CN109226326B - 一种波纹管用铌合金薄壁管的制备方法 - Google Patents

一种波纹管用铌合金薄壁管的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种波纹管用铌合金薄壁管的制备方法，包括以下步骤：一、将完全再结晶的铌合金管材定尺切割后打磨清理；二、将滚珠装入滚珠旋压设备中，在滚珠旋压设备芯棒表面涂抹润滑剂并调试滚珠旋压设备；三、将经清理后的铌合金管材装在经调试后的滚珠旋压设备芯棒上旋压成形得铌合金薄壁管材半成品；四、经铌合金薄壁管材半成品经碱洗除油和水洗风干后进行完全再结晶退火，得铌合金薄壁管。本发明通过严格控制原料铌合金管材的加工状态、尺寸及粗糙度，以及选择合适的滚珠旋压加工参数，得到尺寸精度高、表面质量好、塑性较好的铌合金薄壁管，满足了波纹管用管材的使用要求。

Description

一种波纹管用铌合金薄壁管的制备方法
技术领域
本发明属于难熔材料管材的制备技术领域，具体涉及一种波纹管用铌合金薄壁管的制备方法。
背景技术
金属波纹管具有良好的轴向、径向和周向变形能力，可承担高周往复载荷，疲劳寿命高等优点，而广泛应用在航空航天、电力仪表、核能、石油化工、汽车船舶等行业。铌合金在高温下能保持较高的强度，具有优异的焊接性能和耐腐蚀性能，同时具有良好的室温加工性能和室温力学性能，是制备苛刻环境下金属波纹管类弹性元件的优选材料之一。但铌合金室温强度高，塑性相对常规用波纹管材料钢来说较差，且管材回弹较大、单次变形量小，那么生产薄壁铌合金管材的难度就相对较大。
生产铌合金波纹管类弹性元件的前提是要制备出塑性较好、表面质量好、尺寸精度高的薄壁铌合金管材。目前，铌合金薄壁管通过管材轧制可以加工的极限壁厚为0.2mm，但对于更薄壁的铌合金管材通常选用空拉方式得到，但空拉方式得到的管材壁厚精度仅为±0.02mm，无法满足波纹管用更高精度的管材的需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种波纹管用铌合金薄壁管的制备方法。该方法以完全再结晶的铌合金管材为原料，采用滚珠旋压的方法一次成形，再进行完全再结晶退火得到铌合金薄壁管，通过严格控制原料铌合金管材的加工状态、尺寸及粗糙度，以及选择合适的滚珠旋压加工参数，得到了塑性较好、尺寸精度高、表面质量好的铌合金薄壁管，该铌合金薄壁管的外径为(3mm～35mm)±0.05mm，壁厚为(0.1mm～0.2mm)±0.01mm，长度不超过300mm，表面粗糙度Ra≤0.2μm，满足了波纹管用管材的使用要求。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种波纹管用铌合金薄壁管的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、将完全再结晶的铌合金管材定尺切割至长度为40mm～110mm，然后将切割后的铌合金管材的管口打磨光滑，并将其内外表面清理干净；所述完全再结晶的铌合金管材的外径为3.8mm～35.8mm，壁厚为0.3mm～1.0mm，表面粗糙度Ra≤1.6μm；
步骤二、将滚珠装入滚珠旋压设备的模具中并在滚珠旋压设备的芯棒表面涂抹润滑剂，然后对滚珠旋压设备进行调试；
步骤三、将步骤一中经清理后的铌合金管材装在步骤二经调试后的滚珠旋压设备的芯棒上并使经清理后的铌合金管材与芯棒贴合紧密，然后进行旋压成形，得到铌合金薄壁管材半成品；
步骤四、经步骤三中得到的铌合金薄壁管材半成品依次进行碱洗除油、水洗和风干，然后置于真空炉中进行完全再结晶退火，得到铌合金薄壁管；所述完全再结晶退火的真空度不超过10-2Pa；所述铌合金薄壁管的外径为(3mm～35mm)±0.05mm，壁厚为(0.1mm～0.2mm)±0.01mm，长度不超过300mm，表面粗糙度Ra≤0.2μm。
本发明以完全再结晶的铌合金管材为原料，采用滚珠旋压的方法一次成形，再进行完全再结晶退火得到铌合金薄壁管，通过严格控制原料铌合金管材的加工状态、尺寸及粗糙度，以及选择合适的滚珠旋压加工参数，得到了塑性较好、尺寸精度高、表面质量好的铌合金薄壁管，该铌合金薄壁管壁厚可达0.1mm～0.2mm，壁厚精度可达±0.01mm。
上述的一种波纹管用铌合金薄壁管的制备方法，其特征在于，步骤一中所述完全再结晶的铌合金管材是指轧制后经过退火处理至完全再结晶状态的无缝铌合金管材，所述无缝铌合金管材的成分为Nb-5W-2Mo-1Zr。完全再结晶状态的无缝铌合金管材的组织和力学性能稳定，具有较好的塑性，容易进行加工，且在加工过程中受力均匀，各部分变形偏差较小，有利于提高铌合金薄壁管的加工精度；成分为Nb-5W-2Mo-1Zr的铌合金为中强度铌合金，使用温度较广，因此以成分为Nb-5W-2Mo-1Zr的铌合金管材制备铌合金薄壁管，能满足多数波纹管用工况。
上述的一种波纹管用铌合金薄壁管的制备方法，其特征在于，步骤一中所述完全再结晶的铌合金管材的外径公差为±0.05mm，壁厚公差不大于壁厚的±8％。通过严格控制完全再结晶的铌合金管材的规格来保证成品铌合金薄壁管的精度。
上述的一种波纹管用铌合金薄壁管的制备方法，其特征在于，步骤二中所述润滑剂为20#机油。20#机油具有合适的粘度和流动性，有利于铌合金薄壁管的成形。
上述的一种波纹管用铌合金薄壁管的制备方法，其特征在于，步骤三中所述旋压成形为一道次成形，所述一道次成形的壁厚减薄率为65％～80％。采用一道次成形在有效破碎铌合金管材中晶粒得到铌合金薄壁管材半成品的同时，缩短了旋压成形的周期。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明根据成品铌合金薄壁管的尺寸规格，严格控制原料铌合金管材的加工状态、尺寸及粗糙度，提高铌合金管材的加工塑性，采用滚珠旋压的方法并选择合适的加工参数，一次成形，结合后续的除油处理和完全再结晶退火工艺，得到塑性较好、尺寸精度高、表面质量好的铌合金薄壁管，该铌合金薄壁管的外径为(3mm～35mm)±0.05mm，壁厚为(0.1mm～0.2mm)±0.01mm，长度不超过300mm，表面粗糙度Ra≤0.2μm，能满足波纹管用管材的使用要求。
2、本发明制备得到的铌合金薄壁管的壁厚较小，且壁厚精度为±0.01mm，解决了常规制备铌合金薄壁管的空拉方式导致的壁厚精度较低的问题，有效提高了铌合金薄壁管的质量，扩大了铌合金薄壁管的使用范围。
3、本发明采用轧制后经过退火处理至完全再结晶状态的成分为Nb-5W-2Mo-1Zr的无缝铌合金管材作为铌合金薄壁管的制备原料，利用完全再结晶铌合金性能稳定、塑性较好的特点，保证了铌合金薄壁管的加工精度，制备得到的铌合金薄壁管能适用于多数波纹管使用工况。
4、本发明工艺简单，生产流程短，效果较好，适宜推广应用。
下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
附图说明
图1是本发明实施例2制备的铌合金薄壁管的组织结构照片。
具体实施方式
实施例1
本实施例的制备方法包括以下步骤：
步骤一、将完全再结晶铌合金管材定尺切割至长度为40mm，然后将切割后的铌合金管材的管口打磨光滑，并将其内外表面清理干净；所述完全再结晶的铌合金管材的外径为35.8mm±0.05mm，壁厚为1.0mm±0.08mm，表面粗糙度Ra≤1.6μm；所述完全再结晶的铌合金管材是指轧制后经过退火处理至完全再结晶状态的无缝铌合金管材，所述无缝铌合金管材的成分为Nb-5W-2Mo-1Zr；
步骤二、将直径为5mm的滚珠装入滚珠旋压设备的模具中并在滚珠旋压设备的芯棒表面涂抹20#机油，然后对滚珠旋压设备进行调试；所述调试过程中滚珠旋压设备的纵向进给速度为10mm/min，主轴转速为800转/min；
步骤三、将步骤一中经清理后的铌合金管材装在步骤二经调试后的滚珠旋压设备的芯棒上并使经清理后的铌合金管材与芯棒贴合紧密，然后进行一道次成形的旋压成形，得到铌合金薄壁管材半成品；所述一道次成形的壁厚减薄率为80％；
步骤四、经步骤三中得到的铌合金薄壁管材半成品依次进行碱洗除油、水洗、风干，然后置于真空炉中在1250℃±10℃的温度条件下进行完全再结晶退火，得到铌合金薄壁管；所述完全再结晶退火的真空度不超过10-2Pa；所述铌合金薄壁管的外径为35mm±0.05mm，壁厚为0.2mm±0.01mm，长度为100mm，表面粗糙度Ra≤0.2μm。
实施例2
本实施例的制备方法包括以下步骤：
步骤一、将完全再结晶铌合金管材定尺切割至长度为75mm，然后将切割后的铌合金管材的管口打磨光滑，并将其内外表面清理干净；所述完全再结晶的铌合金管材的外径为12.8mm±0.05mm，壁厚为0.44mm±0.02mm，表面粗糙度Ra≤1.6μm；所述完全再结晶的铌合金管材是指轧制后经过退火处理至完全再结晶状态的无缝铌合金管材，所述无缝铌合金管材的成分为Nb-5W-2Mo-1Zr；
步骤二、将直径为3.5mm的滚珠装入滚珠旋压设备的模具中并在滚珠旋压设备的芯棒表面涂抹20#机油，然后对滚珠旋压设备进行调试；所述调试过程中滚珠旋压设备的纵向进给速度为17mm/min，主轴转速为950转/min；
步骤三、将步骤一中经清理后的铌合金管材装在步骤二经调试后的滚珠旋压设备的芯棒上并使经清理后的铌合金管材与芯棒贴合紧密，然后进行一道次成形的旋压成形，得到铌合金薄壁管材半成品；所述一道次成形的壁厚减薄率为68.2％；
步骤四、经步骤三中得到的铌合金薄壁管材半成品依次进行碱洗除油、水洗、风干，然后置于真空炉中在1300℃±10℃的温度条件下进行完全再结晶退火，得到铌合金薄壁管；所述完全再结晶退火的真空度不超过10-2Pa；所述铌合金薄壁管的外径为12.05mm±0.05mm，壁厚为0.14mm±0.01mm，长度为200mm，表面粗糙度Ra≤0.2μm。
图1是本实施例制备得到的铌合金薄壁管的组织结构照片，从图1可看出本实施例制备得到的铌合金薄壁管的组织为细小的等轴晶，具有该组织结构的铌合金薄壁管具有较好的塑性，有利于铌合金薄壁管的波纹管成型。
实施例3
本实施例的制备方法包括以下步骤：
步骤一、将完全再结晶铌合金管材定尺切割至长度为70mm，然后将切割后的铌合金管材的管口打磨光滑，并将其内外表面清理干净；所述完全再结晶的铌合金管材的外径为21mm±0.05mm，壁厚为0.56mm±0.03mm，表面粗糙度Ra≤1.6μm；所述完全再结晶的铌合金管材是指轧制后经过退火处理至完全再结晶状态的无缝铌合金管材，所述无缝铌合金管材的成分为Nb-5W-2Mo-1Zr；
步骤二、将直径为3mm的滚珠装入滚珠旋压设备的模具中并在滚珠旋压设备的芯棒表面涂抹20#机油，然后对滚珠旋压设备进行调试；所述调试过程中滚珠旋压设备的纵向进给速度为22mm/min，主轴转速为1000转/min；
步骤三、将步骤一中经清理后的铌合金管材装在步骤二经调试后的滚珠旋压设备的芯棒上并使经清理后的铌合金管材与芯棒贴合紧密，然后进行一道次成形的旋压成形，得到铌合金薄壁管材半成品；所述一道次成形的壁厚减薄率为65％；
步骤四、经步骤三中得到的铌合金薄壁管材半成品依次进行碱洗除油、水洗、风干，然后置于真空炉中在1300℃±10℃的温度条件下进行完全再结晶退火，得到铌合金薄壁管；所述完全再结晶退火的真空度不超过10-2Pa；所述铌合金薄壁管的外径为20.18mm±0.05mm，壁厚为0.16mm±0.01mm，长度为200mm，表面粗糙度Ra≤0.2μm。
实施例4
本实施例的制备方法包括以下步骤：
步骤一、将完全再结晶铌合金管材定尺切割至长度为110mm，然后将切割后的铌合金管材的管口打磨光滑，并将其内外表面清理干净；所述完全再结晶的铌合金管材的外径为10.6mm±0.05mm，壁厚为0.5mm±0.03mm，表面粗糙度Ra≤1.6μm；所述完全再结晶的铌合金管材是指轧制后经过退火处理至完全再结晶状态的无缝铌合金管材，所述无缝铌合金管材的成分为Nb-5W-2Mo-1Zr；
步骤二、将直径为4mm的滚珠装入滚珠旋压设备的模具中并在滚珠旋压设备的芯棒表面涂抹20#机油，然后对滚珠旋压设备进行调试；所述调试过程中滚珠旋压设备的纵向进给速度为13mm/min，主轴转速为850转/min；
步骤三、将步骤一中经清理后的铌合金管材装在步骤二经调试后的滚珠旋压设备的芯棒上并使经清理后的铌合金管材与芯棒贴合紧密，然后进行一道次成形的旋压成形，得到铌合金薄壁管材半成品；所述一道次成形的壁厚减薄率为74％；
步骤四、经步骤三中得到的铌合金薄壁管材半成品依次进行碱洗除油、水洗、风干，然后置于真空炉中在1250℃±10℃的温度条件下进行完全再结晶退火，得到铌合金薄壁管；所述完全再结晶退火的真空度不超过10-2Pa；所述铌合金薄壁管的外径为9.82mm±0.05mm，壁厚为0.13mm±0.01mm，长度为300mm，表面粗糙度Ra≤0.2μm。
对本实施例制备得到的铌合金薄壁管的室温拉伸性能进行检测，结果如下表1所示。
表1实施例4制备得到的铌合金薄壁管的室温拉伸性能
Figure BDA0001819969570000081
从表1可以看出，本实施例制备得到的铌合金薄壁管在室温中的抗拉强度Rm为443MPa，屈服强度Rp0.2为326，断后伸长率A为29.0％，说明铌合金薄壁管具有较好的塑性，满足了波纹管用管材的成形要求。
实施例5
本实施例的制备方法包括以下步骤：
步骤一、将完全再结晶铌合金管材定尺切割至长度为70mm，然后将切割后的铌合金管材的管口打磨光滑，并将其内外表面清理干净；所述完全再结晶的铌合金管材的外径为3.8mm±0.05mm，壁厚为0.3mm±0.02mm，表面粗糙度Ra≤1.6μm；所述完全再结晶的铌合金管材是指轧制后经过退火处理至完全再结晶状态的无缝铌合金管材，所述无缝铌合金管材的成分为Nb-5W-2Mo-1Zr；
步骤二、将直径为3mm的滚珠装入滚珠旋压设备的模具中并在滚珠旋压设备的芯棒表面涂抹20#机油，然后对滚珠旋压设备进行调试；所述调试过程中滚珠旋压设备的纵向进给速度为20mm/min，主轴转速为1000转/min；
步骤三、将步骤一中经清理后的铌合金管材装在步骤二经调试后的滚珠旋压设备的芯棒上并使经清理后的铌合金管材与芯棒贴合紧密，然后进行一道次成形的旋压成形，得到铌合金薄壁管材半成品；所述一道次成形的壁厚减薄率为66.7％；
步骤四、经步骤三中得到的铌合金薄壁管材半成品依次进行碱洗除油、水洗、风干，然后置于真空炉中在1300℃±10℃的温度条件下进行完全再结晶退火，得到铌合金薄壁管；所述完全再结晶退火的真空度不超过10-2Pa；所述铌合金薄壁管的外径为3mm±0.05mm，壁厚为0.1mm±0.01mm，长度为100mm，表面粗糙度Ra≤0.2μm。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (4)

1.一种波纹管用铌合金薄壁管的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、将完全再结晶的铌合金管材定尺切割至长度为40mm～110mm，然后将切割后的铌合金管材的管口打磨光滑，并将其内外表面清理干净；所述完全再结晶的铌合金管材的外径为3.8mm～35.8mm，壁厚为0.3mm～1.0mm，表面粗糙度Ra≤1.6μm；
步骤二、将滚珠装入滚珠旋压设备的模具中并在滚珠旋压设备的芯棒表面涂抹润滑剂，然后对滚珠旋压设备进行调试；
步骤三、将步骤一中经清理后的铌合金管材装在步骤二经调试后的滚珠旋压设备的芯棒上并使经清理后的铌合金管材与芯棒贴合紧密，然后进行旋压成形，得到铌合金薄壁管材半成品；所述旋压成形为一道次成形，所述一道次成形的壁厚减薄率为65％～80％；
步骤四、经步骤三中得到的铌合金薄壁管材半成品依次进行碱洗除油、水洗和风干，然后置于真空炉中进行完全再结晶退火，得到铌合金薄壁管；所述完全再结晶退火的真空度不超过10-2Pa；所述铌合金薄壁管的外径为(3mm～35mm)±0.05mm，壁厚为(0.1mm～0.2mm)±0.01mm，长度不超过300mm，表面粗糙度Ra≤0.2μm。
2.根据权利要求1所述的一种波纹管用铌合金薄壁管的制备方法，其特征在于，步骤一中所述完全再结晶的铌合金管材是指轧制后经过退火处理至完全再结晶状态的无缝铌合金管材，所述无缝铌合金管材的成分为Nb-5W-2Mo-1Zr。
3.根据权利要求1所述的一种波纹管用铌合金薄壁管的制备方法，其特征在于，步骤一中所述完全再结晶的铌合金管材的外径公差为±0.05mm，壁厚公差不大于壁厚的±8％。
4.根据权利要求1所述的一种波纹管用铌合金薄壁管的制备方法，其特征在于，步骤二中所述润滑剂为20#机油。
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