本发明属于液压成形领域，特别是一种强弱相间分布的钢管的制备装置及方法。装置包括上模、下模、顶块、压头、液压泵、液压管和固定块体；压头上设有多个小压头，上模和下模内周面均匀间隔设置多个凹槽；上模每个凹槽的位置对应的设置一个液压孔，小压头分别设置在相应的液压孔内；由顶块封堵的钢管内部形成第一腔室，钢管的管壁和环形凹槽的表面形成第二腔室，第二腔室内注入液压油；液压泵和液压管为第一腔室提供胀形压力，压头为第二腔室提供反胀形压力。本发明通过对钢管局部反复胀形‑反胀形，产生应变诱导马氏体相变，使胀形‑反胀形部分的马氏体的含量增多，钢管在轴向呈现强弱相间分布的片层状结构，制备出强弱相间分布的钢管。
1.一种强弱相间分布的钢管的制备装置，其特征在于，所述装置包括上模(2)、下模(5)、顶块(4)、压头(1)、液压泵(11)、液压管(8)和固定块体(3)；所述压头(1)上设有多个小压头，所述上模(2)和下模(5)内周面均匀间隔设置多个凹槽，凹槽的数量和小压头的数量相同，合模之后，上模(2)的凹槽和下模(5)的凹槽形成一个完整的环形凹槽；上模(2)每个凹槽的位置对应的设置一个液压孔，压头(1)的小压头分别设置在相应的液压孔内；
所述钢管位于上模(2)和下模(5)合模之后的腔室内，顶块(4)用于对钢管两端进行密封；由顶块(4)封堵的钢管内部形成第一腔室，钢管的管壁和上模(2)、下模(5)的环形凹槽的表面形成第二腔室，第二腔室内注入液压油；液压泵(11)和液压管(8)为第一腔室提供胀形压力，压头(1)为第二腔室提供反胀形压力。
2.根据权利要求1所述的制备装置，其特征在于，所述钢管的两端和上模(2)、下模(5)之间设置密封圈(9)。
3.根据权利要求1所述的制备装置，其特征在于，所述压头(1)和上模(2)的液压孔之间设置密封圈。
4.一种利用权利要求1-3任一项所述的制备装置制备强弱相间分布的钢管的方法，其特征在于，所述钢管的材质为应变诱导相变的材料，具体包括如下步骤：步骤一：安装模具；
步骤二：胀形：两侧的液压泵(11)开启，为第一腔室提供液压力，钢管在液压力的作用下，稳定的胀形，形成带有多个环状凸起的钢管，胀形部分的钢管发生第一次马氏体相变；
步骤三：反胀形：两侧液压泵(11)减压，压头(1)在压力机的作用下，对步骤二形成的带有多个环状凸起的钢管进行反胀形，使其回复为未变形的钢管状态，反胀形部分发生第二次马氏体相变；
步骤四：重复步骤二和步骤三，马氏体相变在胀形部分累积，使得胀形部分的马氏体逐渐增多，强度逐渐提高，钢管在轴向呈现强弱相间分布的片层状结构。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述钢管为304不锈钢、306不锈钢或316不锈钢。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤一具体为：将密封圈(9)安装到上模(2)和下模(5)组成的模具型腔中，将原始状态的钢管放入，在模具型腔的两端放入顶块(4)，将固定块体(3)固定在上模(2)和下模(5)两侧，将液压泵(11)与模具通过液压管(8)连接，将上模(2)的液压孔中装入液压油，装上压头(1)，将装置放置在压力机上。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤二还包括：压头(1)在压力机作用下，下压总允许行程的1/10，为胀形的顺利进行提供背压。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤二中胀形时，第一腔室内的液压力为350-450Mpa。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤三中反胀形时，第一腔室内的液压力减压至150-250Mpa。
一种强弱相间分布的钢管的制备装置及方法
技术领域
[0001] 本发明属于液压成形领域，特别是一种强弱相间分布的钢管的制备装置及方法。
背景技术
[0002] 不锈钢材料包含多种组织结构，如面心立方的奥氏体和体心立方的马氏体。大量的文献表明，马氏体相变对不锈钢材料的力学性能有很大影响。相变诱导塑性(Transformation Induced Plasticity，TRIP)是指，材料受到外力或者热负荷时，会产生应变诱导马氏体相变。相变产生的硬的马氏体相以及软硬相之间的力学不相容性可以提供很高的应变硬化速率。因此，通过对奥氏体不锈钢进行塑性变形，引入应变诱导马氏体相变，能够提高材料的应变硬化速率，从而能够提高不锈钢的强度和拉伸塑性。
[0003] 传统工艺制造的不锈钢钢管，结构性能单一，无法满足某些特殊性能的需求，例如在管道的拐弯处，既要保证管材具有较好的塑性便于弯管的成形，又要保证管材拥有足够的强度，承受管道内部液体的冲击，传统的管材是均质的材料，无法同时满足良好塑性和较大强度的需要。
发明内容
[0004] 本发明所解决的技术问题在于提供一种强弱相间分布的钢管的制备装置及方法。
[0005] 实现本发明目的的技术解决方案为：
[0006] 一种强弱相间分布的钢管的制备装置，所述装置包括上模、下模、顶块、压头、液压泵、液压管和固定块体；所述压头上设有多个小压头，所述上模和下模内周面均匀间隔设置多个凹槽，凹槽的数量和小压头的数量相同，合模之后，上模的凹槽和下模的凹槽形成一个完整的环形凹槽；上模每个凹槽的位置对应的设置一个液压孔，压头的小压头分别设置在相应的液压孔内；
[0007] 所述钢管位于上模和下模合模之后的腔室内，顶块用于对钢管两端进行密封；由顶块封堵的钢管内部形成第一腔室，钢管的管壁和上模、下模的环形凹槽的表面形成第二腔室，第二腔室内注入液压油；液压泵和液压管为第一腔室提供胀形压力，压头为第二腔室提供反胀形压力。
[0008] 所述钢管的两端和上模、下模之间设置密封圈。
[0009] 所述压头和上模的通孔之间设置密封圈。
[0010] 一种利用上述的制备装置制备强弱相间分布的钢管的方法，所述钢管的材质为应变诱导相变的材料，具体包括如下步骤：
[0011] 步骤一：安装模具；
[0012] 步骤二：胀形：两侧的液压泵开启，为第一腔室提供液压力，钢管在液压力的作用下，稳定的胀形，形成带有多个环状凸起的钢管，胀形部分的钢管发生第一次马氏体相变；
[0013] 步骤三：反胀形：两侧液压泵减压，压头在压力机的作用下，对步骤形成的带有多个环状凸起的钢管进行反胀形，使其回复为未变形的钢管状态，反胀形部分发生第二次马氏体相变；
[0014] 步骤四：重复步骤二和步骤三，马氏体相变在胀形部分累积，使得胀形部分的马氏体逐渐增多，强度逐渐提高，钢管在轴向呈现强弱相间分布的片层状结构。
[0015] 所述钢管为304不锈钢、306不锈钢或316不锈钢。
[0016] 所述步骤一具体为：将密封圈安装到上模和下模组成的模具型腔中，将原始状态的钢管放入，在模具型腔的两端放入顶块，将固定块体固定在上模和下模两侧，将液压泵与模具通过液压管连接，将上模的液压孔中装入液压油，装上压头，将装置放置在压力机上。
[0017] 所述步骤二还包括：压头在压力机作用下，下压总允许行程的1/10，为胀形的顺利进行提供背压。
[0018] 所述步骤二中胀形时，第一腔室内的液压力为350-450Mpa。
[0019] 所述步骤三中反胀形时，第一腔室内的液压力减压至150-250Mpa。
[0020] 本发明与现有技术相比，其显著优点：
[0021] (1)本发明提出的采用液压成形的技术，通过对钢管局部反复胀形-反胀形，产生应变诱导马氏体相变，使胀形-反胀形部分的马氏体的含量增多，强度变大，钢管在轴向呈现强弱相间分布的片层状结构，制备出强弱相间分布的钢管。
[0022] (2)本发明采用液压反复胀形的方法制备强弱相间分布的新型钢管，在结构设计上具有极大的设计指向性和灵活性，可根据需求合理调整胀形次数，制备出不同强度要求的强弱相间分布的新型钢管。
[0023] (3)本发明在钢管轴向上呈现软相和硬相的相间分布，使得制得的强弱相间分布的新型钢管在一定程度能够兼得软相的韧性和硬相的强度，能够满足某些特殊工业应用要求。
[0024] (4)本发明结构简单，可根据钢管的长度的变化选择合适的顶块，实现多种长度强弱相间分布钢管的制备。
[0025] 下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
[0026] 图1本申请钢管的制备装置示意图。
[0027] 图2钢管处于原始形态时，制备装置的剖视图。
[0028] 图3钢管胀形后，制备装置的剖视图。
[0029] 图4钢管胀形和反胀形的示意图。
[0030] 图5钢管轴向剖面结构示意图，其中图(a)为未变形前钢管剖面结构示意图，图(b)为胀形后钢管剖面结构示意图。
[0031] 附图标记说明
[0032] 1-压头，2-上模，3-固定块体，4-顶块，5-下模，6-1-原始状态钢管，6-2-胀形状态钢管，7-螺栓，8-液压管，9-密封圈，10-液压孔，11-液压泵。
具体实施方式
[0033] 如图1-2所示，本发明的液压成形装置包括：压头1、上模2、下模5、固定块体3、顶块4和液压泵11等；两侧的液压泵11控制钢管的胀形，顶部的压头1在压力机的作用下对胀形的钢管进行反胀形，使钢管恢复到原来的状态，胀形和反胀形的示意图如图4所示。
[0034] 本发明是通过以下技术方案实现的，包括以下步骤：
[0035] 步骤一：装置的安装，将密封圈9安装到上模2和下模5组成的模具型腔中；将原始状态的钢管放入；在模具型腔的两端放入顶块；用螺栓将固定块体3固定在上模2和下模5两侧；将液压泵11与模具通过液压管8连接；将上模2的液压孔中装入液压油，装上压头，将装置放置在压力机上，原始状态钢管6-1及安装好的装置如图1所示。
[0036] 步骤二：胀形，压头1在压力机作用下，下压少量的行程，为胀形的顺利进行提供少量的背压；两侧的液压泵11开启，钢管在液压力的作用下稳定的胀形，胀形部分的金属因应变发生第一次马氏体相变，胀形状态钢管6-2和装置如图3所示。
[0037] 步骤三：反胀形：两侧液压泵11降低内腔的压力，压头1在压力机的作用下，对胀形的钢管进行反胀形，使其回复原始的钢管状态，胀形部分的金属因应变发生第二次马氏体相变。
[0038] 步骤四：重复第二步和第三步,马氏体相变在胀形部分累积，使得胀形部分的马氏体逐渐增多，强度逐渐提高，钢管在轴向呈现强弱相间分布的片层状结构；可根据钢管服役条件的需要，选择合适的胀形次数，实现不同性能及使用需求的钢管的制备。
[0039] 实施例1
[0040] 以304不锈钢为例，给出详细的实施方式和具体操作，以下实施例涉及三步工序包括：模具的安装、胀形和反胀形，其中：
[0041] 步骤一：模具的安装，如图2所示，将密封圈9安装到上模2和下模5组成的模具型腔中；将304不锈钢钢管放入；在模具型腔的两端放入顶块4；用螺栓7将固定块3体固定在上模2和下模5两侧；将液压泵11与模具通过液压管8连接；将上模的液压孔10中装入液压油，装上压头1，将装置放置在压力机上。
[0042] 步骤二：胀形过程，压头1在压力机作用下，下压总允许行程的1/10，为胀形的顺利进行提供少量的背压；两侧的液压泵11开启，为液压腔内部提供液压力，约为400Mpa，304钢管在液压力的作用下稳定的胀形，胀形部分的304钢管因应变发生第一次马氏体相变，如图3所示。
[0043] 步骤三：反胀形过程，两侧液压泵11减压至200Mpa，压头1在压力机的作用下，对胀形的304钢管进行反胀形，使其回复为未变形的304钢管状态，胀形部分的金属因应变发生第二次马氏体相变。
[0044] 步骤四：重复胀形和反胀形工序两次，使304钢管中胀形部分的马氏体逐渐增多，304钢管局部的强度逐渐提高，钢管在轴向呈现强弱相间分布的片层状结构；加工完后的钢管轴向剖面图和未成形钢管的成分如图5所示。
