Способ изготовления микропроволоки из труднодеформируемых материалов

Изобретение предназначено для производства микропроволоки из труднодеформируемых материалов, в частности из титана. В процессе изготовления микропроволоки обрабатываемый материал размещают в медном чехле, герметизируют, деформируют, разрезают полученный пруток на мерные длины, собирают эти прутки в композитную заготовку, помещают в чехол, деформируют, повторяя до достижения поперечного сечения жил размера микропроволоки, удаляют материал чехлов, разделяют жилы и калибруют до получения готовой микропроволоки. Улучшение качества микропроволоки, возможность получать микропроволоку диаметром от 1 до 1000 мкм достигается благодаря тому, что удаление материала чехлов осуществляют последовательным пропусканием композитных заготовок через ряд чередующихся ванн травления и промывки, разделение жил титана осуществляют послойно, начиная с верхнего слоя, на выходе каждой из ванн промывки, а полученную при этом микропроволоку наматывают на катушки. В качестве обрабатываемого материала используют гидрированный титан с концентрацией водорода в титане 1,3-1,5 мас.%. 4 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при производстве микропроволоки из труднодеформируемых материалов, таких как титан, ниобий, тантал и их сплавы.

Известен способ изготовления микропроволоки из труднодеформируемых материалов, в частности бериллия, включающий размещение обрабатываемого материала в чехлах, например никелевых, герметизацию очехленных заготовок с последующей их деформацией выдавливанием, прокаткой и волочением в условиях пластификации обрабатываемого материала, удаление материала чехлов и калибровку полученной микропроволоки. Для осуществления способа используют заготовки, прессованные из слитка, а пластификацию бериллия перед деформацией производят посредством отжига (Колпашников А.И., Мануйлов В.Ф., Ширяев Е.В. Армирование цветных металлов и сплавов волокнами. М., Металлургия, 1974, с.99-106).

Общим для известного и заявленного способов является размещение обрабатываемого материала в чехлах, герметизация очехленных заготовок с последующей их деформацией, удаление материала чехлов и калибровка до получения готовой микропроволоки.

К недостаткам известного способа следует отнести неустойчивость процесса волочения и высокую обрывность, приводящие к низкой производительности, недостаточно высокие механические свойства микропроволоки и низкий выход исходного сырья в годную продукцию.

Наиболее близким к заявляемому является способ изготовления микропроволоки из труднодеформируемых материалов, включающий размещение обрабатываемого материала в чехлах, герметизацию очехленных заготовок с последующей их деформацией выдавливанием, прокаткой и волочением в условиях пластификации, калибровку полученной микропроволоки (Пат. РФ №2146975, МПК 7 В21С 1/00, опубл. 27.03.2000 г.). Из полученных после деформации плакированных прутков собирают композитные заготовки, которые также деформируют до тех пор, пока поперечное сечение жил обрабатываемого материала в композитной заготовке не достигнет размера микропроволоки, затем удаляют материал чехлов, разделяют жилы и калибруют до получения готовой микропроволоки. Композитные заготовки собирают посредством укладки в пакет плакированных или композитных прутков с последующим продольным сращиванием их гальваническим путем. Вместе с обрабатываемым материалом в чехлах размещают пластификатор, а после герметизации очехленных заготовок производят их гомогенизацию, а последующую деформацию осуществляют при температуре максимальной пластичности обрабатываемого материала. В качестве обрабатываемого материала используют гранулированный титан, а в качестве пластификатора - гидрид титана в количестве, обеспечивающем концентрацию водорода в очехленной заготовке (после гомогенизации), равную 1-2 мас.% от массы титана. Гомогенизацию проводят при температуре 800-900°С. Деформацию заготовок выдавливанием осуществляют при температуре 350-600°.

Общим для известного и заявленного способов изготовления микропроволоки из труднодеформируемых материалов, в частности из титана, является размещение обрабатываемого материала в медном чехле, герметизация очехленной заготовки с последующей ее деформацией, разрезка полученного после деформации плакированного прутка на мерные длины, сборка этих прутков в композитную заготовку, ее очехление, деформацию композитной заготовки, повторение сборки композитных заготовок и их деформация до тех пор, пока поперечное сечение жил обрабатываемого материала в композитной заготовке не достигнет размера микропроволоки, удаление материала чехлов, разделение жил и калибровка до получения готовой микропроволоки.

К недостаткам известного способа следует отнести недостаточно высокую производительность, большие потери металла и отсутствие возможности получения проволоки значительной длины. Все эти недостатки обусловлены тем, что полное и, практически, одновременное удаление материала чехлов существенно затрудняет последующее разделение пучка проволок на многочисленные жилы из-за спутывания проволоки. Отрицательно сказывается на производительности способа наличие в нем операции продольного сращивания прутков гальваническим путем. Кроме того, известный способ не позволяет получить микропроволоку с гладкой поверхностью.

Изобретение направлено на повышение качества получаемой микропроволоки, производительности способа, сокращение потерь металла при разделении пучков проволоки, получение проволоки большой длины и с гладкой поверхностью.

Это достигается тем, что в способе изготовления микропроволоки из труднодеформируемых материалов, включающем размещение обрабатываемого материала в медном чехле, герметизацию очехленной заготовки с последующей ее деформацией, разрезку полученного после деформации плакированного прутка на мерные длины, сборку этих прутков в композитную заготовку, ее очехление, деформацию композитной заготовки, повторение сборки композитных заготовок и их деформации до тех пор, пока поперечное сечение жил обрабатываемого материала в композитной заготовке не достигнет размера микропроволоки, удаление материала чехлов, разделение жил и калибровку до получения готовой микропроволоки, удаление материала чехлов осуществляют послойно, начиная с внешнего слоя, последовательным пропусканием композитных заготовок через ряд чередующихся ванн для травления и промывки, где при травлении используют химические реагенты, инертные по отношению к материалу микропроволоки. Разделение жил микропроволоки осуществляют на выходе каждой из ванн промывки, а полученную при этом микропроволоку одновременно наматывают на катушки. В качестве обрабатываемого материала может быть использован гидрированный титан с концентрацией водорода в титане 1,3-1,5 мас.%. В этом случае деформацию плакированных прутков и композитных заготовок осуществляют при температуре 450-650°С. При второй и последующих сборках композитных заготовок используют прутки, калиброванные на шестигранник, а в центре чехла размещают медный шестигранник. При изготовлении микропроволоки в качестве химического реагента при травлении может быть использован раствор хлорного железа.

Последовательное пропускание композитных заготовок через ряд ванн травления и промывки, где в качестве химического состава для травления используют реагенты, инертные по отношению к материалу микропроволоки, в частности раствор хлорного железа, позволяет постепенно - слой за слоем - начиная с внешнего, удалять материал чехлов, разделять жилы по мере их освобождения от меди и сразу же сматывать полученную при этом микропроволоку на катушки, исключая при этом возможность спутывания проволоки, и, в конечном счете, сократить потери металла, увеличить выход годного, получить микропроволоку с гладкой поверхностью и нужной длины, повысить производительность труда. Исключение операции продольного гальванического сращивания прутков также позволяет в 10 и более раз повысить производительность способа.

Использование в качестве обрабатываемого материала гидрированного титана с концентрацией водорода в титане 1,3-1,5 мас.% позволяет повысить его пластичность до максимума, улучшив тем самым механические свойства титана. При этом заявленный температурный режим, в котором происходит деформация плакированных прутков и композитных заготовок, позволяет достигнуть сверхпластичности титана, обеспечить однородность деформации, а следовательно, снизить обрывность и повысить качество получаемой проволоки из гидрированного титана.

Повышению качества микропроволоки из других труднодеформируемых материалов способствует использование прутков, калиброванных на шестигранник, при второй и последующих сборках композитных заготовок с размещением в центре чехла медного шестигранника.

Согласно изобретению способ осуществляется следующим образом.

Для получения титановой микропроволоки обрабатываемый материал, в качестве которого использовали гидрированный титан в виде прутков диаметром 104 мм с концентрацией водорода в титане 1,3-1,5 мас.%, размещали в выполненном из меди чехле с крышкой, снабженном также патрубком для вакуумирования. Диаметр заготовки в чехле составлял 120 мм. Заготовку вакуумировали и герметизировали, после чего гомогенизировали отжигом при температуре 900°С. Перед деформацией заготовку нагревали в муфельной электропечи до температуры 600°С и осуществляли выдавливание титанового прутка, плакированного медью, на гидравлическом прессе с вытяжкой так, что в результате получили пруток диаметром 36 мм с плакирующим слоем 1,0 мм на сторону. Полученный титановый пруток для более рационального размещения его в чехле проволочили на шестигранник, разрезали на мерные длины, после чего разрезанные части уложили по шесть штук в контейнер, причем в центре контейнера для обеспечения однородной деформации материала заготовки установили медный шестигранник, и снова заготовку вакуумировали и герметизировали. Деформацию плакированных прутков и заготовок проводили при температуре 500°С. Затем операции по выдавливанию и сборке циклически повторялись далее.

В данном примере получили заготовку, состоящую из 216 концентрически расположенных жил. Эту заготовку подвергли дальнейшей деформации холодным осесимметричным волочением в режиме гидродинамического трения. При волочении частные вытяжки (отношение конечной площади поперечного сечения проволоки к начальной) составляли 1.25. После суммарных вытяжек, равных 5, осуществляли отжиги проволоки при температуре 650°С. В результате получили 216-жильную композитную проволоку с заданным диаметром 0.5 мм. Диаметр титановых жил в проволоке получили равным 24 мкм. После волочения композитную проволоку промыли в воде для удаления с ее поверхности мыльной смазки, используемой при волочении в режиме гидродинамического трения.

Удаление материала чехлов осуществлялось, начиная с внешних слоев, последовательным пропусканием композитных заготовок через чередующиеся ванны травления и промывки. Травление материала чехлов осуществлялось в ваннах с инертным по отношению к титану и его сплавам раствором хлорного железа (FeCl₃), который обеспечил получение более гладкой качественной поверхности, чем при обработке кислотами. При травлении могут быть использованы другие химические реагенты, инертные по отношению к титану.

Разделение жил титановой микропроволоки выполняется на выходе из каждой ванны промывки, при этом верхние жилы, отделенные от композитной заготовки, наматываются на катушки. А с оставшейся композитной заготовкой повторяется цикл травления, промывки и отделения следующего слоя жил титановой микропроволоки. Циклы травления, промывки и разделения жил повторяются до тех пор, пока вся композитная заготовка не будет разделена на отдельные жилы титановой микропроволоки и намотана на катушки.

Аналогичные результаты могут быть получены при изготовлении микропроволоки из ниобия, тантала и их сплавов.

Предлагаемый способ значительно улучшает качество микропроволоки, повышает производительность технологического процесса и снижает затраты на его осуществление. Кроме того, заявленный способ позволяет сократить потери металла при разделении пучков проволоки и получать проволоку большой длины и с гладкой поверхностью.

Способ по изобретению, в зависимости от количества циклов выдавливаний, позволяет получать микропроволоку диаметром от 1 до 100 мкм (чем больше циклов, тем тоньше может быть полученная микропроволока). Повышение эффективности технологии обеспечивает снижение себестоимости микропроволоки из труднодеформируемых материалов, что позволит расширить область ее применения. В частности, титановая микропроволока может быть использована в медицине в качестве шовной нити, а также для изготовления композитных материалов, фильтрующих элементов, для армирования стекол и изготовления спецодежды и других изделий.

1. Способ изготовления микропроволоки из труднодеформируемых материалов, включающий размещение обрабатываемого материала в медном чехле, герметизацию очехленной заготовки с последующей ее деформацией, разрезку полученного после деформации плакированного прутка на мерные длины, сборку этих прутков в композитную заготовку, ее очехление, деформацию композитной заготовки, повторение сборки композитных заготовок и их деформации до тех пор, пока поперечное сечение жил обрабатываемого материала в композитной заготовке не достигнет размера микропроволоки, удаление материала чехлов, разделение жил и калибровку до получения готовой микропроволоки, отличающийся тем, что удаление материала чехлов осуществляют послойно, начиная с внешнего слоя, последовательным пропусканием композитных заготовок через чередующиеся ванны травления и промывки, причем при травлении используют химические реагенты, инертные по отношению к материалу микропроволоки, разделение жил микропроволоки осуществляют на выходе каждой из ванн промывки, а полученную при этом микропроволоку одновременно наматывают на катушки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве обрабатываемого материала используют гидрированный титан с концентрацией водорода в титане 1,3-1,5 мас.%.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что деформацию плакированных прутков и композитных заготовок осуществляют при температуре 450-650°С.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что в сборках композитных заготовок используют прутки, калиброванные на шестигранник, а в центре чехла размещают медный шестигранник.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве химического реагента при травлении используют раствор хлорного железа.