Технологический процесс изготовления проволоки из цветных металлов и сплавов

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Технологический процесс изготовления проволоки — это ряд последовательных операций (травление, термообработка, воло­чение и другие), при осуществлении которых происходит умень­шение сечения заготовки и достигаются необходимые свойства проволоки.

Качество изделия и экономические показатели производства проволоки зависят от технического уровня процесса. Важным усло­вием снижения трудовых затрат в производстве проволоки яв­ляется сокращение циклов. Это достигают путем волочения про­волоки с максимально возможными суммарными обжатиями (табл. 1).

Таблица 1

Допустимые суммарные обжатия

Они зависят главным образом от пластичности металла и диа­метра обрабатываемой проволоки. Чем меньше диаметр, тем боль­ше допустимое суммарное обжатие. Например, при волочении проволоки бериллиевой бронзы из катанки 7,2 мм в начале про­цесса до размера 4,5 мм допускаются обжатия между отжигами, равные 30—40%, а из заготовки диаметром 1,0—0,5 мм волоче­ние ведется с суммарным обжатием 75—85%.

Важным фактором, определяющим технологию производства проволоки, является заготовка и способ ее получения. От диа­метра заготовки, ее качества зависит трудоемкость производства и качество проволоки.

2. ЗАГОТОВКА ДЛЯ ПРОВОЛОКИ

Заготовку для изготовления проволоки получают следующими способами:

1. Прокаткой слитков на проволочно-прокатном стане до диа­метра 6,5—19 мм. Этот способ является наиболее производи­тельным и широко используется для получения заготовки из меди, медных сплавов, алюминия, никеля, никелевых и медно-никелевых сплавов, латуней (Л62, Л68, ЛА85-0,5), цинка, бронз (ОЦ4-3, КМЦ-3-1, ББ2), титана и титановых сплавов.

2. Горячим прессованием на гидравлических прессах. Этим способом можно получить заготовку диаметром 5,5—20 мм и вы­ше с высоким качеством поверхности. Однако этот метод менее производителен, чем прокатка, и связан с получением значи­тельных геометрических отходов — от 10 до 25%. В то же время при прокатке эти отходы составляют 2—4%. Прессованием по­лучают заготовку из сплавов, сортовая прокатка которых за­труднена, например латуни ЛС59-1, ЛС63-3 и др., а также при необходимости получения проволоки с высоким качеством по­верхности и сложным профилем.

3. Разрезкой холоднокатаных дисков по спирали специаль­ными ножницами на прямоугольную заготовку (например, раз­мером 6x8 мм). Этот способ применяется для сплавов, не выдер­живающих горячей деформации. К таким сплавам относится фосфористая бронза.

4. Металлокерамическим способом — путем спекания порош­ков в длинные прямоугольные заготовки и последующей ковки их на ротационно-ковочных машинах. Этот способ применяется для тугоплавких металлов (молибден, вольфрам и др.).

3. ИЗГОТОВЛЕНИЕ  ПРОВОЛОКИ  ИЗ  МЕДИ

Заготовкой для волочения медной проволоки служит катан­ка диаметром 7,2—19 мм или прямоугольного сечения. Для из­готовления проволоки сложного профиля применяется прессо­ванная заготовка соответствующего профиля. Заготовку травят в 8—12%-ном водном растворе серной кислоты, подогретом до 40—50 °С. Волочение катанки диаметром 7,2 мм, предварительно сваренной встык, производят на машинах со скольжением типа ВМ-13 на размер 1,79—1,5 мм. Для смазки и охлаждения при­меняется мыльно-масляная эмульсия. Далее волочение ведут на 22-кратной машине на размер 0,38—0,2 мм, скорость воло­чения до 18 м/сек. Затем волочение на 18-кратных машинах на диаметры 0,15—0,05 мм. На последнем переделе волочения применяют алмазные волоки. Угол рабочего конуса волок 16—18°.

Проволоку диаметром 0,15—0,05 мм изготавливают без про­межуточного отжига. При необходимости проводится безокис­лительный отжиг, как правило, на готовых размерах в конвейер­ных электропечах с водяным затвором или в шахтных электро­печах без доступа воздуха.

На некоторых заводах кабельной промышленности эксплуа­тируются волочильные машины с совмещенным отжигом медной проволоки. Применение таких машин позволяет снизить трудо­емкость изготовления проволоки и повысить степень автомати­зации производства. В настоящее время работают над улучше­нием качества отжига проволоки на этих машинах.

4. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПРОВОЛОКИ ИЗ АЛЮМИНИЯ

Алюминиевую проволоку изготавливают из катаной заго­товки диаметром 7—19 мм. При горячей прокатке алюминий по­крывается очень тонким слоем окислов, влияние которого на процесс волочения незначителен, поэтому горячекатаную заго­товку обычно не травят. Но при длительном хранении на метал­ле образуется слой окислов, который рекомендуется стравли­вать. В этом случае производят травление в водном растворе, со­держащем 8—12% H₂SO₄ .

Изготовление алюминиевой проволоки средних и тонких раз­меров проводится по следующей схеме.

Волочение катанки диаметром 7,2 мм на 1,8 мм осущест­вляется на многократных машинах без скольжения типа ВМА-10/450. Далее волочение на размер 0,47—0,59 мм прово­дится на 15 волочильных машинах со скольжением; скорость волочения до 18 м/сек.

На машинах без скольжения применяется густая смазка, на машинах со скольжением — мыльно-масляная эмульсия.

При многократном волочении алюминиевой проволоки в це­лях снижения обрывности принимают величину вытяжек на 5% ниже, чем для меди. Волоки применяются с углом рабочего кону­са, равным 24—26°.

5.  ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПРОВОЛОКИ ИЗ ЦИНКА

Цинковая проволока изготавливается из цинка марок ЦО и Ц1. Заготовкой для волочения служит катанка диаметром 7,2 мм,  ее протягива­ют на размер 3,7 мм на 6-кратной машине со скольжением типа 6/480. Смазкой служит мыльно-масляная эмульсия, приготов­ленная из пасты Ц4 с добавкой серного цвета. Далее волочение на машинах со скольжением типа 8/250, 10/250 с диа­метра 3,7 мм на готовые размеры 1,5—2 мм. Смазка та же, что и для предыдущего передела волочения. При волочении цинко­вой проволоки особое внимание должно уделяться подготовке смазки и волок. Для снижения усилий на преодоление трения рекомендуется уменьшить площадь контактирования проволоки в очаге деформации, для чего угол рабочего конуса волоки уве­личивают до 24—26°, а длину рабочего пояска уменьшают до 0,3 диаметра готовой проволоки.

Цинковую катанку обычно не подвергают травлению, так как тонкий слой окислов, покрывающий ее, не оказывает влия­ния на процесс волочения.

6. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПРОВОЛОКИ ИЗ ТИТАНА

Заготовкой для волочения проволоки из титана служит ка­танка диаметром 8 мм. Волочение ведут на однократных или многократных машинах без скольжения в твердосплавные металлокерамические волоки. Для смазки применяют сухой порошко­образный графит. Скорость волочения от 20 до 50 м/мин. Допу­стимые суммарные обжатия при волочении проволоки из титана марки ВТ1 — от 45 до 60%. После такой деформации проводится отжиг в электропечах при температуре 620—640°С, выдержка при данной температуре 20 мин.

Отожженные бухты проволоки погружают в соляноизвестковый раствор следующего состава: 100—150г/л гашеной извести (СаО) и 80—100 г/л поваренной соли (NaCl). Температура раствора 80—90 °С. После обработки в растворе бухты просуши­вают в токе теплого воздуха. Полученный на поверхности про­волоки известковый слой способствует лучшему захвату сухого порошкообразного графита.

Готовую проволоку травят для снятия альфированного слоя. После травления проволоку подвергают вакуумному отжигу для повышения пластичности и снижения содержания водорода. Температура отжига 750— 800 °С, время выдержки 4—6 ч, охлаждение в печи до 250 °С. В печи поддерживается вакуум от 13,3 до 6,65 мн/м² (от 1 · 10^-4 до 5 10^{-5 мм рт. ст.).}

По указанной технологии изготавливается проволока из ти­тана марки BT1 диаметром от 1,2 до 7 мм. Волочение ведут в твердосплавные металлокерамические волоки с углом рабочего конуса 8—10°.

Проволоку из титановых сплавов изготавливают по этой же технологии, но с большим количеством промежуточных отжигов, так как допустимое суммарное обжатие при обработке сплавов снижается до 30—40%.

7. ИЗГОТОВЛЕНИЕ  ПРОВОЛОКИ  ИЗ  НИКЕЛЯ  И  ЕГО  СПЛАВОВ

Проволоку из никеля и его сплавов изготавливают из катаной заготовки. Поверхность катанки из никелевых сплавов и за­готовка после отжига имеют весьма плотную окисную пленку, препятствующую процессу волочения, поэтому в производстве проволоки особое внимание уделяется подготовке поверхности. С этой целью применяется комбинированное щелочно-кислотное и кислотно-солевое травление, известково-солевое покрытие по­верхности заготовки .

Волочение проволоки из никелевых и медно-никелевых спла­вов, обладающих высокой твердостью и прочностью, связано с повышенным износом волок, поэтому в процессе производства этой проволоки вопросу стойкости волок также уделяется боль­шое внимание. С этой целью повышается качество подготовки поверхности металла, подготовки волок и смазки, внедряется волочение проволоки в условиях жидкостного трения. В настоя­щее время волочение проволоки из никеля, кремнистого никеля, никеля марганцовистого, константана, хромеля на многократ­ных машинах без скольжения ведется в так называемые сборные волоки , создающие условия жидкостного трения.

Проволоку из никеля и его сплавов отжигают в электропе­чах шахтного типа без доступа воздуха, а также в протяжных электропечах. Для получения светлой поверхности рекомендует­ся вести отжиг в среде генераторного газа, диссоциированного и неполностью сожженного аммиака, содержащего 5% водорода, или в чистом осушенном водороде. Отжиг термоэлектродной проволоки на готовых размерах ведется в окислительной среде для получения надеж­ной окисной пленки, которая в значительной мере определяет свойства проволоки (стабильность т. э. д. с).

8. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПРОВОЛОКИ ИЗ ВОЛЬФРАМА

Заготовкой для вольфрамовой проволоки служат вольфрамо­вые штабики квадратного сечения 15X 15 мм, длиной около 0,5 м, полученные металлокерамическим способом.

Перед волочением штабики проковывают на ротационно-ковочных машинах на диаметр 2,5—3,0 мм. Кованую заготовку протягивают на диаметр 1 мм на цепных волочильных станах длиной до 30 м. Волочение горячее, для чего стан оборудован газовой печью. Перед задачей в волоку конец прутка заостряют путем нагрева до вишнево-красного цвета и погружения в короб­ку с сухим азотнокислым калием или натрием. Под действием высокой температуры соль растворяется и равномерно раство­ряет концы вольфрамовых прутков на длине 100—120 мм. Сле­дует избегать попадания азотнокислого калия или натрия в ка­нал волоки во избежание его порчи. После заострения с конца прутка смывают остатки азотнокислого калия или натрия водой и смазывают его коллоидно-графитовым препаратом марки B-1. Заостренный конец нагревают в печи и затя­гивают в волоку на длину до 200 мм. Затем конец прутка про­гревают вместе с волокой, быстро устанавливают в волокодержатель и протягивают.

Волочение ведется на скорости 0,1—0,15 м/сек. Волоки твер­досплавные с углом рабочего конуса 8—10 град. Перед волоче­нием волоку нагревают до температуры 500 °С, а проволоку до 1000—850 °С в зависимости от диаметра (с уменьшением диа­метра снижается температура).

Таким образом процесс повторяют 7—8 раз до диаметра 1 мм, после чего проволоку сворачивают в моток.

Далее волочение на размер 0,5—0,55 ведут на однократных волочильных машинах в 6 протяжек. С фигурки проволока про­ходит через смазочную коробку с коллоидно-графитовым пре­паратом марки В-1, разбавленным дистиллированной водой в со­отношении 1:1, попадает в газовую печь, где нагревается до температуры 800—750 °С, протягивается в победитовую волоку со скоростью 0,16—0,20 м/сек и принимается на барабан диа­метром 500 мм.

Волочение на более тонкие размеры проводится по этой же схеме с приемом проволоки на барабаны диаметром 200 мм или на катушки. Скорость волочения до 0,3—0,4 м/сек. Для смазки применяют препарат марки В-1, разбавленный дистиллирован­ной водой в соотношении 1 : 2. Волочение проволоки диаметром 0,34—0,32 мм и ниже ведется в алмазные волоки типа Т, кото­рые нагревают перед волочением до 400 °С.

9. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПРОВОЛОКИ ИЗ БЛАГОРОДНЫХ И РЕДКИХ МЕТАЛЛОВ

Для изготовления проволоки из серебра применяют катаную или прессованную заготовку диаметром 7—8 мм. Волочение за­готовки ведут без промежуточного отжига до размера 0,26 мм по следующей схеме. До диаметра 3—3,5 мм применяют однократ­ное волочение. В качестве смазки используют хозяйственное мыло. Волочение на этом переделе можно вести на многократ­ных волочильных машинах со скольжением типа ВМ-13 или СМВ-П-9. Волочение до размера 1,2 мм ведут на 15-кратной ма­шине со скольжением типа 15/250, затем на машине типа 22/200 до диаметра 0,26 мм. На этом размере проводится отжиг в камер­ной электропечи при температуре 250 °С, выдержка 30 мин.

Дальнейшее волочение на тончайшие размеры до 0,02 мм проводится на 18 волочильных машинах со скольжением без проме­жуточного отжига. На машинах со скольжением смазкой служит мыльная эмульсия. Волоки твердосплавные металлокерамические с углом рабочего конуса 16—18 град. Для тончайшего воло­чения применяют алмазные волоки типа М.

В процессе обработки серебряной проволоки заготовка и промежуточные размеры после отжига травлению не подверга­ются. Особое внимание уделяется чистоте рабочего места, каче­ству поверхности проволоки, подготовке производства с целью исключения обрывности и потерь металла.

Для получения проволоки тончайших диаметров (до 0,001 мм) из золота, платины и сплавов благородных металлов применяют волочение в медной рубашке, для чего пруток из благородных металлов или сплавов диаметром до 2 мм закладывают в .медную трубку диаметром 10 мм и с толщиной стенки 4 мм. Такую биметаллическую заготовку подвергают волочению до расчетного размера.

Так, для получения платиновой проволоки диаметром 0,01 мм волочение биметаллической заготовки ведут до диаметра 0,05 мм, для получения диаметра 0,005 мм — волочение до 0,025 мм, для диаметра 0,004 мм — волочение до 0,02 мм и т. д. Перед приме­нением проволоки из благородных металлов с нее стравливают верхний слой металла (медную рубашку) раствором азотной кис­лоты в дистиллированной воде в соотношении 1:1.

Проволоку из бериллия и его сплавов диаметром от 1 до 0,12 мм производят волочением при температурах 420—450 °С. Обжатие за проход составляет 25%. В качестве смазки исполь­зуют коллоидный графит в масле, а также смесь графита с ди­сульфидом молибдена. После каждого третьего прохода прово­локу подвергают промежуточному отжигу при 800 °С в течение 6 ч 30 мин. Очистку поверхности проволоки производят ультра­звуковым методом, так как травление снижает ее механические свойства.

10. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПРОВОЛОКИ ИЗ ЛАТУНЕЙ

Пластичность латуней ниже пластичности меди, поэтому в процессе обработки они быстрее нагартовываются и требуются промежуточные отжиги. По пластичности латуни можно условно разделить на три группы: 1) пластичные латуни, содержащие выше 78—80% меди. К ним относятся латуни Л80, ЛА85-0,5, Л90 и др.; 2) латуни средней пластичности, содержащие 60—70% ме­ди. К ним можно отнести Л62, Л68; 3) латуни низкой пластично­сти. К ним относятся латуни марок ЛС59-1,    ЛО60-1.

Изготовление проволоки толстых и средних размеров из латуней первой группы можно вести без промежуточного отжига; тонких размеров—с одним промежуточным отжигом и тончай­ших—с двумя отжигами.

Из латуней второй группы изготовление проволоки толстых размеров ведется без промежуточных отжигов; средних размеров— с одним и двумя промежуточными отжигами; тонких размеров — с тремя отжигами и тончайших — с четырьмя промежуточными отжигами.

Проволока из латуней третьей группы диаметром выше 5 мм производится из прессованной заготовки соответствующего диа­метра без промежуточных отжигов. Проволоку диаметром ниже 5 мм изготовляют с промежуточными отжигами через каждые 30—40% обжатия.

С улучшением технологии подготовки поверхности металла перед волочением, повышением качества волочильного инстру­мента и смазки, а также улучшением качества заготовки суммар­ные обжатия при волочении латунной проволоки могут быть по­вышены и, следовательно, сокращено количество промежуточ­ных отжигов.

В связи с большой градацией латунной проволоки по механи­ческим свойствам  терми­ческая обработка в технологическом процессе ряда марок латун­ной проволоки (Л62, Л68 и др.) имеет важное значение, опреде­ляющее качество проволоки (механические свойства) и условия ее дальнейшей обработки. В процессе производства латунной проволоки особое внимание должно уделяться отжигу, с точки зрения его равномерности, и подготовке поверхности проволоки после отжига для дальнейшей обработки. Многократное воло­чение латунной проволоки средних и тонких диаметров ведется с частными обжатиями 17—18%. Желательно работать на мень­ших обжатиях, если позволяет машина.

Травление заготовки проволоки и промежуточных размеров после отжига проводится в 5—15%-ном водном растворе серной кислоты. Удовлетворительное качество травления латунной про­волоки получается при условии погружения ее в раствор на при­способлении, обеспечивающем равномерное травление каждой бухты .

Для получения светлой поверхности проволоки после отжига в отдельных случая  проводится травление в растворе, содержа­щем 2 ч. серной кислоты, 1 ч. азотной кислоты и 6 ч. воды с по­следующим пассивированием в водном растворе, содержащем 150 г/л хромпика и 400—450 г/л серной кислоты. После пассиви­рования производится нейтрализация в щелочном растворе. Латунная проволока отжигается в шахтных электропечах без доступа воздуха и в протяжных электропечах.

Наиболее равномерный отжиг получается в протяжных элект­ропечах, а также в шахтных электропечах с принудительной цир­куляцией воздуха. Хорошие результаты по равномерности от­жига проволоки Л62 получены в шахтных электропечах колодцевого типа, оборудованных автоматическим регулированием температур по зонам с учетом тепловой инерции печи. При этом достигнуты узкие пределы механических свойств проволоки в одной партии: предел прочности от 400 до 460 Мн/м² (40— 46 кгс/мм²), а в одном мотке колебания не превышают 30 Мн/м² (3 кгс/мм²) (проволока была изготовлена из латуни марки Л62 с содержанием меди 62—63%).

Для волочения латунной проволоки применяют твердосплав­ные металлокерамические волоки с углом рабочего конуса 14— 18 град. Проволоку диаметром ниже 0,2 мм протягивают в алмаз­ные волоки  типа П.