CN104043675A - 一种铝合金/不锈钢双金属复合管的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种铝合金/不锈钢双金属复合管的制备方法，属于双金属复合管材制备技术领域。其特征是先除油、酸洗和钢丝刷打磨后的两种金属管套在一起，然后在内管中插入芯棒，采用塑性加工对双金属管进行一次或多次的塑性加工加工，再经精整拉拔处理，最后经内、外表面清洗，切头切尾，得到复合管成品。塑性加工时总壁厚减薄率在20％～80％之间，最后一道次的壁厚减薄率在10％，塑性加工锤头进料角为90°，出料速度在1～5m/min之间。该方法不仅能获得结合强度高的双金属复合管，而且设备简单、生产灵活性大、成本低。

Description

一种铝合金/不锈钢双金属复合管的制备方法

技术领域：

本发明涉及一种管的生产加工方法，特别是涉及双黄不锈钢/钛合金双金属复合管。 

技术背景：

随着航空航天、海洋工程、能源电力、石油化工等产业不断发展，单一材料在性能上越来越难以满足实际的使用要求，将具有不同性能的两种或多种材料复合在一起，显著提高综合使用性能的复合材料日益受到重视。利用金属复合技术生产层状复合管，使该复合管材兼有两(多)种金属的优点；还可通过设计厚比，调整该复合管壳的热导率，强度，电导率，热膨胀系数等性能指标以满足应用要求；并可确保复合管具有高的气密性。由于具有单一金属管所不具备的综合性能，复合管广泛应用于石油、化工、核工业、医疗器械、食品加工、制冷工业等领域的输送用管、加热炉用管及器械用管。其中，典型一类双金属管材是一种金属满足强度要求或具备优良导热性能，另一种金属具有良好的抗腐蚀或耐磨损性能，这样使双金属管材不仅具有所要求的高强度、高热导率，而且还具有良好的防腐蚀、耐磨损等性能。 

双金属的外基管负责承压和管道刚性支撑的作用，内衬管承担耐腐蚀的作用。外基管可以根据输送介质的流量和压力要求，选用不同通径和壁厚的碳钢管材。直径可从壁厚可从2.5-50mm。内衬管可以根据输送介质化学成分，选用不同的耐腐蚀合金。内衬管壁厚可以根据使用寿命和焊接工艺的要求从0.3-4mm。 

双金属复合管的生产工艺主要有拉拔、滚压、旋压、液压胀形、抽真空法等冷加工复合法和热挤压、热扩散焊接、离心铸造等热加工复合法，但热加工 复合法均存在工艺复杂、设备投资大、能耗高等问题，且在高温下保持时间较长，界面处容易产生脆性金属间化合物，影响双金属管的使用性能。 

发明内容：

为了解决上述工艺存在的问题，本发明提出了利用复合技术获得由冶金结合为一体的复合坯，再经塑性加工(如塑性加工，拉拔等)-退火(消除复合材的加工硬化和残余应力)-电火花加工的工艺方法。采用塑性加工转锻造(简称“塑性加工”)工艺对双金属管，特别是钛合金/不锈钢、不锈钢/铝复合管进行复合成形的方法，该方法不仅能获得结合强度高的双金属复合管，而且设备简单、生产灵活性大、成本低。本发明所述不锈钢/钛合金、不锈钢/铝双金属复合管包括以不锈钢作为复合管的内层和外层的情况，而所述不锈钢包括碳钢管和变形不锈钢合金，钛合金包括纯钛合金和变形钛合金合金，铝包括铜基合金和变形铝合金。 

为了达到上述目的，本发明的技术方案是：先将表面处理后的两种金属管套在一起，然后在内管中插入芯棒，采用塑性加工对双金属管进行一次或多次的塑性加工加工。塑性加工加工具有工艺简单、节省材料、成本低廉等优点，适合多种材料加工，是一种经济、快速成形轴类及管类零件的方法。塑性加工变形过程中小面积(小变形区)多次锻打产生的三向压应力变形，有利于实现大道次变形量(远大于拉拔和液压胀形的道次变形量)，有利于生产出结合强度高的复合管。 

本发明的具体步骤如下： 

步骤1：前处理。对包覆金属管的内表面进行除油清洗、酸洗和钢丝刷打磨；对金属芯棒进行校直。除油后若表面较洁净且氧化物较少，则可以省掉酸洗去除氧化膜的步骤，直接进行钢丝刷打磨，打磨以暴露出新鲜的金属基体为标准； 

步骤2：套管组合。将内管装入外管中，二者间隙(称为套管间隙，是指外管内径和内管外径差值的二分之一)在0.1mm～1.0mm之间(在能够顺利装配的前提下尽量减小两管的间隙)；在芯棒外均匀涂上润滑油后插入内管中，芯棒与内管的间隙在0.1mm～1.0mm之间。外管和内管的壁厚比可根据实际使用需求而定芯棒的夹持端的直径大于其工作区的直径，也大于外层管坯的内径，从而有利于塑性加工时的送料，且管材不会因变形延伸而压入芯棒的夹持端，从而避免了芯棒无法脱出情况的发生； 

步骤3：塑性加工复合。为防止步骤1打磨出的新鲜金属被氧化，应在打磨后尽快进行室温塑性加工加工，塑性加工时总壁厚减薄率在20％～80％之间，变形道次根据需要可为1～6道次，最后一道次的壁厚减薄率在10％左右，有利于提高表面质量，塑性加工锤头进料角为90°，出料速度可在1～5m/min之间； 

步骤4：精整处理。塑性加工后的管材表面会产生许多凹凸不平的锤印，可施加1道次壁厚减薄率在5％～25％之间的拉拔，提高管材的尺寸精度和表面质量。最后经内、外表面清洗，切头切尾，得到复合管成品。； 

步骤5:电火花加工成多种异型横截面的金属复合管。 

本发明的优点在于： 

1、本发明的成形方法利用塑性加工小变形区多次锻打、在三向压应力状态下变形的特点，可实现大道次变形量，能加工多种难变形的金属，且周向均匀压缩，不会因变形不均匀导致材料形成裂口和裂纹，所生产出的复合管结合强度高于拉拔和胀管等其他方法。 

2、本发明的成形所需变形力小，工具、模具寿命高，设备所需的驱动力小，采用小功率的电机就可实现成形，运转成本低。 

3、本发明生产灵活、工艺简单，不需要预先的胀管复合，只需套管就可直 接进行塑性加工成形，且根据实际需求更改芯棒、锻锤的尺寸就能生产出不同规格、不同组合的双金属复合管。 

4、本发明所采用的芯棒夹持端的直径大于其工作区的直径，也大于外层管坯的内径，从而可以用夹持端来完成送料，且管材不会因变形延伸而压入芯棒的夹持端，避免了芯棒无法脱出情况的发生。 

具体实施方式：

下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步说明。 

生产铝合金/不锈钢双金属复合管。 

(1)前处理：3003铝合金管规格为Φ17×2mm，不锈钢管规格为Φ12.7×0.55mm，套管间隙为0.15mm，芯棒直径为Φ11.4mm(材质为模具钢)，用5％NaOH溶液对不锈钢管和钛合金管进行除油，然后不锈钢管和铝管用10％HCl溶液进行酸洗，之后用钢丝刷将不锈钢管的外表面和铝合金管的内表面打磨出新鲜的金属基体。 

(2)套管组合：将打磨好的不锈钢管套入铝合金管中，芯棒外均匀涂上润滑油后插入不锈钢管内。 

(3)塑性加工复合：组装好的两管经过室温塑性加工3道次，外径变化情况为：17→16→15→14.3mm，道次壁厚减薄率分别为11.8％、22.2％、20％，总壁厚减薄率为45.1％，总断面减缩率为50.7％，得到尺寸为Φ14.3×1.4mm的复合管。 

(4)精整和后处理：经一道次拉拔，切去头部和尾部，获得尺寸为Φ13.8×1.3mm的双金属复合管。该管界面平整且紧密贴合。； 

(5)步骤5:电火花加工成多种异型横截面的金属复合管。 

Claims (1)

1.一种铝合金/不锈钢双金属复合管的制备方法，其特征在于先将表面处理后的两种金属管套在一起，然后在内管中插入芯棒，采用塑性加工对双金属管进行一次或多次的塑性加工加工，具体步骤如下：

(1)前处理：3003铝合金管规格为Φ17×2mm，不锈钢管规格为Φ12.7×0.55mm，套管间隙为0.15mm，芯棒直径为Φ11.4mm(材质为模具钢)，用5％NaOH溶液对不锈钢管和钛合金管进行除油，然后不锈钢管和铝管用10％HCl溶液进行酸洗，之后用钢丝刷将不锈钢管的外表面和铝合金管的内表面打磨出新鲜的金属基体。

(2)套管组合：将打磨好的不锈钢管套入铝合金管中，芯棒外均匀涂上润滑油后插入不锈钢管内。

(3)塑性加工复合：组装好的两管经过室温塑性加工3道次，外径变化情况为：17→16→15→14.3mm，道次壁厚减薄率分别为11.8％、22.2％、20％，总壁厚减薄率为45.1％，总断面减缩率为50.7％，得到尺寸为Φ14.3×1.4mm的复合管。

(4)精整和后处理：经一道次拉拔，切去头部和尾部，获得尺寸为Φ13.8×1.3mm的双金属复合管。该管界面平整且紧密贴合。；

(5)步骤5:电火花加工成多种异型横截面的金属复合管。