HomeОбработка стали › Получение прутков и проволоки из тугоплавких металлов

Получение прутков и проволоки из тугоплавких металлов

Получение прутков и проволоки из тугоплавких металловВыше рассматривалось получение прутков из тугоплавких металлов методами прессования и ковки. Однако прессованием и ковкой можно получать прутки ограниченных размеров и, кроме того, поверхность прутков требует дополнительной механической обработки, особенно после ротационной ковки.

 

Прутки из вольфрама диаметром 20 мм и более обычно получают прессованием, а прутки небольших диаметров 5-10 мм — ротационной ковкой или волочением:

Цепные волочильные станы бывают одностороннего и двустороннего действия. Процесс волочения кованых прутков вольфрама обычно осуществляют на цепных волочильных станах с тяговым усилием 1000 кг. Прутки из других тугоплавких металлов (молибдена, ниобия, тантала) получают прокаткой в калиброванных валках или на станах ХПТ. Прутки малого диаметра\» (менее 10-15 мм) изготовляют волочением.

 

Прутки из молибдена обычно получают методом прокатки прессованной заготовки. Перед прокаткой прессованный пруток отжигают в электрических печах в среде водорода. Температура нагрева перед прокаткой в зависимости от чистоты молибдена и свойств составляет 700-1500° С.

 

Прокатку прутков осуществляют из заготовки диаметром 38 мм по схеме квадрат — овал — квадрат, при этом учитывается малый коэффициент линейного расширения и склонность молибденовых сплавов к старению. Прокаткой получают прутки диаметром свыше 15 мм. При производстве прутков меньшего диаметра заготовки после прокатки подвергают волочению на цепных станах. Прокатанные и отожженные прутки молибденовых сплавов имеют свойства, представленные в табл. 53. Испытание на растяжение проводили после отжига при 1092-1132° С.

Прутки из ниобия и тантала также получают прокаткой предварительно прессованной заготовки. Однако горячая прокатка ниобия на сортовых станах не обеспечивает получение прутков точного диаметра и с хорошей поверхностью. Поэтому прутки из ниобия диаметром до 10 мм получают прокаткой на станах ХПТ, а меньших диаметров — волочением на цепных станах.

 

С целью калибровки производят волочение прутков и больших диаметром, при этом вытяжка по проходам обычно незначительная. Получение проволоки из тугоплавких металлов в производственных условиях в настоящее время осуществляют в основном из спеченных штабиков и в некоторых случаях из прессованных прутков.

 

Штабики и прутки предварительно проковывают на ротационно-ковочных машинах. Полученные после ротационной ковки заготовки подвергают волочению на цепных волочильных станах или волочильных машинах с вертикальным расположением оси барабана.

 

Проволока диаметром 2,5-1,4 мм в зависимости от металла обрабатывается на однократных волочильных машинах барабанного типа. Чаще всего для волочения проволоки из тугоплавких металлов применяют машины однократного волочения с горизонтальным расположением осей катушек.

 

Обычно для грубого волочения проволоки в пределах от 1 до 0,52 мм применяют блочный стан с диаметром катушки 1000 мм, представляющий собой двухстороннюю двухпозиционную установку. Для среднего, тонкого и тончайшего волочения применяются машины однократного волочения с горизонтальным расположением катушек диаметром 100- 200 мм. Несколько машин (позиции) устанавливают в ряд на одном столе (с двух сторон установлено до 30 позиций).

 

Такое расположение машин обеспечивает более экономичный расход материала коммуникаций и более рациональное использование производственных площадей. Кроме того, создаются наилучшие условия для эксплуатации. Усилия для протяжки проволоки обеспечиваются тягловой головкой, которая у машин различной мощности принципиально устроена одинаково. Машины имеют две кинематические цепи: цепь намотки и связанную с ней цепь раскладки проволоки на катушку.

 

Тонкую и тончайшую проволоку из тугоплавких металлов получают также на машинах многократного волочения, в большинстве случаев на трех- и шестикратных.

В настоящее время в ГДР выпускают машины восьмикратного волочения, предназначенные для изготовления вольфрамовой и молибденовой проволоки.. Из заготовки вольфрама диаметром 0,22 мм и молибдена 0,5 мм получают проволоку диаметром до 0,04 мм с рабочей скоростью волочения от 27 до 110 м/мин.

 

На станах многократного волочения проволока подвергается непрерывному деформированию в последовательно расположенных фильерах. Диаметр отверстия каждой последующей фильеры меньше диаметра предыдущей на величину, соответствующую величине обжатия проволоки. Волочение проволоки из тугоплавких металлов часто проводят с подогревом как проволоки, так и фильеры.

 

Для волочения проволоки из тугоплавких металлов до диаметра 0,25-0,20 мм фильеры изготовляют из твердых сплавов (карбид вольфрама), а для диаметров меньше 0,20 мм применяют алмазные, обеспечивающие высокое качество поверхности изделия, точность размеров, высокую стойкость. Фильеры большого размера для предохранения от перегрева монтируются в водоохлаждаемом блоке.

 

Чтобы облегчить задачу в фильеру конца проволоки, ее подвергают травлению. При грубом волочении травление производят в расплавленной селитре, а при тонком волочении — в электролитических ванночках с раствором каустической соды.

 

Как показывают данные ряда исследователей, более 2/з работы, затрачиваемой при протяжке проволоки, расходуется на преодоление трения в фильере. Таким образом, усилие, необходимое для протяжки проволоки через фильеру, скорее пропорционально диаметру проволоки, чем площади его поперечного сечения. Поэтому с уменьшением диаметра проволоки нагрузка на единицу площади проволоки растет.

 

Для протяжки проволоки из вольфрама диаметром до 0,5 мм применяют станы однократного волочения барабанного типа с вертикальным и горизонтальным расположением осей барабанов. Для производства тонкой и тончайшей проволоки из фольфрама применяют многокомпозиционные двухсторонние установки типа MB 100В.Для многократного волочения вольфрамовой проволоки используют также станы шестикратного волочения с повышенной точностью изготовления шпинделей и тяговых барабанов.

 

Волочение на гладком тяговом барабане сопровождается повышенным скольжением против обычного на предыдущих барабанах, в особенности в первых проходах. При волочении вольфрамовой проволоки обязательно применяют нагрев как проволоки, так и фильер. Нагрев проволоки производят при помощи электрического нагревателя, помещенного в крышке печи.

 

Такое расположение позволяет производить заправку проволоки в машину, не выключая печи, и почти сразу начинать волочение с заданной температурой нагрева. Фильеры нагреваются общим нагревателем, смонтированным в керамических изоляторах, помещенных в корпусе филье-родержателя.

 

Проволока, проходя через нагретую фильеру, сохраняет температуру подогрева, и при этом уменьшается трение в канале фильеры за счет нагревания графитовой смазки, что способствует снижению усилия волочения и уменьшению износа фильеры. Скорость протяжки вольфрамовой проволоки в первых проходах составляет 2-6 м/мин и с уменьшением диаметра до 0,02 мм повышается до 100 м/мин, однако /при волочении очень тонкой проволоки скорость протяжки снижают.

 

В процессе волочения вольфрамовой проволоки для снятия внутренних напряжений применяют промежуточный отжиг. Отжиг проводят на машинах, однотипных станам однократного волочения, на которых выполняют операции отжига и одновременно протяжки с небольшими обжатиями.

 

Это способствует восстановлению структуры и пластичности проволоки, необходимой для дальнейшей обработки. Операция отжига производится по следующему циклу: проволока, разматываясь с одной катушки, проходит через направляющий ролик в электрическую печь, заполненную водородом и при температуре 1450- 1500° С отжигается. Затем через второй ролик поступает в окислительную печь с температурой 1050° С и, выходя из нее, на воздухе окисляется.

 

Вследствие этого проволока, попадая в смазывающее устройство, лучше смазывается аквадаком. Далее проводится нагрев при температуре 750-800° С и протягивание с небольшим обжатием. Если в начале волочения на цепных станах температура волочения вольфрама составляет не менее 1000° С, то при последующих стадиях волочения и уменьшении диаметра протягиваемой проволоки до 0,1 мм температура нагрева постепенно снижается до 600-750° С.

 

Начало волочения вольфрамовой проволоки ниже указанной температуры вызывает расслоения. Проволока вольфрама с равноосной структурой разрывается .в поперечном направлении, и излом проходит по границам зерен; в проволоке с волокнистой структурой имеет место продольное расслоение и разделение на отдельные волокна. Это явление объясняется наличием межзеренных пленок из посторонних примесей.

 

После волочения на поверхности вольфрамовой проволоки остается тонкий слой графита и окалина. Для растворения окислов проволоку диаметром 0,2 мм погружают на 15-30 мин в раствор едкого натра или калия, а более тонкую проволоку протягивают через ванну с кипящим раствором едкого натра или калия. После этого ее промывают водой и пропускают через войлок для удаления графита. Для очистки проволоки применяют также электролитический метод травления или нагрев ее до красного каления. Однако последний способ отрицательно влияет на пластичность изделия.

 

Для изготовления молибденовой проволоки в последнее время широко применяют слитки молибдена. Это обеспечивает повышение качества проволоки, более высокие и стабильные ее механические и физические свойства. Слитки прессуют и получают заготовки, которые куют или предварительно перед ковкой прокатывают.

 

После ковки на ротационно-ковочных машинах до диаметра около 2,5 мм следует протяжка на волочильных станах барабанного типа с нагревом до температур 750-850° С.

Волочение такой молибденовой проволоки проводят при начальной температуре 700° С с дальнейшим понижением до 500° С и ниже. Проволоку из молибдена диаметром около 0,10 мм протягивают при комнатной температуре без подогрева. Степень деформации при волочении за один проход составляет 10-20%.

 

Скорость волочения проволоки диаметром 1 мм составляет около 3 м/мин. С уменьшением диаметра проволоки скорость волочения увеличивается: при диаметре 0,5 мм — до 5 м/мин; 0,2 мм — до 20 м/мин и 0,05 -. 0,015 мм — до 50 м/мин. Молибденовая проволока в процессе волочения упрочняется незначительно, поэтому промежуточные отжиги применяют при больших суммарных деформациях порядка 95%. Отжиг производится в среде водорода или в вакууме. Температуру отжига выбирают в зависимости от диаметра проволоки и соответствующей температуры рекристаллизации.

 

Например, для проволоки диаметром 0,95 мм, полученной из спеченного штабика, температура рекристаллизации составляет 1000-1100° С. После отжига при температуре 1000°С проволока имеет волокнистую структуру, а после отжига при 1100° С — полосчато-зернистую. При более высоких температурах образуется крупнокристаллическая структура и вследствие скопления примесей по границам зерен проволока охрупчивается. Если проволока была получена из чистого молибдена электроннолучевой плавки, то повышение температуры отжига может не вызвать охрупчивания, так как в таком молибдене содержится незначительное количество примесей.

 

Проволоку из монокристаллов молибдена протягивают при комнатной температуре с суммарной деформацией до 90%. Для снятия наклепа при больших деформациях проводят вакуумный отжиг. В приложении 5 даны технологические схемы волочения вольфрамовой и молибденовой проволоки из штабиков после ротационной ковки.

 

Проволоку из ниобия и сплавов на его основе получают из кованой или прессованной заготовки. После ковки или прессования заготовки диаметром 18-20 мм подвергают правке, а также механической обработке для удаления окисленного слоя и поверхностных дефектов. Полученные заготовки в дальнейшем прокатывают на станах ХПТ или куют на ротационно-ковочных машинах до диаметра 2,5-3 мм и затем уже проводят волочение.

 

Заготовки из чистого ниобия, содержащего менее 0,05% газовых и других примесей, могут протягиваться до диаметра 0,20 мм без промежуточных отжигов. Однако при размерах 1,2-1,5 и 0,5-0,1 мм для обеспечения лучших условий деформации рекомендуется проводить промежуточные отжиги. При волочении проволоки из ниобия возможно налипание металла на инструмент. Чтобы исключить налипание, применяют ту же смазку, что и при волочении труб.

 

Для волочения проволоки диаметром до 0,5 мм обычно применяют фильеры из карбида вольфрама, при меньших диаметрах используют алмазные фильеры. Применение алмазных- фильер позволяет увеличить скорость волочения до 30 м/мин и повысить в 2-3 раза обжатия за проход. Однако при больших скоростях волочения проволока сильно нагревается и требуется охлаждение фильер. В качестве охлаждающей жидкости применяется мыльная эмульсия.

 

Наибольшие трудности возникают при волочении проволоки из сплавов на основе ниобия с цирконием и титаном. Как правило, при волочении сплавов металл сильно наклёпывается и требуется повышение усилия волочения при увеличении степени деформации. Так, при увеличении степени деформации с 10 до 20% при волочении проволоки из сплава ниобия с цирконием и титаном диаметром 0,5 мм усилие волочения возрастает с 80 до 104 к (с 8 до 10 кГ).

 

Большие трудности испытывают при получении про: волоки из тантала, так как он легко налипает на волочильный инструмент. Поэтому при волочении тантала применяют смазку и осуществляют защиту в виде анодного окисления в 1%-ном растворе серной кислоты.

 

Готовая проволока проверяется по качеству поверхности, механическим свойствам и размерам. Проволока диаметром больше 0,5 мм может быть промерена с достаточной точностью микрометром. Измерение диаметров проволоки меньших размеров производят путем определения веса отрезка проволоки стандартной длины (обычно это вес в миллиграммах проволоки длиной 100 мм).

Article Global Facebook Twitter Myspace Friendfeed Technorati del.icio.us Digg Google StumbleUpon Eli Pets

Comments are closed.