一種NiTi合金管坯高速率熱擠壓模具的製作方法
2023-10-08 06:34:44
專利名稱：一種NiTi合金管坯高速率熱擠壓模具的製作方法
技術領域：
本發明涉及合金管坯熱擠壓成形技術，具體為一種NiTi形狀記憶合金管坯熱擠壓模具，主要應用於NiTi合金管坯熱擠壓工藝成形。
背景技術：
NiTi合金，其成分為Ni50.8％Ti(at)。目前這種合金製作管接頭用管和以管為一次加工產品時，通常採用機械加工鑽孔的方法，其缺點是加工效率低、費時費料、成本高，並且合金的性能依賴於鍛坯微觀組織的好壞。中國專利申請(申請號為01140301.2)公開了一種由粉末直接製備NiTi形狀記憶合金管接頭用管的方法，可以顯著降低綜合成本，但由於通過反應熱燒結成形，合金氧含量相對高，性能稍差，不能滿足更高要求的使用性能。
金屬熱擠壓成形，對於銅、鋁及其合金來說，已是很成熟的技術，但對於NiTi合金來說，熱擠壓的歷史還比較短。主要是由於合金變形抗力大(800℃下的熱加工變形抗力相當於低合金鋼室溫冷加工的變形抗力)，擠壓溫度高，採用傳統的穿孔擠壓工藝很難成形；另外，NiTi合金在加熱和形變中吸氧傾向嚴重，對熱處理和潤滑工藝要求很高，擠管時容易出現裂紋、偏心和皺摺等缺陷，廢品率高，是一種難加工型材。中國專利申請(申請號為92109984.3)公開了一種管坯冷拉的工藝方法，但對其管坯的包套熱擠壓方法沒有詳細的說明。
發明內容
本發明的目的在於提供一種NiTi合金管坯高速率熱擠壓模具，它可以降低成本，並提高產品的質量和生產效率。
本發明的技術方案是一種NiTi合金管坯高速率熱擠壓方法，其特徵在於工藝流程是熔煉→鍛造→機加工擠壓坯料→擠壓坯料預熱→擠壓坯料塗潤滑劑→擠壓坯料加熱→模具預熱→模具塗潤滑劑→熱擠壓→退火，具體熱擠壓步驟如下1)坯料潤滑及加熱將NiTi合金坯料低溫預熱至100℃～120℃，將潤滑劑均勻地噴塗在坯料表面上；然後將表面塗有潤滑劑的坯料放入高溫爐中繼續加熱至960～1130℃，保溫20～30分鐘，採用惰性氣體保護加熱的方式；2)模具潤滑及加熱將模具預熱至100℃～200℃噴塗潤滑劑後繼續加熱至300℃～500℃，均採用整體加熱方式；3)熱擠壓將加熱的坯料放入預熱的模具擠壓，擠壓速度為400～500mm/s；4)退火。
所述步驟4)中，擠壓後管坯進行去應力退火，於700～750℃裝爐，加熱至800～850℃，保溫30分鐘～1小時後水冷。
所述坯料表面的潤滑劑為Ti-5D或Ti-1200玻璃潤滑劑。
所述模具表面的潤滑劑採用石墨粉，具有冷卻模具，易脫模的特點。
一種NiTi合金管坯高速率熱擠壓專用模具，具有擠壓軸、擠壓針、擠壓凹模，該模具的擠壓凹模採用分瓣式組合擠壓凹模；該模具的擠壓針前端帶有錐度。
與現有技術相比，本發明的優點在於(1)材料利用率高。採用本發明材料利用率可達89％，同機械加工鑽孔製作管坯的方法相比，材料利用率提高18％。
(2)管坯微觀組織質量好。採用本發明，管坯經過擠壓後，合金的組織為細小等軸晶(約30μm)，明顯優於擠壓前(約100μm)。
(3)本發明採用高速率擠壓，使坯料溫降減少27％，變形抗力小，模具壽命長。
(4)本發明採用惰性氣體保護的方法加熱，坯料可加熱到更高溫度而不氧化，極大的降低變形抗力，減少了設備的噸位。
(5)生產成本低。與機加工鑽孔生產管坯的方法相比，採用本發明生產效率提高一倍，生產成本降低50％以上。
(6)裝置簡單。本發明在模具結構上採用分瓣式組合擠壓凹模，使模具更換簡單，模具壽命可以提高3倍。另外，採用前端帶錐度的擠壓針，利於管坯成形。
(7)本發明模具在生產管坯時，進行整體加熱，使模具均勻熱透，可以減少坯料溫度降低。
圖1為擠壓模具結構圖。1、上底板；2、淬硬墊板；3、擠壓軸；4、擠壓針；41、擠壓針前端；5、擠壓墊；6、擠壓坯料；7、分瓣式組合擠壓凹模；8、應力套；9、底座；10、定位銷。
圖2為擠壓軸結構示意圖。
圖3為擠壓針結構示意圖。
圖4為分瓣式組合擠壓凹模結構示意圖。
圖5為擠壓前坯料組織金相圖片。
圖6為擠壓後管坯組織金相圖片。
具體實施例方式
如圖1-4所示，本發明專用設備包括上底板1、淬硬墊板2、擠壓軸3、擠壓針4、擠壓墊5、擠壓坯料6、分瓣式組合擠壓凹模7、應力套8、底座9等，與現有擠壓模具不同的是，該模具的擠壓凹模採用分瓣式組合擠壓凹模，對開的兩瓣凹模通過定位銷10連接，該模具的擠壓針前端41帶有錐度。
本發明提供了NiTi合金管坯高速率熱擠壓方法，其流程如下熔煉→鍛造→機加工擠壓坯料→擠壓坯料預熱→擠壓坯料塗潤滑劑→擠壓坯料加熱→模具預熱→模具塗潤滑劑→熱擠壓→退火。取NiTi合金，採用氧化鈣坩鍋真空感應熔煉成重約8kg鑄錠。加熱至850℃保溫1小時均勻化處理後鍛造開坯成圓棒，機加工擠壓坯料。具體熱擠壓步驟如下1)坯料潤滑及加熱將NiTi合金坯料低溫預熱至100℃～120℃，採用噴槍將玻璃潤滑劑均勻地噴塗在坯料表面上，其厚度為1～2mm左右。然後將表面塗有玻璃潤滑劑的坯料放入高溫爐中繼續加熱到擠壓溫度。本發明中採用惰性氣體保護加熱的方式，加熱溫度可以提高到1100℃而不氧化，極大的降低成形力。
本發明玻璃潤滑劑為市售產品，採用本領域常用潤滑劑，其生產廠家為北京天力創玻璃科技開發有限公司，規格型號為Ti-5D或Ti-1200。
2)模具潤滑及加熱將模具預熱至100℃～200℃噴塗潤滑劑(其厚度為1～2mm左右)，然後繼續加熱至300℃～500℃，均採用整體加熱。在本發明中，模具表面的潤滑劑採用石墨粉，擠壓後管坯容易脫模。
3)熱擠壓將加熱的坯料放入預熱的模具快速擠壓，擠壓速度為400～500mm/s。快速擠壓是本發明的重要特徵之一，同常規速度擠壓相比，坯料溫度不下降或下降很少，使坯料保持了很好的塑性，易於成形。
4)退火擠壓後管坯去應力退火，防止管坯縱向或橫向開裂。
實施例取NiTi合金，經上述工藝熔煉，鍛造成Φ55mm圓棒，機加工成Φ49mm×55mm，內徑為16mm的擠壓坯料。擠壓坯料預熱至120℃，噴槍噴塗玻璃潤滑劑(本實施例採用Ti-5D型玻璃潤滑劑)，然後放入高溫爐中，在惰性氣體保護環境下(本實施例採用氬氣)繼續加熱至960～1130℃，保溫20分鐘。模具預熱至120℃噴塗石墨粉潤滑，然後繼續加熱，擠壓軸和擠壓針加熱至300℃，擠壓凹模加熱至500℃，均為整體加熱。擠壓速度400～500mm/s，擠壓坯料取出到擠壓開始時間不超過10秒。擠壓後管坯去應力退火，其工藝為700℃裝爐，加熱到830℃，保溫30分鐘～1小時後水冷。其工藝參數如表1所示表1
採用本發明，管坯經過擠壓後，合金的組織為細小等軸晶(約30μm)，見圖6；明顯優於擠壓前(約100μm)，見圖5。
權利要求
1.一種NiTi合金管坯高速率熱擠壓模具，具有擠壓軸、擠壓針、擠壓凹模，其特徵在於該模具的擠壓凹模採用分瓣式組合擠壓凹模。
2.按權利要求1所述的NiTi合金管坯高速率熱擠壓模具，其特徵在於該模具的擠壓針前端帶有錐度。
全文摘要
本發明涉及合金管坯熱擠壓成形技術，具體為一種NiTi形狀記憶合金管坯熱擠壓模具，主要應用於NiTi合金管坯熱擠壓工藝成形。其工藝流程是熔煉→鍛造→機加工擠壓坯料→擠壓坯料預熱→擠壓坯料塗潤滑劑→擠壓坯料加熱→模具預熱→模具塗潤滑劑→熱擠壓→退火。擠壓坯料加熱採用在惰性氣體保護環境下加熱至960℃～1130℃，保溫20分鐘～30分鐘，擠壓速度為400～500mm/s。在模具結構上採用分瓣式組合擠壓凹模，使模具更換簡單，壽命可以提高3倍。本發明的優點材料利用率可達89％、管坯微觀組織質量好、模具壽命長、加熱溫度高、生產成本低，以及工藝、裝置簡單。
文檔編號B21C25/02GK101066548SQ200710109328
公開日2007年11月7日 申請日期2005年4月27日 優先權日2005年4月27日
發明者張士宏, 張偉紅, 陳宇, 陳威, 康達昌, 王忠堂 申請人:中國科學院金屬研究所