CN110202018A - 一种异质金属多层复合管制备装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种异质金属多层复合管制备装置及方法，属于金属复合管加工领域。针对目前对于异质金属多层复合难成形的问题，本发明所提出的异质金属多层复合管制备装置可制备结合界面良好的异质金属多层复合管。传统的复合管成形需提前对复合管坯进行组装，而后再复合。本发明所提出的异质金属多层复合管制备装置，不需对复合管坯进行预组坯，从而简化工艺，提高了生产效率。此外金属熔体在挤压筒压力的作用下充填内不锈钢管和外不锈钢管之间的夹层区域，并进行保温保压。这不仅有利于结合面的扩散连接，提高结合面质量，而且与直接浇注金属熔体相比，省略了熔炼工序，并且可以避免浇注过程金属熔体的氧化问题。
Description
技术领域
本发明属于金属复合管加工领域，具体涉及一种异质金属多层复合管制备装置。
背景技术
随着工业技术的发展，对金属管的综合性能的要求越来越高，层状金属复合管是能够兼具较好的刚度和强度以及耐蚀性等综合性能的结构和功能材料，各层金属之间结合在一起，可最大限度的克服了单一金属的性能缺陷，充分的发挥了各组元金属的自身的优势和特点，实现优势互补，安全性与经济性比较均衡，可以显著的降低应用的成本，综合性能优异和经济效益显著。
与层状复合板相比，制备层状金属复合管的难度相对较大，目前对其复合工艺的研究起步相对较晚，主要以固固相复合为主，在复合前需要对预复合管件进行装配组坯，然后通过挤压、旋压、滚压等成形方法使复合管组件发生塑性变形。对于冷成形复合界面通常为机械啮合，热变形过程中复合界面在高温、压力、变形作用下可以形成冶金结合。层状金属复合管复合过程普遍存在的问题是结合界面存在氧化问题，结合层结合力弱，因此不能达到冶金融合的效果。爆炸成形层状复合管存在噪声及污染问题，操作人员的工作条件较差。并且复合管复合过程首先需要将各层金属管材预制成复合管坯，装配工艺较复杂，成形效率较低，这在一定程度上制约了层状金属复合管的应用。近来采用固液复合法成形复合管的方法得到一定的发展，但也存在金属熔体浇注过程易氧化，成形后结合面质量较差，容易出现缩孔或缩松等缺陷。目前，层状复合管制备主要针对双层金属复合管，对于多层金属复合管研究较少，并且对于熔点、力学性能等差异较大的异质金属多层复合管的制备，由于存在变形不协调问题，其复合过程就更加困难。针对上述问题，本发明提出一种异质金属多层复合管制备装置。
发明内容
本发明的目的是针对异质多层金属复合管制备难题，提出一种异质金属多层复合管制备装置。该装置由活动横梁1、上模板2、挤压筒3、挤压模7、顶杆8、工作台9、下模板10、保温隔热层11、加热线圈12、加热体13、上盖板14组成。其中上盖板14、挤压模7、下模板10、保温隔热层11、加热线圈12、加热体13共同组成挤压筒组件。
上模板2的上方与活动横梁1固定连接，上模板2的下方装有挤压筒3，活动横梁1带动上模板2和挤压筒3上下移动。挤压模7上表面与上盖板14下表面固定连接，挤压模7下表面与下模板10的上表面固定连接。下模板10固定安装在工作台9上。挤压模7外侧设有加热体13，加热体13内部装有加热线圈12，加热体13的外侧、挤压模7和上盖板14之间、挤压模7和下模板10之间设有保温隔热层11。
与挤压筒3对应位置，上盖板14、挤压模7和下模板10中部开有圆形通孔，挤压筒3向下移动时从上盖板14中部的圆形通孔穿过进入挤压模7的型腔中，挤压筒3的外表面与上盖板14、挤压模7的圆形通孔内表面滑动配合。顶杆8为阶梯轴，上段直径较小，下段直径较大。顶杆8由底部液压缸带动上下移动，顶杆8从下模板10的通孔穿入，进入挤压模7内部型腔。顶杆8的下段较大径外表面与挤压模7型腔内表面滑动配合。
特别的，内不锈钢管5的内圆直径与顶杆8上段较小径部分尺寸相等，外不锈钢管6的外圆直径与挤压模7型腔尺寸相等。
特别的，筒形金属锭4可以使用铝合金、镁合金等与不锈钢熔点及力学性能差异较大的金属材料。
使用本发明所提出的一种异质金属多层复合管制备装置的制备过程如下所示：
(1)首先需对筒形金属锭4、以及内不锈钢管5和外不锈钢管6的待结合面进行清理，去除表面氧化物和有机类杂质，使清洁的金属露出表面，有利于异质金属之间的结合。
(2)活动横梁1带动上模板2和挤压筒3向上移动。将内不锈钢管5和外不锈钢管6置于挤压模7内，其中，内不锈钢管5套在顶杆8的上段较小径部分，内不锈钢管5内表面与顶杆8外表面贴合，外不锈钢管6外表面与挤压模7型腔内孔表面贴合。
(3)将筒形金属锭4置于挤压模7中，活动横梁1带动上模板2和挤压筒3向下移动，挤压筒3进入挤压模7的型腔中，挤压筒3的外表面与挤压模7型腔内表面紧密滑动配合。
(4)通电加热线圈12，使型腔温度升高到筒形金属锭4熔点以上40-60℃，筒形金属锭4受热熔化。金属熔体流入内不锈钢管5和外不锈钢管6之间的夹层区域，活动横梁1带动上模板2和挤压筒3继续向下移动，挤压筒3下表面挤压金属熔体，当压强达到40～60MPa时保温保压10-15min，使金属熔体与内不锈钢管5和外不锈钢管6接触面实现扩散连接。
(5)加热线圈12断电，停止加热，挤压筒3继续施加压力，直至温度降低到室温，此时金属熔体凝固。
(6)活动横梁1带动上模板2和挤压筒3向上移动。顶杆8在液压缸的推动下，向上运动，将成形后的异质金属多层复合管从挤压模7的型腔顶出。
(7)取出成形后的异质金属多层复合管，经切边退火后制得界面结合良好的异质金属层状复合管。
本发明的有益效果：
(1)目前金属复合管研究主要集中在双层金属复合管成形，多层复合管件成形难度较大，特别是对于异质金属多层复合就更难成形，本发明所提出的异质金属多层复合管制备装置可制备结合界面良好的异质金属多层复合管。
(2)传统的复合管成形需提前对复合管坯进行组装，而后再复合。本发明所提出的异质金属多层复合管制备装置，不需对复合管坯进行预组坯，从而简化工艺，提高了生产效率。
(3)筒形金属锭4在高于熔点的温度下熔化，而后金属熔体在挤压筒3压力的作用下充填内不锈钢管5和外不锈钢管6之间的夹层区域，并进行保温保压。这不仅有利于结合面的扩散连接，提高结合面质量，而且与直接浇注金属熔体相比，省略了熔炼工序，并且可以避免浇注过程金属熔体的氧化问题。
附图说明
图1为异质金属多层复合管制备装置正视图
附图说明：活动横梁1、上模板2、挤压筒3、筒形金属锭4、内不锈钢管5、外不锈钢管6、挤压模7、顶杆8、工作台9、下模板10、保温隔热层11、加热线圈12、加热体13、上盖板14
具体实施方式
具体实施方式结合附图加以说明，筒形金属锭4选择镁合金锭4作为原材料，牌号为AZ61，不锈钢管牌号为12Cr17Ni7，其中内不锈钢管5内径为15mm、壁厚为1mm，外不锈钢管6内径20mm，壁厚为1mm。
异质金属多层复合管制备装置由活动横梁1、上模板2、挤压筒3、镁合金锭4、内不锈钢管5、外不锈钢管6、挤压模7、顶杆8、工作台9、下模板10、保温隔热层11、加热线圈12、加热体13、上盖板14组成。其中上盖板14、挤压模7、下模板10、保温隔热层11、加热线圈12、加热体13共同组成挤压筒组件。
上模板2与活动横梁1固定连接，上模板2的下方装有挤压筒3，活动横梁1带动上模板2和挤压筒3上下移动。挤压模7上表面与上盖板14下表面固定连接，挤压模7下表面与下模板10的上表面固定连接。下模板10固定安装在工作台9上。挤压模7外侧设有加热体13，加热体13内部装有加热线圈12，加热体13的外侧、挤压模7和上盖板14之间、挤压模7和下模板10之间设有保温隔热层11。
与挤压筒3对应位置，上盖板14、挤压模7和下模板10中部开有圆形通孔，挤压筒3向下移动时从上盖板14中部的圆形通孔穿过进入挤压模7的型腔中，挤压筒3的外表面与上盖板14、挤压模7的圆形通孔内表面滑动配合。顶杆8为阶梯轴，上段直径较小，下段直径较大。顶杆8由底部液压缸带动上下移动，顶杆8从下模板10的通孔穿入，进入挤压模7内部型腔。顶杆8的下段较大径外表面与挤压模7型腔内表面滑动配合。
特别的，内不锈钢管5的内圆直径与顶杆8上段较小径部分尺寸相等，外不锈钢管6的外圆直径与挤压模7型腔尺寸相等。
使用本发明所提出的一种异质金属多层复合管制备装置的制备过程如下所示：
(1)首先需对镁合金锭4、以及内不锈钢管5和外不锈钢管6的待结合面进行清理，去除表面氧化物和有机类杂质，使清洁的金属露出表面，有利于异质金属之间的结合。
(2)活动横梁1带动上模板2和挤压筒3向上移动。将内不锈钢管5和外不锈钢管6置于挤压模7内，其中，内不锈钢管5套在顶杆8的上段较小径部分，内不锈钢管5内表面与顶杆8外表面贴合，外不锈钢管6外表面与挤压模7型腔内孔表面贴合。
(3)将镁合金锭4置于挤压模7中，活动横梁1带动上模板2和挤压筒3向下移动，挤压筒3进入挤压模7的型腔中，挤压筒3的外表面与挤压模7型腔内表面紧密滑动配合。
(4)通电加热线圈12，使型腔温度升高700℃，镁合金锭4受热熔化。金属熔体流入内不锈钢管5和外不锈钢管6之间的夹层区域，活动横梁1带动上模板2和挤压筒3继续向下移动，挤压筒3下表面挤压金属熔体，当压强达到50MPa时保温保压12min，使金属熔体与内不锈钢管5和外不锈钢管6接触面实现扩散连接。
(5)加热线圈12断电，停止加热，挤压筒3继续施加压力，直至温度降低到室温，此时金属熔体凝固。
(6)活动横梁1带动上模板2和挤压筒3向上移动。顶杆8在顶出缸的推动下，向上运动，将成形后的异质金属多层复合管从挤压模7的型腔顶出。
(7)取出成形后的异质金属多层复合管，经切边退火后制得界面结合良好的异质金属层状复合管，其抗拉强度约为435MPa。
Claims (4)
1.一种异质金属多层复合管制备装置，其特征在于，该装置由活动横梁(1)、上模板(2)、挤压筒(3)、内不锈钢管(5)、外不锈钢管(6)、挤压模(7)、顶杆(8)、工作台(9)、下模板(10)、保温隔热层(11)、加热线圈(12)、加热体(13)、上盖板(14)组成；其中上盖板(14)、挤压模(7)、下模板(10)、保温隔热层(11)、加热线圈(12)、加热体(13)共同组成挤压筒组件；
上模板(2)的上方与活动横梁(1)固定连接，上模板(2)的下方装有挤压筒(3)，活动横梁(1)带动上模板(2)和挤压筒(3)上下移动；挤压模(7)上表面与上盖板(14)下表面固定连接，挤压模(7)下表面与下模板(10)的上表面固定连接；下模板(10)固定安装在工作台(9)上；挤压模(7)外侧设有加热体(13)，加热体(13)内部装有加热线圈(12)，加热体(13)的外侧、挤压模(7)和上盖板(14)之间、挤压模(7)和下模板(10)之间设有保温隔热层(11)；
与挤压筒(3)对应位置，上盖板(14)、挤压模(7)和下模板(10)中部开有圆形通孔，挤压筒(3)向下移动时从上盖板(14)中部的圆形通孔穿过进入挤压模(7)的型腔中，挤压筒(3)的外表面与上盖板(14)、挤压模(7)的圆形通孔内表面滑动配合；顶杆(8)为阶梯轴，上段直径较小，下段直径较大；顶杆(8)由底部液压缸带动上下移动，顶杆(8)从下模板(10)的通孔穿入，进入挤压模(7)内部型腔；顶杆(8)的下段较大径外表面与挤压模(7)型腔内表面滑动配合。
2.利用如权利要求1所述的异质金属多层复合管制备装置的异质金属多层复合管制备方法，具体步骤如下：
(1)首先需对筒形金属锭(4)、以及内不锈钢管(5)和外不锈钢管(6)的待结合面进行清理，去除表面氧化物和有机类杂质，使清洁的金属露出表面，有利于异质金属之间的结合；
(2)活动横梁(1)带动上模板(2)和挤压筒(3)向上移动；将内不锈钢管(5)和外不锈钢管(6)置于挤压模(7)内，其中，内不锈钢管(5)套在顶杆(8)的上段较小径部分，内不锈钢管(5)内表面与顶杆(8)外表面贴合，外不锈钢管(6)外表面与挤压模(7)型腔内孔表面贴合；
(3)将筒形金属锭(4)置于挤压模(7)中，活动横梁(1)带动上模板(2)和挤压筒(3)向下移动，挤压筒(3)进入挤压模(7)的型腔中，挤压筒(3)的外表面与挤压模(7)型腔内表面紧密滑动配合；
(4)通电加热线圈(12)，使型腔温度升高到筒形金属锭(4)熔点以上40-60℃，筒形金属锭(4)受热熔化；金属熔体流入内不锈钢管(5)和外不锈钢管(6)之间的夹层区域，活动横梁(1)带动上模板(2)和挤压筒(3)继续向下移动，挤压筒(3)下表面挤压金属熔体，当压强达到40～60MPa时保温保压10-15min，使金属熔体与内不锈钢管(5)和外不锈钢管(6)接触面实现扩散连接；
(5)加热线圈(12)断电，停止加热，挤压筒(3)继续施加压力，直至温度降低到室温，此时金属熔体凝固；
(6)活动横梁(1)带动上模板(2)和挤压筒(3)向上移动；顶杆(8)在液压缸的推动下，向上运动，将成形后的异质金属多层复合管从挤压模(7)的型腔顶出；
(7)取出成形后的异质金属多层复合管，经切边退火后制得界面结合良好的异质金属层状复合管。
3.根据权利要求2所述的异质金属多层复合管制备方法，其特征在于，内不锈钢管(5)的内圆直径与顶杆(8)上段较小径部分尺寸相等，外不锈钢管(6)的外圆直径与挤压模(7)型腔尺寸相等。
4.根据权利要求3所述的异质金属多层复合管制备方法，其特征在于，筒形金属锭(4)材质为铝合金或镁合金。
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