专利名称：一种利用熔铸后热旋锻技术制备铜包覆钢线材的方法
技术领域：
本发明属于电缆线材制造技术领域，涉及一种利用熔铸后热旋锻技术制备铜包覆钢线材的方法。
背景技术：
在通信电缆、建筑布电线、轻质电磁线和其他电线电缆导体等领域广泛的应用着铜包覆钢线材，铜包覆钢线是钢芯上同心均勻地覆盖着一层铜，它兼有钢的高强度，又有铜的优异导电和抗腐蚀性能。铜包铁线与纯铜线相比具有很多优点，在相同截面和状态(硬态)下，铜包覆钢线的强度是实心铜线的两倍，能承受大的冲击和负荷，在环境条件比较苛刻、移动比较频繁的场所使用时，具有较高的可靠性和抗疲劳强度，使用寿命比较长；铜包覆钢线以钢代铜，大大减少了纯铜的消耗量，从而降低成本，减小密度，节省了宝贵的铜资源；铜包覆钢线高频下衰减小于纯铜线，在高频下传输信号损耗小、传输效率高；铜包覆钢线可以制成具有不同抗拉强度和电导率的导线，可以说，铜包覆钢线在通信电缆、建筑布电线、轻质电磁线和其他电线电缆导体等领域具有广泛的应用前景。针对线材的几种常用加工方法，如拉伸、辊拉、轧制等，它们在加工中的应力特点是拉伸、辊拉为二向压应力、一向拉应力，对塑性较好的金属线材有利，而对低塑性有色金属材料不利，后者加工时易出现拉裂或拉断现象，造成生产中断甚至无法加工；轧制法应力为三向压应力，对塑性较好或低塑性金属线材都有利，但型辊加工昂贵，轧机维护费用高， 因此，克服现有技术中的不足，全面提升铜包覆钢线材的综合性能，成为一个急需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用熔铸后热旋锻技术制备铜包覆钢线材的方法，解决了现有技术制备该类材料工艺复杂，综合性能差、制作成本高的问题。本发明所采用的技术方案是，一种利用熔铸后热旋锻技术制备铜包覆钢线材的方法，该方法按照以下步骤实施步骤1、根据所制铜包覆钢线材的规格选配合适直径的钢芯，将上述选好的钢芯用质量浓度65% -70%的磷酸浸泡5-10分钟，待表面杂质清除干净后打磨光滑，再用无水乙醇冲洗后，烘干；步骤2、熔铸铜包覆钢将步骤1准备好的钢芯材料，装入相应通孔直径的石墨模具中，将钢芯安置在通孔中的轴心位置，在氮气或氩气保护气氛高温炉中，加热到1050-1150°C，保温20-30min， 将熔融的铜液注入到石墨模具的通孔中，随炉冷却后取出，即得到铜包覆钢坯料；步骤3、热旋锻将步骤2所制的铜包覆钢坯料，加热到380-420°C，保温10-15min，然后放到旋锻机上，采用多副异型锻模锤锻依次加工坯料，每次锤击的加工量不超过10%，每锻一次都要回炉退火，直到符合工艺规格的外径尺寸要求；步骤4、将步骤3获得铜包覆钢线材进行化学抛光先是按照质量百分数分别称取72% -75%磷酸、8% -10%硫酸、8% -10%硝酸、 3% -4%尿素、4% -5%硫酸胺和0.01% -0. 02%硫酸铜，六种组分质量百分数合计为 100% ；再将所称取的磷酸、硫酸、硝酸依次倒入抛光槽内，搅拌均勻；然后分别将所称取的尿素、硫酸胺、硫酸铜加入抛光槽内搅拌均勻，得到抛光液；最后在搅拌状态下，保持抛光液温度100-20(TC，将步骤3所制铜包覆钢线材放入抛光液中2-3min，用清水冲洗干净，烘干即得。本发明的优异效果是，工艺简单，操作方便，制作成本降低，同时还具有(1)线材加工变形量大，旋锻工艺的变形程度远大于拉伸和辊模拉拔；(2)线材变形均勻，材料内部处于三个方向压应力状态，周向均勻压缩，不会因变形不均勻导致材料形成裂口和裂纹，且线材也较少发生扭曲；(3)所需变形力小，工具、模具使用寿命提高；(4)设备所需的驱动力较小，采用小功率的电机作为动力源，运转成本低。
图1是本发明方法中使用的石墨模具结构示意图；图2是图1的俯视图。图中，1.石墨模具，2.通孔，3.钢芯，4.工艺孔。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明进行详细说明。本发明提供的一种利用熔铸后热旋锻技术制备铜包覆钢线材的方法，该方法使用的高密度、高强度、高导电石墨模具结构如图1、图2所示，在石墨模具1顶端均勻开有一圈工艺孔4 (工艺孔4指的是在石墨模具1的上端开的大孔或槽，主要是放置待融化的铜块， 并起到熔池的作用)，石墨模具1中部及下部开有通孔2，加工过程中将钢芯3安置在通孔 2中的轴心上，并上下定位。本发明方法利用上述的石墨模具，按照以下步骤实施步骤1、根据所制铜包覆钢线材的规格选配合适直径的钢芯，钢芯材质选用铁丝或者钢丝，具体如下表1所示。将上述选好的钢芯用质量浓度65% -70%的磷酸浸泡5-10分钟，待表面杂质清除干净后用纱布打磨光滑，再用无水乙醇冲洗后，用温度小于80°C的烘干机烘干。表1是根据所制线材的规格选择不同的钢芯直径对照表
所制线材的规格(毫米)选用的钢丝或铁丝直径(毫米)< Φ2Φ1Φ2-Φ4Φ1-Φ权利要求
1.一种利用熔铸后热旋锻技术制备铜包覆钢线材的方法，其特征在于，该方法按照以下步骤实施步骤1、根据所制铜包覆钢线材的规格选配合适直径的钢芯，将上述选好的钢芯用质量浓度65% -70%的磷酸浸泡5-10分钟，待表面杂质清除干净后打磨光滑，再用无水乙醇冲洗后，烘干；步骤2、熔铸铜包覆钢将步骤1准备好的钢芯材料，装入相应通孔直径的石墨模具中，将钢芯安置在通孔中的轴心位置，在氮气或氩气保护气氛高温炉中，加热到1050-1150°C，保温20-30min，将熔融的铜液注入到石墨模具的通孔中，随炉冷却后取出，即得到铜包覆钢坯料；步骤3、热旋锻将步骤2所制的铜包覆钢坯料，加热到380-420°C，保温10-15min，然后放到旋锻机上， 采用多副异型锻模锤锻依次加工坯料，每次锤击的加工量不超过10%，每锻一次都要回炉退火，直到符合工艺规格的外径尺寸要求；步骤4、将步骤3获得铜包覆钢线材进行化学抛光先是按照质量百分数分别称取72% -75%磷酸、8% -10%硫酸、8% -10%硝酸、 3% -4%尿素、4% -5%硫酸胺和0.01% -0. 02%硫酸铜，六种组分质量百分数合计为 100% ；再将所称取的磷酸、硫酸、硝酸依次倒入抛光槽内，搅拌均勻；然后分别将所称取的尿素、硫酸胺、硫酸铜加入抛光槽内搅拌均勻，得到抛光液；最后在搅拌状态下，保持抛光液温度100-20(TC，将步骤3所制铜包覆钢线材放入抛光液中2-3min，用清水冲洗干净，烘干即得。
2.根据权利要求1所述的利用熔铸后热旋锻技术制备铜包覆钢线材的方法，其特征在于，所述的步骤3中，热旋锻过程中退火处理的温度350-400°C。
3.根据权利要求1所述的利用熔铸后热旋锻技术制备铜包覆钢线材的方法，其特征在于，所述的步骤4中，磷酸的摩尔浓度为14. 63mol/L，硫酸的摩尔浓度为1. 84mol/L，硝酸的摩尔浓度为15. 55mol/L。
全文摘要
本发明公开了一种利用熔铸后热旋锻技术制备铜包覆钢线材的方法，按以下步骤实施根据所制线材的规格选择不同的钢芯直径；将处理好的钢芯装入石墨模具中，在氮气或氩气保护气氛高温炉中，加热到1050-1150℃，保温20-30min，将熔融的纯铜液注入到石墨模具中，随炉冷却即得到铜包覆钢坯料；将所制铜包覆钢坯料，在电阻炉里加热到380-420℃，保温10-15min，然后放到旋锻机上进行多道次的旋锻，每锻一次都要回炉退火，直到符合工艺规格的外径尺寸要求；将所制铜包覆钢线材通过化学抛光后，用清水冲洗干净，烘干即成。本发明的方法能够制备各种直径的铜包覆钢线材，产品的性能稳定、质量高、成本低。
文档编号H01B13/00GK102354580SQ20111030080
公开日2012年2月15日 申请日期2011年9月28日 优先权日2011年9月28日
发明者刘盈斌, 罗启文, 陈文革 申请人:西安理工大学