Биметалл для изготовления монет и способ его производства

 

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к производству биметаллических полос и монетному производству. Сущность: в качестве материала покрытия использованы две ленты из медно-никелевого сплава, которые содержит 4...26% никеля, а суммарная толщина обеих медно-никелевых лент в плакирующих слоях составляет 14-40% от толщины стальной основы. Суммарную степень деформации пакета из стальной ленты и двух медно-никелевых лент в процессе плакирования и холодной прокатки в конечную биметаллическую ленту выбирают в интервале 3,5...5, причем температуру подката на выходе из очага деформации при плакировании выдерживают в диапазоне 165...265^oC, а в качестве смазки при плакировании используют смесь минерального масла (20. ..32%) и керосина (остальное), имеющую кинематическую вязкость при температуре 100^oC не менее 10 и кислотное число не более 0,003, охлаждение подката производят до температуры ниже 60^oC, а отжиг проводят при температуре металла 650. ..700^oC в течение 620...660 мин с последующим охлаждением с печью ниже 140^oC. Группа изобретений обеспечивает комплекс факторов, позволяющих с достаточно высокой эффективностью реализовать новую технологическую схему изготовления монет из биметалла. 2 с.п. ф-лы.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к производству биметаллических полос и монетному производству.

Наиболее близким к заявляемому в части биметалла техническим решением является биметалл никель-сталь-никель с толщиной покрытия 5% от толщины стальной основы, который применяется для изготовления монет в Румынии, Колумбии, Эквадоре, Никарагуа [1] Недостатком данного биметалла являются его высокая стоимость, вызванная значительными затратами при гальваническом нанесении чистого никеля на стальную основу, и недостаточно высокие для России эксплуатационные свойства конечного продукта (монет).

Задачей данного изобретения является устранение указанных недостатков, а именно снижение затрат на изготовление монет за счет оптимизации соотношения толщины лент при одновременном сохранении потребительских свойств конечного продукта (монет).

Указанная задача решается тем, что в качестве материала покрытия использованы две ленты из медно-никелевого сплава, которые содержат 4.26% никеля, а суммарная толщина обоих медно-никелевых лент в плакирующих слоях составляет 14-40% от толщины стальной основы.

Экспериментально установлено, что существенное удешевление материала для изготовления монет может быть достигнуто путем снижения количества никеля в составе плакирующих слоев при одновременном сохранении их эксплуатационных характеристик. Оптимальным является диапазон 4.26% никеля от медной основы в сплаве. Увеличение количества никеля свыше 26% удорожает сплав, а снижение при этом количества меди ухудшает электрические характеристики монеты для автоматов различного назначения. Уменьшение количества никеля ниже 4% не обеспечивает требуемого цвета и качества поверхности.

Также экспериментальным путем установлено, что наилучший результат по экономическим и эксплуатационным характеристикам может быть получен только при суммарной толщине обоих плакирующих слоев, выбранной в диапазоне 14-40% от толщины стальной основы. Увеличение толщины покрытия свыше 40% приводит к удорожанию монет и к снижению качества соединения слоев в процессе холодного плакирования. Снижение толщины покрытия ниже 14% не позволяет получить необходимое качество рельефа после чеканки монет.

Известен способ получения биметаллических лент томпак сталь-томпак [2] заключающийся в том, что производят подготовку составляющих к холодному плакированию, их совместную холодную прокатку с обжатием не менее 55% за один проход, промежуточный диффузионный отжиг, калибровочную прокатку и окончательный рекристаллизационный отжиг. После обоих отжигов производят химическое травление металла.

Недостатком данного способа является отсутствие возможности получения заданного качества поверхности вследствие осаждения меди на поверхности покрытия в процессах химического травления.

Наиболее близким к заявляемому способу техническим решением является способ получения биметаллической ленты никель сталь никель [3] состоящий в том, что производят подготовку поверхностей стальной и медно-никелевых лент, двустороннее холодное плакирование стальной ленты лентами из медно-никелевого сплава, охлаждение подката, холодную прокатку со смазкой, обезжиривание, отжиг, дрессировку и последующую отделку готового продукта, причем суммарную толщину плакировки никелем выполняют равной 7-13% от толщины основы, плакирование осуществляют со степенью деформации 2,5.3,0, прокатку на окончательный размер осуществляют в два этапа со степенью деформации 2,0. 2,2, а на втором 2,1.2,85, а отжиг после каждой операции осуществляют при температуре 675.700^oC в течение 370.400 мин с последующим охлаждением с печью до температуры ниже 150^oC.

Недостатком данного способа является невозможность получения достаточно дешевой биметаллической ленты для монет, где в качестве покрытия использован медно-никелевый сплав, по следующим причинам. Прокатка в несколько этапов с последующими отжигами приводит к получению неудовлетворительного качества поверхности при изготовлении биметалла с низким содержанием никеля в сплаве покрытия. Кроме того, не обеспечивается необходимая твердость стальной основы для чеканки монет.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, а именно снижение затрат на изготовление монет за счет оптимизации соотношения толщин лент при одновременном сохранении потребительских свойств конечного продукта (монет).

Указанную задачу решают тем, что суммарную степень деформации пакета из стальной ленты и двух медно-никелевых лент в процессе плакирования и холодной прокатки в конечную биметаллическую ленту выбирают в интервале 3,5.5, причем температуру подката на выходе из очага деформации при плакировании выдерживают в диапазоне 165.265^oC, а в качестве смазки при плакировании используют смесь минерального масла (20.32%) и керосина (остальное), имеющую кинематическую вязкость при температуре 100^oC не менее 10 и кислотное число не более 0,003, охлаждение подката производят до температуры ниже 60^oC, а отжиг проводят при температуре металла 650.700^oC в течение 620.660 мин с последующим охлаждением с печью ниже 140^oC.

Экспериментально установлено, что при суммарной степени деформации пакета из стальной основы и двух медно-никелевых лент в конечную биметаллическую ленту менее 3,5 приводит к локальным отслоениям в процессе чеканки монет. При суммарной степени деформации более 5 резко ухудшается проработка рельефа монеты при ее чеканке.

На качество сцепления покрытий с основой существенное влияние оказывает температура металла в очаге деформации. При температуре подката на выходе из очага деформации ниже 165^oC наблюдается значительное количество случаев отслоений покрытия от основы при чеканке монет. При температуре выше 265^oC появляются дефекты, вызванные локальной разнотолщинностью покрытия и, как следствие, локальная непроработка рельефа монеты.

Многочисленными экспериментами подобрана оптимальная технологическая смазка, используемая при плакировании. Наилучшие результаты показала эмульсия на основе керосина из минерального масла, имеющая кинематическую вязкость при температуре 100^oC не менее 10 и кислотное число не более 0,003. Причем использование эмульсии с содержанием масла в керосине менее 20% так же как и более 32% приводит к существенному ухудшению качества поверхности биметалла. Кроме того, большее количество масла удорожает эмульсию.

Температура начала холодной прокатки не должна превышать 60^oC. Большая начальная температура приводит к перегреву металла в очаге деформации при холодной прокатке и ухудшению качества биметалла.

Температурный режим отжига существенно влияет на прорабатываемость рельефа. Режим отжига при температуре, выбранной в диапазоне 650.700^oC и поддерживаемой в течение 620.6660 мин до температуры ниже 140^oC, обеспечивает оптимальное качество готовой продукции. Причем скорость охлаждения в диапазоне обычных скоростей не оказывает существенного влияния на качество монет и может быть выбрана исходя из экономических соображений.

Способ реализуется следующим образом. В качестве исходных материалов использованы лента из стали 11кп размером 4,4х280 мм и лента мельхиоровая марки МН19 размером 0,35х298 мм.

Стальную ленту перед плакированием обезжиривают в растворе моющего средства, подвергают химическому травлению и сухой зачистке металлическими щетками. Мельхиоровую ленту также обезжиривают раствором моющего средства, промывают, сушат и зачищают с одной или двух сторон металлическими щетками.

Двустороннее плакирование производят на стане кварто 400/1000x500 за один пропуск по маршруту (4,4 +2 × 0,35) __→ 2,1^-0,1 В процессе плакирования на мельхиоровые ленты подают эмульсию масла МС 20 в керосине (70% ) сверху капельным способом, а снизу валиком. Скорость прокатки регулируется в интервале 0,4.0,8 м/с. Натяжения поддерживают равными для стальной ленты 585.61ОН, мельхиоровых лент 48.53Н, а для биметаллической ленты 340.355Н. Реализация процесса плакирования с такими параметрами обеспечивает поддержание температуры металла в очаге деформации в интервале 165.265^oC.

После охлаждения подката на воздухе до температуры ниже 60^oC производят холодную прокатку по следующему маршруту: 2,1_→ 1,80_→ 1,55_→ 1,40_→ 1,35_→ 1,30^-0,07 c задним натяжением от 410 до 200 Н и передним натяжением от 275 до 190Н.

После холодной прокатки биметаллический подкат подвергают обезжириванию в растворе технического моющего средства для устранения пригара масла, а затем производят отжиг при температуре 680^oC в течение 650 мин с последующим охлаждением с печью до температуры 100^oC.

Формула изобретения

1. Биметалл для изготовления монет, состоящий из стальной ленты основы и двух никельсодержащих лент, соединенных между собой методом холодного плакирования и последующей холодной прокатки, отличающийся тем, что в качестве никельсодержащих лент использованы ленты из медно-никелевого сплава, содержащие 4 26% никеля, а суммарная толщина обеих модно-никелевых лент в плакирующих слоях составляет 14 40% толщины стальной основы.

2. Способ производства биметалла для изготовления монет, включающий подготовку поверхностей стальной и двух никельсодержащих лент, их совместное двустороннее холодное плакирование, охлаждение подката, холодную прокатку со смазкой, обезжиривание, отжиг, дрессировку и последующую отделку готового продукта, отличающийся тем, что суммарную степень деформации пакета из стальной ленты и медно-никелевых лент в процессе плакирования и холодной прокатки в конечную биметаллическую ленту выбирают в интервале 3,5 5, причем температуру подката на выходе из очага деформации при плакировании выдерживают в диапазоне 165 265^oС, а в качестве смазки при плакировании используют смесь минерального масла (20 32%) и керосина (остальное), имеющую кинематическую вязкость при 100^oС не менее 10 и кислотное число не более 0,003, охлаждение подката производят до температуры ниже 60^oС, а отжиг проводят при температуре металла 650 700^oС с последующим охлаждением с печью ниже 140^oС.