一种铁基/镍钛基形状记忆合金复合管制造方法

摘要

本发明公开了一种铁基/镍钛基形状记忆合金复合管制造方法，属于形状记忆合金及塑性加工技术领域，包括以下步骤：将符合要求的镍钛基形状记忆合金管坯插入到铁基形状记忆合金管坯中，两者达到过盈配合，使用电弧焊将复合管胚两端的界面结合处施加焊点进行固定，之后使用等温挤压成形工装对铁基/镍钛基形状记忆合金复合管进行挤压成形，并通过滚珠旋压成形工装对铁基/镍钛基形状记忆合金复合管进行旋压成形，最后对加工完成的复合管进行优化修饰。本发明通过等温挤压成形和滚珠旋压成形相结合的复合成形方法实现了异种形状记忆合金复合管的界面结合，获得了高质量的异种形状记忆合金复合管，实现了异种形状记忆合金复合管的精确成形。

权利要求

1.一种铁基/镍钛基形状记忆合金复合管制造方法，其特征在于，通过以下步骤实现：(1)根据需求选择铁基形状记忆合金管坯和镍钛基形状记忆合金管坯，将管坯的内外表面清洗干净，之后将镍钛基形状记忆合金管坯插入铁基形状记忆合金管坯内，使二者达到过盈配合；

(2)采用电弧焊对过盈配合的铁基/镍钛基形状记忆合金复合管坯两端的界面结合处施加焊点，防止在后续挤压和旋压过程中，加剧管坯之间的相对运动；

(3)将等温挤压成形工装固定在压力机上，将铁基/镍钛基形状记忆合金复合管坯在真空炉中加热至800～900℃，同时将等温挤压成形工装中的挤压凹模加热至800～900℃，然后将铁基/镍钛基形状记忆合金复合管坯放入挤压凹模内，开动压力机，使等温挤压成形工装中的挤压凸模向下运动，实现铁基/镍钛基形状记忆合金复合管的挤压成形；

(4)将滚珠旋压成形工装固定在旋压机上，将挤压成形后的铁基/镍钛基形状记忆合金复合管坯一端加工出一个与旋压工装上定位块尺寸相配的豁口，另一端加工出与滚珠大小相符的倒角，以便于滚珠的咬入，然后将该复合管坯套在装配好的芯模上，使管坯豁口处卡在定位块上；

(5)用火枪对管坯和工装同时加热，采用热电耦测量温度，当管坯温度达到800～900℃开始进行旋压，以反旋方式进行旋压成形，芯模带动管坯进行轴向进给运动，模环带动滚珠进行高速旋转；

(6)通过机械加工将旋压成形后的形状记忆合金管接头两端的废料去掉；

所述的步骤(1)中的铁基形状记忆合金管坯和镍钛基形状记忆合金管坯根据实际的加工需要选择初始尺寸与成分；

步骤(3)中所述的等温挤压成形工装中的挤压凸模和凹模的材料全部采用热作模具钢H13钢，凹模镶块的材料采用钨钢；

步骤(4)中所述的滚珠旋压成形工装的组成零件的材料全部采用热作模具钢H13钢；

步骤(4)中所述的倒角角度为 其中t0为铁基/镍钛基形状记忆合金复合管外层管坯的壁厚；

步骤(5)中旋压道次数和每道次减薄量根据尺寸需要、精度要求和滚珠尺寸确定，进给比选0.8～1.2mm/r。

说明书

一种铁基/镍钛基形状记忆合金复合管制造方法

技术领域

[0001] 本发明属于形状记忆合金及塑性加工技术领域，具体涉及一种铁基/镍钛基形状记忆合金复合管制造方法。

背景技术

[0002] 形状记忆合金作为一种具有形状记忆效应的功能材料，在工程领域已经得到了广泛的应用。目前，铁基形状记忆合金和镍钛基形状记忆合金是发展较为成熟的两类形状记忆合金。形状记忆合金工程应用最为成功的范例就是形状记忆合金管接头，主要应用于航空航天、石油化工和核工业的管路连接。形状记忆合金管接头应用的基本原理是在低温马氏体相将形状记忆合金管接头进行一定量的扩径变形，然后将被连接管插入到管接头内，再将形状记忆合金管接头加热至奥氏体相，管接头因形状记忆效应而收缩变形，完成连接。目前应用最为成熟的管接头是镍钛基形状记忆合金管接头，因为镍钛基形状记忆合金强度高、可恢复应变大、恢复力大、耐蚀性高，与螺纹连接和焊接连接相比，镍钛基形状记忆合金管接头安装方便、可靠性高、无泄漏、重量轻，尤其适合异种管材的连接。

[0003] 目前，国内外飞机液压管路均采用镍钛基形状记忆合金管接头连接。然而，镍钛基形状记忆合金管接头相变滞后窄，加工制造困难，通常要在液氮中贮存运输，因此其成形制造的核心技术仍为西方发达国家所垄断，目前国产飞机所采用的镍钛基形状记忆合金管接头主要都从西方国家进口，价格相当昂贵。铁基形状记忆合金管接头虽然具有强度高、成本低、热加工性能好、相变滞后宽等优势，但可恢复应变和恢复力也较小，耐蚀性也不高。

[0004] 因此，针对两种管接头的各自优缺点，本专利提出了制造异种形状记忆合金复合管的新方法，即将镍钛基形状记忆合金管和铁基形状记忆合金管复合成形，采用等温挤压成形和滚珠旋压成形复合方法制备内层为镍钛基形状记忆合金管、外层为铁基形状记忆合金管的复合管。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种铁基/镍钛基形状记忆合金复合管制造方法，通过等温挤压成形和滚珠旋压成形相结合的复合成形方法实现异种形状记忆合金复合管的界面结合，获得高质量的异种形状记忆合金复合管，实现异种形状记忆合金复合管的精确成形。

[0006] 本发明的目的是这样实现的：

[0007] 本发明公开了一种铁基/镍钛基形状记忆合金复合管制造方法，主要通过以下步骤实现：

[0008] (1)根据需求选择铁基形状记忆合金管坯和镍钛基形状记忆合金管坯，将管坯的内外表面清洗干净，之后将镍钛基形状记忆合金管坯插入铁基形状记忆合金管坯内，使二者达到过盈配合；

[0009] (2)采用电弧焊对过盈配合的铁基/镍钛基形状记忆合金复合管坯两端的界面结合处施加焊点，防止在后续挤压和旋压过程中，加剧管坯之间的相对运动；

[0010] (3)将等温挤压成形工装固定在压力机上，将铁基/镍钛基形状记忆合金复合管坯在真空炉中加热至800～900℃，同时将等温挤压成形工装中的挤压凹模加热至800～900℃，然后将铁基/镍钛基形状记忆合金复合管坯放入挤压凹模内，开动压力机，使等温挤压成形工装中的挤压凸模向下运动，实现铁基/镍钛基形状记忆合金复合管的挤压成形；

[0011] (4)将滚珠旋压成形工装固定在旋压机上，将挤压成形后的铁基/镍钛基形状记忆合金复合管坯一端加工出一个与旋压工装上定位块尺寸相配的豁口，另一端加工出与滚珠大小相符的倒角，以便于滚珠的咬入，然后将该复合管坯套在装配好的芯模上，使管坯豁口处卡在定位块上；

[0012] (5)用火枪对管坯和工装同时加热，采用热电耦测量温度，当管坯温度达到800～900℃开始进行旋压，以反旋方式进行旋压成形，芯模带动管坯进行轴向进给运动，模环带动滚珠进行高速旋转；

[0013] (6)通过机械加工将旋压成形后的形状记忆合金管接头两端的废料去掉。

[0014] 优选的，所述的步骤(1)中的铁基形状记忆合金管坯和镍钛基形状记忆合金管坯根据实际的加工需要选择初始尺寸与成分。

[0015] 优选的，步骤(3)中所述的等温挤压成形工装中的挤压凸模和凹模的材料全部采用热作模具钢H13钢，凹模镶块的材料采用钨钢。

[0016] 优选的，步骤(4)中所述的滚珠旋压成形工装的组成零件的材料全部采用热作模具钢H13钢。

[0017] 优选的，步骤(4)中所述的倒角角度为1/4t0×45°，其中t0为铁基/镍钛基形状记忆合金复合管外层管胚的壁厚。

[0018] 优选的，步骤(5)中旋压道次数和每道次减薄量根据尺寸需要、精度要求和滚珠尺寸确定，进给比可选0.8～1.2mm/r。

[0019] 本发明的有益效果在于：通过本发明提出的方法加工的异种形状记忆合金复合管具有功能梯度性、性能梯度性、成分梯度性和结构梯度性，综合了两种形状记忆合金各自的优点，弥补了各自的不足。该异种形状记忆合金复合管用作管接头时，内层金属属于镍钛基形状记忆合金而保持了良好的形状记忆效应和耐蚀性，而外层金属属于铁基形状记忆合金而具有较低的材料成本和良好的加工性能。

[0020] 本发明中所述的铁基/镍钛基形状记忆合金复合管用作管接头扩径加载变形时，内层的镍钛基形状记忆合金发生很大的应变，而外层的铁基形状记忆合金则发生较小的应变，因此可以充分利用内外层形状记忆合金的形状恢复应变。

[0021] 本发明中所述的铁基/镍钛基形状记忆合金复合管接头与单一成分的形状记忆合金管接头相比，在性价比方面，具有明显的优势，可以拓宽形状记忆合金管接头的工程应用范围。

[0022] 此外，采用等温挤压和滚珠旋压相结合的精确塑性成形成性技术，实现该异种形状记忆合金复合管的连接成形，即先通过等温挤压成形技术实现异种形状记忆合金复合管的界面冶金结合，然后通过滚珠旋压对挤压成形后的异种形状记忆合金复合管实行精确制造，有利于保证复合管的净成形和尺寸精度。

附图说明

[0023] 图1为本发明中铁基/镍钛基形状记忆合金复合管的结构示意图；

[0024] 图2为本发明中铁基/镍钛基形状记忆合金复合管等温挤压成形示意图；

[0025] 图3为本发明中铁基/镍钛基形状记忆合金复合管滚珠旋压成形示意图。

具体实施方式

[0026] 下面结合附图对本发明做进一步描述。

[0027] 结合图1至图3，本发明公开了一种铁基/镍钛基形状记忆合金复合管制造方法，通过等温挤压成形和滚珠旋压成形相结合的复合成形方法，实现异种形状记忆合金复合管的界面结合，获得高质量的异种形状记忆合金复合管，实现异种形状记忆合金复合管的精确成形。

[0028] 具体的实现技术方案如下：

[0029] 第一步：根据需要选择一定尺寸和成分的铁基形状记忆合金管坯和镍钛基形状记忆合金管坯，将管坯的内外表面清洗干净，然后将镍钛基形状记忆合金管坯16插入铁基形状记忆合金管坯17内，使二者达到过盈配合。

[0030] 第二步：采用电弧焊对过盈配合的铁基/镍钛基形状记忆合金复合管坯两端的界面结合处施加几个焊点，防止在后续挤压和旋压过程中管坯之间的相对运动。

[0031] 第三步：将图2所示的等温挤压成形工装固定在压力机上，该挤压工装包括：螺钉1、上模座2、上模垫板3、上模固定板4、挤压凸模5、垫块6、瓷管7、电阻丝8、凹模9、销钉10、下模座11、顶料管12、凹模垫板13、导柱14、凹模镶块15、导套18。

[0032] 第四步：将铁基/镍钛基形状记忆合金复合管坯在真空炉中加热至800～900℃，同时将挤压凹模加热至800～900℃，然后将铁基/镍钛基形状记忆合金复合管坯放入挤压凹模内，开动压力机，使挤压凸模向下运动，实现铁基/镍钛基形状记忆合金复合管的挤压成形。

[0033] 第五步：将图3所示的滚珠旋压成形工装固定在旋压机上，该旋压工装的结构包括：螺钉1、销钉10、模环19、芯模20、滚珠21、挡板22、卸料板23。

[0034] 第六步：将挤压成形后的铁基/镍钛基形状记忆合金复合管坯一端加工出一个与旋压工装上定位块尺寸相配的豁口，另一端加工出一个1/4t0×45°(t0为外层管坯的壁厚)的倒角，以便于滚珠的咬入。然后将该复合管坯套在装配好的芯模上，使管坯豁口处卡在定位块上。

[0035] 第七步：以反旋方式进行旋压成形，芯模带动管坯进行轴向进给运动，模环带动滚珠进行高速旋转。旋压前先用火枪对管坯和工装同时加热，采用热电耦测量温度，当管坯温度达到800～900℃开始进行旋压成形。旋压道次数和每道次减薄量根据尺寸需要、精度要求和滚珠尺寸确定，进给比可选0.8～1.2mm/r。

[0036] 第八步：去余料。将旋压成形后的形状记忆合金管接头两端的废料通过机械加工的方法去掉。

[0037] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。