ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКАЯ ПРОВОЛОКА ИЗ АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА

Техническое решение относится к области обработки металлов давлением, в частности к изготовлению проволоки методом ее многократного волочения, причем такая проволока, в частности, изготовлена из алюминиевого сплава, отвечающего по своим физическим и механическим свойствам большим нагрузкам на разрыв при растяжении и большой электропроводности. Техническое решение предназначено для использования в области металлургии. Проволока предназначена в области электротехнической промышленности.
Известны конструктивные решения проволоки, выполненной из мягких металлических сплавов, отвечающих условиям обработки металлов давлением путем волочения, причем при изготовлении проволоки волочение заготовки проволоки производят многократно (CN 1188810 A, 1998-07-29, IRON YI (CN); CN 1255413 A, 2000-06-07, UNIV DONGBEI (CN); CN 1851834 A, 2006-10-25, WUJIN HENGTONG METAL STEEL WIR (CN); CN 1978686, 2007-06-13, SHANGHAI ZHONGTIAN ALUMINIUM W (CN); CN 101127263 A, 2008-02-20, YONGCHUN SUN (CN); CN 101200783 A, 2008-06-18, SHANGHAI ZHONGTIAN ALUMINIUM W (CN); GB 1303815, 24.01.1973 JAMES ARTHUR DONELAN (GB); GB 1380175, 24.05.1973, PETER MICHAEL RAW (GB).
Известна проволока, обладающая высокой электропроводностью и прочностью на разрыв, при этом проволока выполнена из сплава на основе бронзы, которая содержит, масс.%: хром 0,15-0,25, цирконий 0,15-0,25, кальций 0,03-0,10, медь - остальное, причем после закалки заготовки проволоки, нагрева, отпуска, волочения, повторного нагрева и времени пребывания проволоки в печи достигаются указанные показатели ее физико-механических свойств (RU 77806 U1, 10.11.2007, ОАО «Каменск-Уральский завод по обработке цветных металлов (RU). В описании этого патента содержится информация, что при многократном волочении волочение осуществляется по маршрутам, мм: 5,0-1,7 или 5,0-1,0.
Известна проволока, выполненная из сплава, содержащего никель 2,2-2,8, хром 0,5-1,0, кремний 0,6-0,8 и медь - остальное, при этом проволока подвержена закалке, волочению и старению (RU 71914 U1, 27.03.2008, ОАО «Каменск-Уральский завод по обработке цветных металлов (RU). Данная проволока отвечает основным физико-механическим показателям, в частности, сопротивлению на разрыв не менее 736-785-844 МПа. Проволока подвержена многократному волочению по маршрутам, мм: 16-14-12-10-9-8; 8-7-6-5-4-3,5.
Известна проволока диаметром от 0,1 до 8,0 мм, имеющая в холоднотянутом состоянии в зависимости от диаметра предел прочности не менее 844-961 МПа, относительное удлинение 1,4-2,5% и полностью выдерживающая испытание на навивание, подверженная дополнительной термодеформационной обработке, включающей низкотемпературный отжиг при температуре 220-240°С и выдержке 0,75-1,0 часа, проводимой перед каждым не менее чем тремя последними проходами волочения, причем каждый из трех последних проходов многократного волочения осуществляют с частными относительными обжатиями в интервале 20-31% (RU 72886 U1, 10.05.2008, ОАО «Каменск-Уральский завод по обработке цветных металлов (RU).
2
Известна электротехническая проволока, выполненная из алюминиевого сплава типа Al-Mg-Si, которая предусматривает способ ее изготовления, при этом способ включает закалку проволоки, естественное старение в течение 84-168 часов, холодное волочение со степенью деформации 30-50%, искусственное старение с последующим волочением со степенью деформации 2-25%, при этом суммарную степень деформации выбирают в пределах 35-57%. Способом достигается заданный уровень и стабильность механических и электрических свойств проволоки, в частности повышен предел прочности на 4-6% и снижено удельное электросопротивление в пределах 0,0322-0,0328 Ом на мм/м (RU 2141389 C1, 20.11.1999, ЛОКШИН M.З.(RU).
Техническое решение, представленное в патенте RU 2141389 C1, является близким техническим решением к изложенному в данном описании техническому решению.
Следует отметить, что в патенте RU 2141389 C1 закалку осуществляют путем нагрева бухты до температуры более 500°С и охлаждения бухты в воде, а старение осуществляют путем вылеживания бухты при комнатной температуре в течение 84-168 часов.
Операция закалки проволоки отрицательно влияет на однородность структуры заготовки, которая выполнена из сплава Al-Mg-Si и, соответственно, на качество волочения проволоки, особенно при проведении финишной операции волочения, поскольку не полностью исключает микронесплошности поверхности готовой проволоки.
Холодное волочение проволоки со степенью деформации 30-50% после закалки проволоки может приводить к микротрещинам материала заготовки, естественное старения проволоки путем ее вылеживания в пределах 84-168 часов увеличивает издержки производства, суммарная деформация проволоки в пределах 35-57% является сравнительно высокой, отрицательно влияющей на качество проволоки. Последующее многократное волочение заготовки проволоки со степенью деформации 2-25% также отрицательно влияет на качество проволоки, поскольку проценты нижнего и среднего пределов деформации являются сравнительно высокими, могущими приводить к микротрещинам материала заготовки и микронеровностям ее наружного слоя, особенно финишного слоя, качество поверхности которого существенно влияет на электропроводность.
Все указанные выше замечания отрицательно влияют на сопротивляемость проволоки на разрыв, на ее изгиб и электропроводность. Указанные замечания также отрицательно влияют на затраты времени и трудоемкость изготовления проволоки.
Техническим результатом полезной модели является повышение микросплошности поверхности проволоки, ее прочности и электропроводности. Другим результатом является снижение затрат изготовления проволоки.
2
Для этого электротехническая проволока из алюминиевого сплава в поперечном сечении содержит сердечник и расположенный вокруг него упрочненный слой микросплошности, полученный волочением проволочной заготовки с сопротивлением на ее разрыв в пределах 16-18 кгс/мм, плотность и микросплошность упрочненного слоя больше плотности и микросплошности сердечника, проволока содержит алюминий, железо, кремний, церий, лантан, празеодим и имеет диаметр в пределах 0,49-0,51 мм.
В проволоке содержится, масс.%: железо 0,5-0,7, кремний 0,2-0,4, церий, лантан, празеодим в сумме 6,0-10,0, примеси 0,1-0,3, остальное - алюминий. На фиг.1 показана проволока в поперечном разрезе в увеличенном виде;
на фиг.2 - схема калибровки проволочных заготовок, поясняющая процесс изготовления проволоки;
на фиг.3 - схема отжига проволочных заготовок в печи;
на фиг.4 - схема сварки концов проволочных заготовок;
на фиг.5 - схема уменьшения диаметра плети проволочной заготовки (финишная обработка проволочной заготовки).
2
Электротехническая проволока из алюминиевого сплава в поперечном сечении (фиг.1) содержит сердечник 1 и расположенный вокруг него упрочненный слой 2 микросплошности, полученный пластической деформацией поверхности проволочной заготовки. Плотность и микросплошность упрочненного слоя больше плотности и микросплошности сердечника. Сопротивление проволочной заготовки и проволоки на разрыв выбрано в пределах 5-18 кгс/мм. Сплав проволочной заготовки и проволока содержит, масс.%: железо 0,5-0,7, кремний 0,2-0,4, церий, лантан, празеодим в сумме 6,0-10,0, примеси 0,1-0,3, остальное - алюминий.
2
Изготавливают проволоку следующим образом. Выбирают проволочные заготовки 3 из алюминиевого сплава указанного содержания в виде нескольких отдельных проволок 3 или проволок в бухтах 3. Каждую проволочную заготовку выбирают с сопротивлением на разрыв в пределах 5-18 кгс/мм, при ее длине 0,9-1,1 метра и диаметре 7-9 мм. Проволочные заготовки выбирают таким образом, чтобы каждая из них имела в поперечном сечении больший диаметр D в сравнении с диаметром d изготавливаемой электротехнической проволоки.
Осуществляют холодное волочение проволочных заготовок через калиброванный волок 4, проводят отжиг и естественное охлаждение проволочных заготовок до температуры окружающей среды, при этом с целью указанного отжига и охлаждения проволочные заготовки загружают в холодную печь 5, имеющую температуру окружающей среды, далее разогревают заготовки в печи до 350-450°С.
Выдерживают проволочные заготовки в нагретом состоянии в печи в течение 35-70 мин., извлекают бухты проволочных заготовок из печи и остужают их до температуры окружающей среды. Далее сваривают концы 6 и 7 проволочных заготовок в точке 8, образуя из заготовок длинную плеть одной проволочной заготовки, которую подвергают волочению.
Изложенный цикл обработки плети проволочной заготовки проводят многократно и в процессе многократного волочения проволочной заготовки уменьшают первоначальный диаметр D проволочной заготовки до диаметра d1 проволочной заготовки в пределах соотношений d1=D(0,13-0,12), получая при этом оболочку 2 проволоки заданной микросплошности.
Уменьшение диаметра D проволочной заготовки проводят ступенчато по установленным маршрутам, после чего свернутую в бухту плеть проволочной заготовки подвергают окончательному отжигу, охлаждению и финишному волочению через волок 9 до получения заданного диаметра d готовой проволоки, а при выполнении финишного волочения проволочную заготовку доводят до заданного диаметра d путем уменьшения диаметра заготовки на величину d=d1(0,55-0,45).
При изготовлении проволоки, имеющей диаметр 0,50 мм и менее 0,50 мм, на первом маршруте волочения заготовки ее диаметр уменьшают в пределах от 8,00 мм до 7,20 мм, на втором маршруте волочения диаметр плети проволочной заготовки уменьшают от 7,20 мм до 6,48 мм, на последующих маршрутах волочения плети проволочной заготовки ее диаметр уменьшают, соответственно, от 6,48 мм до 5,83 мм; от 5,83 мм до 5,24 мм; от 5,24 до 2,25 мм; от 2,25 до 1,00 мм и на последнем маршруте волочения диаметр проволочной заготовки уменьшают от 1,0 мм до заданного и оптимального значения 0,50 мм. Максимальным и минимальным уменьшением диаметра заготовки являются пределы, соответственно, от 1,01 мм до 0,51 мм и от 0,99 мм до 0,49 мм. Данные пределы получены опытным путем и эти значения включают также технологические погрешности волочения. Опытным путем установлено, что уменьшение нижнего предела диаметра проволоки для выбранного материала с его свойствами приводит к обрывам проволочной заготовки, а увеличение верхнего предела снижает качество проволоки.
В процессе работы проволоки электрический ток, проходящий про проволоке, в наибольшей степени концентрируется на ее оболочке, повышенная микросплошность которой обеспечивает повышение электропроводности, при этом прочность проволоки отвечает тяжелым условиям ее эксплуатации, преимущественно в системах управления летательными аппаратами.