一種提高金屬管材抗擴(kuò)口彎曲變形能力的方法
【專利說(shuō)明】一種提高金屬管材抗擴(kuò)口彎曲變形能力的方法
[0001 ] 專利領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明屬于金屬管材加工領(lǐng)域，尤其涉及一種提高金屬管材抗擴(kuò)口彎曲變形能力的方法。
【背景技術(shù)】
[0003]各種高性能金屬管材是國(guó)民經(jīng)濟(jì)及國(guó)防軍工活動(dòng)中的重要材料，如各種液壓管道及氣體輸送管道等。很多金屬管材在工作中要承受內(nèi)外介質(zhì)的工作壓力以及結(jié)構(gòu)應(yīng)力等，在安裝時(shí)還要承受彎曲、擴(kuò)口等變形，因此對(duì)管材的性能尤其是周向性能要求很高。通常多采用擠壓、拉拔、乳制等加工變形方法來(lái)制備金屬管材，在這些加工過(guò)程中，金屬的變形均是沿著管材縱向的，形成的管材變形組織均為縱向纖維組織。由于纖維組織具有明顯的性能方向性，即沿纖維伸長(zhǎng)方向的性能明顯高于垂直于纖維方向的性能，造成管材的周向性能低于其縱向性能。盡管材料的總體性能良好，但很多情況下管材的周向性能，尤其是塑性指標(biāo)不夠高，達(dá)不到管材彎曲、擴(kuò)口等應(yīng)用要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種提高金屬管材抗擴(kuò)口彎曲變形能力的方法，其特征在于，具體過(guò)程為:
[0005]步驟1、第一夾頭I與第二夾頭2分別夾持住管材3的兩端，通過(guò)第一夾頭I與第二夾頭2對(duì)管材施加扭矩，此扭矩要保證管材在當(dāng)前溫度下不發(fā)生塑性變形或失穩(wěn)；
[0006]步驟2、用一個(gè)沿管材軸向移動(dòng)的加熱源4，產(chǎn)生沿管材的周向環(huán)形加熱區(qū)域，控制加溫區(qū)域的加熱溫度，此加熱溫度保證材料不出現(xiàn)能造成材料性能惡化的新組分；
[0007]步驟3、隨加熱溫度的上升，加熱區(qū)域內(nèi)的金屬材料的強(qiáng)度下降，在扭矩的作用下，加熱區(qū)域內(nèi)的金屬材料發(fā)生沿管材的周向扭轉(zhuǎn)變形，此區(qū)域管材原有的縱向纖維組織變成斜向纖維組織后，形成組織變形區(qū)；
[0008]步驟4、將加熱源4從管材3—端逐漸移向另一端，隨著加熱區(qū)域不斷移動(dòng)，管材3的組織變形區(qū)也不斷擴(kuò)展直到整個(gè)管材3縱向纖維組織變成斜向纖維組織。
[0009]所述管材3的中間安裝一支撐芯棒，防止管材在扭轉(zhuǎn)過(guò)程中失穩(wěn)。
[0010]所述管材3在保持所受扭矩情況下在第一夾頭I和第二夾頭2的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，使加熱及變形均勻。
[0011]所述加熱源4為圈式或點(diǎn)式，用感應(yīng)加熱或火焰加熱的方式對(duì)管材進(jìn)行加熱。
[0012]所述加熱源4后部增加一個(gè)隨加熱源一起移動(dòng)的水或氣冷源，這樣能更準(zhǔn)確控制加熱變形區(qū)域。
[0013]所述造成材料最終使用性能惡化的新組分包括低熔點(diǎn)組織及有害相。
[0014]有益效果
[0015]本發(fā)明利用扭轉(zhuǎn)方法，使管材的縱向纖維組織變成斜向纖維組織，使材料的周向性能得以明顯提升，抗變形及擴(kuò)口能力明顯變強(qiáng)。由于加工過(guò)程中形成的纖維組織具有遺傳性，本方法能作為加工過(guò)程中改善組織的一道工序，也能作為成品管材改善組織性能的一種處理方法。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本發(fā)明所提出的方法的流程圖；
[0017]圖2為本發(fā)明所提出的方法的結(jié)構(gòu)圖。
[0018]丨-第一夾頭，2-第二夾頭，3-管材，4-加熱源。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合說(shuō)明書附圖與兩組具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。
[0020]實(shí)例一
[0021]生產(chǎn)壁厚2mm直徑120mm的鋁合金管，要求其縱向強(qiáng)度性能225MPa，能承受擴(kuò)口到直徑150mm的工藝要求。通常做此管材的工藝為:先用擠壓方法制備1mm厚的管坯，后經(jīng)多次拉拔得到壁厚2_的管材，再經(jīng)熱處理調(diào)整組織性能得到成品管材。但由于整個(gè)加工過(guò)程中形成的纖維組織均為縱向，當(dāng)熱處理時(shí)其縱向強(qiáng)度性能達(dá)到225MPa時(shí)，其周向性能，尤其是塑性性能不高，經(jīng)常達(dá)不到擴(kuò)口到直徑150mm的要求，造成廢品率很高，其中因擴(kuò)口達(dá)不到要求造成的廢品率達(dá)到50%以上。
[0022]使用本發(fā)明方法，在管材拉拔加工到壁厚5_6mm時(shí)，增加扭轉(zhuǎn)處理過(guò)程。將管材夾在兩個(gè)夾頭之間，兩個(gè)夾頭對(duì)管材施加扭矩并帶動(dòng)管材旋轉(zhuǎn)，用火焰并結(jié)合旋轉(zhuǎn)在管材上形成環(huán)形加熱區(qū)域。從管材一端開(kāi)始，控制加熱區(qū)域的加熱溫度在300攝氏度，施加扭矩并逐漸增加，直到管材加熱區(qū)域發(fā)生明顯的塑性扭轉(zhuǎn)。保持扭矩大小，使加熱源沿管材軸向逐漸向管材另一端移動(dòng)，使加熱及變形區(qū)通過(guò)整個(gè)管材。完成扭轉(zhuǎn)處理過(guò)程繼續(xù)后續(xù)的加工及熱處理過(guò)程得到成品管材。
[0023]由于經(jīng)過(guò)扭轉(zhuǎn)處理，整個(gè)管材的縱向纖維組織變成斜向組織，管材的周向性能得以改善提高。管材的抗擴(kuò)口變形能力加強(qiáng)，因擴(kuò)口達(dá)不到要求而造成的廢品率低于10%。
[0024]實(shí)例二
[0025]生產(chǎn)壁厚1.5mm直徑200mm鎳基合金管，用乳制方法制管，用熱處理調(diào)整其性能，要保證其屈服強(qiáng)度>350MPa，抗拉強(qiáng)度>780MPa，橫向拉伸塑性指標(biāo)只能達(dá)15 %左右，抗彎曲擴(kuò)品等變形能力不強(qiáng)。
[0026]使用本發(fā)明方法，在熱處理前，增加扭轉(zhuǎn)處理過(guò)程。將管材夾在兩個(gè)夾頭之間，兩個(gè)夾頭對(duì)管材施加3000N.m的環(huán)向扭矩，用感應(yīng)加熱在管材上形成加熱環(huán)。控制加熱區(qū)域逐漸升溫，溫度上升到一定階段，管材加熱區(qū)域發(fā)生明顯的塑性扭轉(zhuǎn)。從管材一端開(kāi)始，使加熱源沿管材軸向逐漸向管材另一端移動(dòng)，使加熱及變形區(qū)通過(guò)整個(gè)管材，完成扭轉(zhuǎn)處理過(guò)程。再適當(dāng)調(diào)整熱處理制度在達(dá)到時(shí)屈服強(qiáng)度>350MPa，抗拉強(qiáng)度>780MPa的同時(shí)，橫向拉伸塑性性能達(dá)到了 25 %，管材抗彎曲、擴(kuò)口等變形能力大大增強(qiáng)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種提高金屬管材抗擴(kuò)口彎曲變形能力的方法，其特征在于，具體過(guò)程為: 步驟1、第一夾頭(I)與第二夾頭(2)分別夾持住管材(3)的兩端，通過(guò)第一夾頭(I)與第二夾頭(2)對(duì)管材(3)施加扭矩，此扭矩要保證管材(3)在當(dāng)前溫度下不發(fā)生塑性變形或失穩(wěn)； 步驟2、用一個(gè)沿管材(3)軸向移動(dòng)的加熱源(4)，產(chǎn)生沿管材(3)的周向環(huán)形加熱區(qū)域，控制加溫區(qū)域的加熱溫度，此加熱溫度保證材料不出現(xiàn)能造成材料最終使用性能惡化的新組分； 步驟3、隨加熱溫度的上升，加熱區(qū)域內(nèi)的金屬材料的強(qiáng)度下降，在扭矩的作用下，加熱區(qū)域內(nèi)的金屬材料發(fā)生沿管材的周向扭轉(zhuǎn)變形，此區(qū)域管材原有的縱向纖維組織變成斜向纖維組織后，形成組織變形區(qū)； 步驟4、將加熱源(4)從管材(3)—端逐漸移向另一端，隨著加熱區(qū)域不斷移動(dòng)，管材(3)的組織變形區(qū)也不斷擴(kuò)展直到整個(gè)管材(3)縱向纖維組織變成斜向纖維組織。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種提高金屬管材抗擴(kuò)口彎曲變形能力的方法，其特征在于，所述管材(3)的中間安裝一支撐芯棒，防止管材在扭轉(zhuǎn)過(guò)程中失穩(wěn)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種提高金屬管材抗擴(kuò)口彎曲變形能力的方法，其特征在于，所述管材(3)在保持所受扭矩情況下在第一夾頭(I)和第二夾頭(2)的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，使加熱及變形均勻。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種提高金屬管材抗擴(kuò)口彎曲變形能力的方法，其特征在于，所述加熱源(4)為圈式或點(diǎn)式，用感應(yīng)加熱或火焰加熱的方式對(duì)管材進(jìn)行加熱。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種提高金屬管材抗擴(kuò)口彎曲變形能力的方法，其特征在于，所述加熱源(4)后部增加一個(gè)隨加熱源一起移動(dòng)的水或氣冷源，這樣能更準(zhǔn)確控制加熱變形區(qū)域。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種提高金屬管材抗擴(kuò)口彎曲變形能力的方法，其特征在于，所述造成材料最終使用性能惡化的新組分包括低熔點(diǎn)組織及有害相。
【專利摘要】本發(fā)明屬于金屬管材加工領(lǐng)域，尤其涉及一種提高金屬管材抗擴(kuò)口彎曲變形能力的方法。其特征在于，用兩個(gè)夾頭分別夾持住管材的兩端，并對(duì)管材施加扭矩；用一個(gè)沿管材軸向移動(dòng)的加熱源，產(chǎn)生沿管材的周向環(huán)形加熱區(qū)域，控制加溫區(qū)域的加熱溫度；隨加熱溫度的上升，加熱區(qū)域內(nèi)的金屬材料的強(qiáng)度下降，在扭矩的作用下，此區(qū)域管材發(fā)生沿周向扭轉(zhuǎn)變形，原有的縱向纖維組織變成斜向纖維組織；將加熱源從管材一端逐漸移向另一端，直到整個(gè)管材變成斜向纖維組織。本發(fā)明方法使材料的周向性能得以明顯提升，抗變形及擴(kuò)口能力明顯變強(qiáng)。由于加工過(guò)程中形成的纖維組織具有遺傳性，本方法既能作為加工過(guò)程中改善組織的一道工序，也能改善成品管材的組織性能。
【IPC分類】C21D9/08, C21D1/52, C21D1/42
【公開(kāi)號(hào)】CN105567940
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510980635
【發(fā)明人】鄭棄非
【申請(qǐng)人】北京有色金屬研究總院
【公開(kāi)日】2016年5月11日
【申請(qǐng)日】2015年12月23日