переходном слое (медь-сталь) и разрыву образовавшихся связей.So, in the known solution there is an unresolved contradiction: the steel core must be heated to a temperature at which the optimal plastic deformation of the steel (750-800 ^o C) is manifested, but at the same temperature the deformation resistance almost disappears in the copper shell, and during rolling, accompanied by pressure, it becomes unacceptably fluid and fills the butt gap in a split round gauge. Crimping a bimetallic billet in a gauge becomes impossible without receiving a burr on its surface. Also, under these conditions, it is difficult to achieve the uniformity of the copper shell around the steel core, which subsequently, when the load is removed, leads to the appearance of local overvoltages in the transition layer (copper-steel) and rupture of the formed bonds.

Для устранения указанного недостатка в известном способе предлагается при изготовлении сталемедной проволоки производить следующие технологические операции: подачу стального сердечника и медной оболочки, сборку биметаллической заготовки путем оборачивания оболочки вокруг сердечника, соединение ее кромок, нагрев до 750-800^oC и прокатку полученной биметаллической заготовки в разъемном круглом калибре, но непосредственно перед прокаткой медную оболочку охлаждают до 400-200^oC со скоростью, превышающей скорость теплопередачи в стальном сердечнике. Охлаждение оболочки производят путем обдува воздуха или водовоздушной смесью во входной части калибра, преимущественно в зоне его разъема.To eliminate this drawback in the known method, it is proposed in the manufacture of steel-copper wire to perform the following technological operations: feeding a steel core and a copper shell, assembling a bimetallic billet by wrapping the shell around the core, connecting its edges, heating to 750-800 ^o C and rolling the resulting bimetallic billet in releasable round pass, but immediately before rolling copper sheath is cooled to 400-200 ^o C at a rate exceeding the rate of heat transfer in the steel Ser echnike. The shell is cooled by blowing air or a water-air mixture in the inlet of the caliber, mainly in the area of its connector.

В этом случае охлажденная медная оболочка приобретает повышенное сопротивление деформации и не затекает в разъемы калибра, а стальной сердечник не успевает отдать свое тепло и продолжает легко деформироваться под давлением. Имея высокую температуру, стальной сердечник активно взаимодействует с внутренней поверхностью медной оболочки и образует с ней прочные связи. Процесс опережающего отбора тепла у оболочки обеспечивается свойством меди с большей скоростью проводить (отдавать) тепло, чем сталь. Непосредственное понижение температуры медной оболочки исключает пластическое течение меди в направлении разъемов калибра и, таким образом, создаются условия для получения биметаллической проволоки с одинаковым внешним слоем по всей окружности сердечника. In this case, the cooled copper shell acquires increased resistance to deformation and does not flow into the connectors of the caliber, and the steel core does not have time to transfer its heat and continues to be easily deformed under pressure. Having a high temperature, the steel core actively interacts with the inner surface of the copper shell and forms strong bonds with it. The process of advanced heat removal from the shell is ensured by the property of copper to conduct (give) heat more rapidly than steel. A direct decrease in the temperature of the copper shell eliminates the plastic flow of copper in the direction of the gauge connectors and, thus, conditions are created for obtaining a bimetallic wire with the same outer layer around the entire circumference of the core.

В известных способах получения сталемедной проволоки отсутствует операция намеренного охлаждения заготовки после ее нагрева, непосредственно перед ее деформацией в калибре. Следовательно, можно считать, что заявляемое изобретение соответствует критерию "новизна". In the known methods for producing steel-copper wire, there is no operation of intentionally cooling the billet after its heating, immediately before its deformation in caliber. Therefore, we can assume that the claimed invention meets the criterion of "novelty."

Новая операция в способе позволяет уравнять сопротивление деформации двух разных металлов - стали и меди, в результате чего появилась возможность достигнуть равномерного распределения напряжения по всему сечению биметаллической заготовки и получить качественное соединение сердечника с оболочкой без грата и облоя на поверхности оболочки. Охлаждение заготовки непосредственно перед прокаткой, в зоне разъема калибра, позволяет создать условия, при которых медная оболочка перед деформацией успевает отдать свое тепло, а стальной сердечник не успевает передать свое тепло оболочке. В результате возникает ситуация, когда заготовка внутри горячее, чем снаружи, и в этот момент производится прокатка без образования грата. A new operation in the method allows to equalize the deformation resistance of two different metals - steel and copper, as a result of which it became possible to achieve a uniform distribution of stress over the entire cross section of the bimetallic billet and to obtain a high-quality connection of the core with the shell without burr and burr on the surface of the shell. Cooling the workpiece immediately before rolling, in the area of the gauge connector, allows you to create conditions under which the copper shell has time to transfer its heat before deformation, and the steel core does not have time to transfer its heat to the shell. As a result, a situation arises when the workpiece inside is hotter than the outside, and at this moment rolling is performed without the formation of burrs.

Приведенная совокупность существенных признаков и достигаемый ими результат характеризует единство изобретения и в научно-технической, и в патентной информации не обнаружена, что является доказательством наличия в изобретении критерия "изобретательский уровень". The above set of essential features and the result achieved by them characterizes the unity of the invention in the scientific, technical and patent information not found, which is evidence of the presence of the criterion of "inventive step" in the invention.

На фиг. 1 изображен общий вид линии для изготовления сталемедной проволоки; на фиг. 2 показаны в сечении круглый калибр с предпочтительной зоной охлаждения поверхности биметаллической заготовки. In FIG. 1 shows a general view of a line for the production of steel-copper wire; in FIG. 2 shows in cross section a round gauge with a preferred cooling zone of the surface of the bimetallic workpiece.

Линия для получения сталемедной проволоки включает в себя следующее основное оборудование: отдающий барабан 1 со стальным сердечником 2, отдающий барабан 3 с оболочкой - медной ленты 4, оборачивающее устройство 5, сварочное устройство 6 для сварок кромки ленты 4 с получением биметаллической заготовки 7, агрегат нагрева 8, охлаждающее устройство 9 с дополнительными форсунками 10, подключенными к источнику сжатого холодного воздуха или к источнику водовоздушной смеси (не показаны). Форсунки 10 направлены в зону разъема "Б" круглого калибра 11. Готовое изделие в виде биметаллической проволоки 12 с помощью тянущего барабана 13 принимается барабаном 14. The line for producing steel-copper wire includes the following basic equipment: a donating drum 1 with a steel core 2, a donating drum 3 with a sheath of copper tape 4, a wrapping device 5, a welding device 6 for welding the edges of the tape 4 to obtain a bimetallic billet 7, a heating unit 8, a cooling device 9 with additional nozzles 10 connected to a source of compressed cold air or to a source of water-air mixture (not shown). The nozzles 10 are directed into the zone of the connector "B" of round gauge 11. The finished product in the form of a bimetallic wire 12 with the help of the pulling drum 13 is received by the drum 14.

На указанной линии заявленный способ осуществляется следующим образом: стальной сердечник 2 разматывают с барабана 1 и подают в оборачивающее устройство 5. Одновременно оболочку - медную ленту 4 сматывают с барабана 3 и подают в устройство 5, где ее оборачивают вокруг стального сердечника 2. Далее с помощью сварочного устройства 6 кромки ленты 4 сваривают между собой с заполнением образовавшегося пространства инертным газом, например аргоном. On the indicated line, the claimed method is carried out as follows: the steel core 2 is unwound from the drum 1 and fed into the wrapping device 5. At the same time, the sheath - the copper tape 4 is unwound from the drum 3 and fed into the device 5, where it is wrapped around a steel core 2. Then, using of the welding device 6, the edges of the tape 4 are welded together to fill the resulting space with an inert gas, such as argon.

После этого биметаллическую заготовку 7 в агрегате 8 нагревают до температуры 750-800^oC. При этой температуре стальной сердечник понижает предел своей прочности в 8-10 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" г. Минск "Вышэйш. Школа", 1973, с. 186). Но при этой температуре оболочка 4, состоящая из меди, приобретает пластичность более высокую, чем сталь и близка к переходу в жидкое состояние. Поэтому непосредственно перед прокаткой в круглых калибрах 11 поверхность оболочки 4 с помощью охлаждающего устройства 9 остужают до температуры 400-200^oC со скоростью отвода тепла, превышающей скорость транспортировки тепла (теплопередачи) внутри стального сердечника 2. В этом случае коэффициент сопротивления деформации меди и стали уравниваются и заготовку направляют в круглые калибры 11, где ее обжимают и деформируют в нужный размер, добиваясь "сшивки" двух разных металлов между собой с образованием крепкой контактной связи.After that, the bimetallic billet 7 in the unit 8 is heated to a temperature of 750-800 ^o C. At this temperature, the steel core lowers its tensile strength by 8-10 times, which allows its elongation to be increased to 70%, but significant growth has not yet been observed in the structure grain and decrease in yield strength after cooling. (M.A. Baranovsky and others. "Technology of metals and other structural materials", Minsk, "Higher School.", 1973, p. 186). But at this temperature, the shell 4, consisting of copper, acquires a plasticity higher than steel and is close to the transition to a liquid state. Therefore, immediately before rolling in round gauges 11, the surface of the shell 4 with a cooling device 9 is cooled to a temperature of 400-200 ^o C with a heat removal rate exceeding the rate of heat transfer (heat transfer) inside the steel core 2. In this case, the coefficient of resistance to deformation of copper and steel they are equalized and the workpiece is sent to round gauges 11, where it is crimped and deformed to the desired size, achieving the “stitching” of two different metals with each other with the formation of a strong contact bond.

Охлаждение оболочки 4 производят путем ее обдувки холодным воздухом с помощью охлаждающего устройства 9 или, что более эффективно, водовоздушной смесью с помощью форсунок 10. При этом наибольший отбор тепла производят непосредственно перед прокаткой во входной части круглого калибра 11 и в зоне его разъема (см. зону Б на фиг. 2). В этих зонах охлажденная оболочка 4 приобретает повышенный коэффициент сопротивления деформации, поэтому не образовывает грат, наплывы и с одинаковым усилием прилегает к поверхности стального сердечника 2 по всей его окружности, образуя с ним прочное сцепление. The shell 4 is cooled by blowing it with cold air using a cooling device 9 or, more efficiently, with a water-air mixture using nozzles 10. Moreover, the greatest heat is removed immediately before rolling in the input part of the round gauge 11 and in the area of its connector (see zone B in Fig. 2). In these zones, the cooled shell 4 acquires an increased coefficient of resistance to deformation, therefore, does not form gratings, sagging and with equal effort adheres to the surface of the steel core 2 along its entire circumference, forming a strong bond with it.

Съем стального сердечника 2 с барабана 1, медной ленты 4 с барабана 3, протягивание через оборачивающее устройство 5, агрегат нагрева 8 и круглый калибр 11 осуществляют с помощью тягового барабана 13, после которого готовое сталемедное изделие 12 наматывают на приемный барабан 14 и снимают с линии. The removal of the steel core 2 from the drum 1, the copper tape 4 from the drum 3, pulling through the wrapping device 5, the heating unit 8 and the round gauge 11 is carried out using the traction drum 13, after which the finished steel-copper product 12 is wound on the receiving drum 14 and removed from the line .

Использование данного способа позволяет изготавливать сталемедную проволоку с высоким качеством соединения входящих в ее состав металлов. Using this method allows the manufacture of steel-copper wire with high quality compounds of its constituent metals.

Claims

1. A method of manufacturing a steel-copper wire, comprising feeding a steel core and a copper sheath in the form of a tape, assembling a workpiece by wrapping the sheath around the core, connecting its edges, heating to 750-800 ^o C and rolling the resulting workpiece in a split circular gauge, characterized in that after heating immediately before rolling, the surface of the shell is cooled to 400-200 ^o C with a speed exceeding the heat transfer rate in the core material.

2. The method according to claim 1, characterized in that the shell is cooled by blowing it with cold air.

3. The method according to claim 1, characterized in that the shell is cooled by blowing it with a water-air mixture.

4. The method according to claim 1, characterized in that the shell is cooled in the input part of a round caliber mainly in the area of its connector.