[发明专利]一种提高金属管材抗扩口弯曲变形能力的方法

说明书

专利领域

本发明属于金属管材加工领域，尤其涉及一种提高金属管材抗扩口弯曲变形能力的方法。

背景技术

各种高性能金属管材是国民经济及国防军工活动中的重要材料，如各种液压管道及气体输送管道等。很多金属管材在工作中要承受内外介质的工作压力以及结构应力等，在安装时还要承受弯曲、扩口等变形，因此对管材的性能尤其是周向性能要求很高。通常多采用挤压、拉拔、轧制等加工变形方法来制备金属管材，在这些加工过程中，金属的变形均是沿着管材纵向的，形成的管材变形组织均为纵向纤维组织。由于纤维组织具有明显的性能方向性，即沿纤维伸长方向的性能明显高于垂直于纤维方向的性能，造成管材的周向性能低于其纵向性能。尽管材料的总体性能良好，但很多情况下管材的周向性能，尤其是塑性指标不够高，达不到管材弯曲、扩口等应用要求。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种提高金属管材抗扩口弯曲变形能力的方法，其特征在于，具体过程为：

步骤1、第一夹头1与第二夹头2分别夹持住管材3的两端，通过第一夹头1与第二夹头2对管材施加扭矩，此扭矩要保证管材在当前温度下不发生塑性变形或失稳；

步骤2、用一个沿管材轴向移动的加热源4，产生沿管材的周向环形加热区域，控制加温区域的加热温度，此加热温度保证材料不出现能造成材料性能恶化的新组分；

步骤3、随加热温度的上升，加热区域内的金属材料的强度下降，在扭矩的作用下，加热区域内的金属材料发生沿管材的周向扭转变形，此区域管材原有的纵向纤维组织变成斜向纤维组织后，形成组织变形区；

步骤4、将加热源4从管材3一端逐渐移向另一端，随着加热区域不断移动，管材3的组织变形区也不断扩展直到整个管材3纵向纤维组织变成斜向纤维组织。

所述管材3的中间安装一支撑芯棒，防止管材在扭转过程中失稳。

所述管材3在保持所受扭矩情况下在第一夹头1和第二夹头2的带动下旋转，使加热及变形均匀。

所述加热源4为圈式或点式，用感应加热或火焰加热的方式对管材进行加热。

所述加热源4后部增加一个随加热源一起移动的水或气冷源，这样能更准确控制加热变形区域。

所述造成材料最终使用性能恶化的新組分包括低熔点组织及有害相。

有益效果

本发明利用扭转方法，使管材的纵向纤维组织变成斜向纤维组织，使材料的周向性能得以明显提升，抗变形及扩口能力明显变强。由于加工过程中形成的纤维组织具有遗传性，本方法能作为加工过程中改善组织的一道工序，也能作为成品管材改善组织性能的一种处理方法。

附图说明

图1为本发明所提出的方法的流程图；

图2为本发明所提出的方法的结构图。

1-第一夹头，2-第二夹头，3-管材，4-加热源。

具体实施方式

下面结合说明书附图与两组具体实施例对本发明做进一步的描述。

实例一

生产壁厚2mm直径120mm的铝合金管，要求其纵向强度性能225MPa，能承受扩口到直径150mm的工艺要求。通常做此管材的工艺为：先用挤压方法制备10mm厚的管坯，后经多次拉拔得到壁厚2mm的管材，再经热处理调整组织性能得到成品管材。但由于整个加工过程中形成的纤维组织均为纵向，当热处理时其纵向强度性能达到225MPa时，其周向性能，尤其是塑性性能不高，经常达不到扩口到直径150mm的要求，造成废品率很高，其中因扩口达不到要求造成的废品率达到50％以上。

使用本发明方法，在管材拉拔加工到壁厚5‐6mm时，增加扭转处理过程。将管材夹在两个夹头之间，两个夹头对管材施加扭矩并带动管材旋转，用火焰并结合旋转在管材上形成环形加热区域。从管材一端开始，控制加热区域的加热温度在300摄氏度，施加扭矩并逐渐增加，直到管材加热区域发生明显的塑性扭转。保持扭矩大小，使加热源沿管材轴向逐渐向管材另一端移动，使加热及变形区通过整个管材。完成扭转处理过程继续后续的加工及热处理过程得到成品管材。

由于经过扭转处理，整个管材的纵向纤维组织变成斜向组织，管材的周向性能得以改善提高。管材的抗扩口变形能力加强，因扩口达不到要求而造成的废品率低于10％。

实例二

生产壁厚1.5mm直径200mm镍基合金管，用轧制方法制管，用热处理调整其性能，要保证其屈服强度>350MPa，抗拉强度>780MPa，横向拉伸塑性指标只能达15％左右，抗弯曲扩品等变形能力不强。

使用本发明方法，在热处理前，增加扭转处理过程。将管材夹在两个夹头之间，两个夹头对管材施加3000N.m的环向扭矩，用感应加热在管材上形成加热环。控制加热区域逐渐升温，温度上升到一定阶段，管材加热区域发生明显的塑性扭转。从管材一端开始，使加热源沿管材轴向逐渐向管材另一端移动，使加热及变形区通过整个管材，完成扭转处理过程。再适当调整热处理制度在达到时屈服强度>350MPa，抗拉强度>780MPa的同时，横向拉伸塑性性能达到了25％，管材抗弯曲、扩口等变形能力大大增强。