CN1853815A - 一种NiTi合金管坯高速率热挤压方法及其专用模具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及合金管坯热挤压成形技术，具体为一种NiTi形状记忆合金管坯热挤压工艺方法及其专用模具，主要应用于NiTi合金管坯热挤压工艺成形。其工艺流程是：熔炼→锻造→机加工挤压坯料→挤压坯料预热→挤压坯料涂润滑剂→挤压坯料加热→模具预热→模具涂润滑剂→热挤压→退火。挤压坯料加热采用在惰性气体保护环境下加热至960℃～1130℃，保温20分钟～30分钟，挤压速度为400～500mm/s。在模具结构上采用分瓣式组合挤压凹模，使模具更换简单，寿命可以提高3倍。本发明的优点：材料利用率可达89％、管坯微观组织质量好、模具寿命长、加热温度高、生产成本低，以及工艺、装置简单。

Description

一种NiTi合金管坯高速率热挤压方法及其专用模具

技术领域

本发明涉及合金管坯热挤压成形技术，具体为一种NiTi形状记忆合金管坯热挤压工艺方法及其专用模具，主要应用于NiTi合金管坯热挤压工艺成形。

背景技术

NiTi合金，其成分为Ni50.8％Ti(at)。目前这种合金制作管接头用管和以管为一次加工产品时，通常采用机械加工钻孔的方法，其缺点是加工效率低、费时费料、成本高，并且合金的性能依赖于锻坯微观组织的好坏。中国专利申请(申请号为01140301.2)公开了一种由粉末直接制备NiTi形状记忆合金管接头用管的方法，可以显著降低综合成本，但由于通过反应热烧结成形，合金氧含量相对高，性能稍差，不能满足更高要求的使用性能。

金属热挤压成形，对于铜、铝及其合金来说，已是很成熟的技术，但对于NiTi合金来说，热挤压的历史还比较短。主要是由于合金变形抗力大(800℃下的热加工变形抗力相当于低合金钢室温冷加工的变形抗力)，挤压温度高，采用传统的穿孔挤压工艺很难成形；另外，NiTi合金在加热和形变中吸氧倾向严重，对热处理和润滑工艺要求很高，挤管时容易出现裂纹、偏心和皱折等缺陷，废品率高，是一种难加工型材。中国专利申请(申请号为92109984.3)公开了一种管坯冷拉的工艺方法，但对其管坯的包套热挤压方法没有详细的说明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种NiTi合金管坯高速率热挤压方法及其专用模具，它可以降低成本，并提高产品的质量和生产效率。

本发明的技术方案是：

一种NiTi合金管坯高速率热挤压方法，其特征在于工艺流程是：熔炼→锻造→机加工挤压坯料→挤压坯料预热→挤压坯料涂润滑剂→挤压坯料加热→模具预热→模具涂润滑剂→热挤压→退火，具体热挤压步骤如下：

1)坯料润滑及加热

将NiTi合金坯料低温预热至100℃～120℃，将润滑剂均匀地喷涂在坯料表面上；然后将表面涂有润滑剂的坯料放入高温炉中继续加热至960～1130℃，保温20～30分钟，采用惰性气体保护加热的方式；

2)模具润滑及加热

将模具预热至100℃～200℃喷涂润滑剂后继续加热至300℃～500℃，均采用整体加热方式；

3)热挤压

将加热的坯料放入预热的模具挤压，挤压速度为400～500mm/s：

4)退火。

所述步骤4)中，挤压后管坯进行去应力退火，于700～750℃装炉，加热至800～850℃，保温30分钟～1小时后水冷。

所述坯料表面的润滑剂为Ti-5D或Ti-1200玻璃润滑剂。

所述模具表面的润滑剂采用石墨粉，具有冷却模具，易脱模的特点。

一种NiTi合金管坯高速率热挤压专用模具，具有挤压轴、挤压针、挤压凹模，该模具的挤压凹模采用分瓣式组合挤压凹模；该模具的挤压针前端带有锥度。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)材料利用率高。采用本发明材料利用率可达89％，同机械加工钻孔制作管坯的方法相比，材料利用率提高18％。

(2)管坯微观组织质量好。采用本发明，管坯经过挤压后，合金的组织为细小等轴晶(约30μm)，明显优于挤压前(约100μm)。

(3)本发明采用高速率挤压，使坯料温降减少27％，变形抗力小，模具寿命长。

(4)本发明采用惰性气体保护的方法加热，坯料可加热到更高温度而不氧化，极大的降低变形抗力，减少了设备的吨位。

(5)生产成本低。与机加工钻孔生产管坯的方法相比，采用本发明生产效率提高一倍，生产成本降低50％以上。

(6)装置简单。本发明在模具结构上采用分瓣式组合挤压凹模，使模具更换简单，模具寿命可以提高3倍。另外，采用前端带锥度的挤压针，利于管坯成形。

(7)本发明模具在生产管坯时，进行整体加热，使模具均匀热透，可以减少坯料温度降低。

附图说明

图1为挤压模具结构图。1、上底板；2、淬硬垫板；3、挤压轴；4、挤压针；41、挤压针前端；5、挤压垫；6、挤压坯料；7、分瓣式组合挤压凹模；8、应力套；9、底座；10、定位销。

图2为挤压轴结构示意图。

图3为挤压针结构示意图。

图4为分瓣式组合挤压凹模结构示意图。

图5为挤压前坯料组织金相图片。

图6为挤压后管坯组织金相图片。

具体实施方式

如图1-4所示，本发明专用设备包括上底板1、淬硬垫板2、挤压轴3、挤压针4、挤压垫5、挤压坯料6、分瓣式组合挤压凹模7、应力套8、底座9等，与现有挤压模具不同的是，该模具的挤压凹模采用分瓣式组合挤压凹模，对开的两瓣凹模通过定位销10连接，该模具的挤压针前端41带有锥度。

本发明提供了NiTi合金管坯高速率热挤压方法，其流程如下：熔炼→锻造→机加工挤压坯料→挤压坯料预热→挤压坯料涂润滑剂→挤压坯料加热→模具预热→模具涂润滑剂→热挤压→退火。取NiTi合金，采用氧化钙坩锅真空感应熔炼成重约8kg铸锭。加热至850℃保温1小时均匀化处理后锻造开坯成圆棒，机加工挤压坯料。具体热挤压步骤如下：

1)坯料润滑及加热：

将NiTi合金坯料低温预热至100℃～120℃，采用喷枪将玻璃润滑剂均匀地喷涂在坯料表面上，其厚度为1～2mm左右。然后将表面涂有玻璃润滑剂的坯料放入高温炉中继续加热到挤压温度。本发明中采用惰性气体保护加热的方式，加热温度可以提高到1100℃而不氧化，极大的降低成形力。

本发明玻璃润滑剂为市售产品，采用本领域常用润滑剂，其生产厂家为北京天力创玻璃科技开发有限公司，规格型号为Ti-5D或Ti-1200。

2)模具润滑及加热：

将模具预热至100℃～200℃喷涂润滑剂(其厚度为1～2mm左右)，然后继续加热至300℃～500℃，均采用整体加热。在本发明中，模具表面的润滑剂采用石墨粉，挤压后管坯容易脱模。

3)热挤压

将加热的坯料放入预热的模具快速挤压，挤压速度为400～500mm/s。快速挤压是本发明的重要特征之一，同常规速度挤压相比，坯料温度不下降或下降很少，使坯料保持了很好的塑性，易于成形。

4)退火

挤压后管坯去应力退火，防止管坯纵向或横向开裂。

实施例

取NiTi合金，经上述工艺熔炼，锻造成Φ55mm圆棒，机加工成Φ49mm×55mm，内径为16mm的挤压坯料。挤压坯料预热至120℃，喷枪喷涂玻璃润滑剂(本实施例采用Ti-5D型玻璃润滑剂)，然后放入高温炉中，在惰性气体保护环境下(本实施例采用氩气)继续加热至960～1130℃，保温20分钟。模具预热至120℃喷涂石墨粉润滑，然后继续加热，挤压轴和挤压针加热至300℃，挤压凹模加热至500℃，均为整体加热。挤压速度400～500mm/s，挤压坯料取出到挤压开始时间不超过10秒。挤压后管坯去应力退火，其工艺为700℃装炉，加热到830℃，保温30分钟～1小时后水冷。其工艺参数如表1所示：

表1

挤压坏料尺寸/mm			挤压管坯尺寸/mm			挤压速度/mm/s	挤压温度℃
								外径	内径	高度	外径	内径	壁厚
49	16	55	30	16	7									400～500	960
						49	16	55	30	16	7	400～500	1000
49	16	55	30	16	7									400～500	1130

采用本发明，管坯经过挤压后，合金的组织为细小等轴晶(约30μm)，见图6；明显优于挤压前(约100μm)，见图5。

Claims (6)

1、一种NiTi合金管坯高速率热挤压方法，其特征在于工艺流程是：熔炼→锻造→机加工挤压坯料→挤压坯料预热→挤压坯料涂润滑剂→挤压坯料加热→模具预热→模具涂润滑剂→热挤压→退火，具体热挤压步骤如下：

1)坯料润滑及加热

将NiTi合金坯料低温预热至100℃～120℃，将润滑剂均匀地喷涂在坯料表面上；然后将表面涂有润滑剂的坯料放入高温炉中继续加热至960～1130℃，保温20～30分钟，采用惰性气体保护加热的方式；

2)模具润滑及加热

将模具预热至100℃～200℃喷涂润滑剂后继续加热至300℃～500℃，均采用整体加热方式；

3)热挤压

将加热的坯料放入预热的模具挤压，挤压速度为400～500mm/s；

4)退火。

2、按照权利要求1所述的NiTi合金管坯高速率热挤压方法，其特征在于：所述步骤4)中，挤压后管坯进行去应力退火，于700～750℃装炉，加热至800～850℃，保温30分钟～1小时后水冷。

3、按照权利要求1所述的NiTi合金管坯高速率热挤压方法，其特征在于：所述坯料表面的润滑剂为Ti-5D或Ti-1200玻璃润滑剂。

4、按照权利要求1所述的NiTi合金管坯高速率热挤压方法，其特征在于：所述模具表面的润滑剂采用石墨粉。

5、一种NiTi合金管坯高速率热挤压专用模具，具有挤压轴、挤压针、挤压凹模，其特征在于：该模具的挤压凹模采用分瓣式组合挤压凹模。

6、按权利要求5所述的NiTi合金管坯高速率热挤压专用模具，其特征在于：该模具的挤压针前端带有锥度。

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