一种高性能铜/钛复合管的制备方法

摘要

一种采用热旋锻进行铜管和钛管复合成形的方法。该方法将由铜管和钛管组成的复合坯料快速加热到一定温度后，采用旋锻方法施加大道次变形量加工，在高温扩散作用和大变形压力作用下实现复合管的冶金结合。同时通过在旋锻机的出口处进行喷水强制冷却，避免了界面上金属间化合物的产生。该方法不仅工艺和设备简单、生产灵活性大、成本低，而且所生产的铜钛复合管界面无脆性金属间化合物生成，结合强度显著高于胀管等传统方法所生产的复合管，在高温下使用也不会产生分层现象，具有良好的可靠性和导热效率。本发明所述铜/钛双金属复合管包括以铜作为复合管的内层和外层的情况，而所述铜包括纯铜和变形铜合金，钛包括纯钛和变形钛合金。

主权项

一种高性能铜/钛复合管的制备方法，其特征在于先将表面处理好的铜管套在钛管外面或内部，然后在钛管或铜管中插入芯棒，组装成旋锻坯料，再将坯料放入已升到预定温度的加热炉中进行加热，经短时间加热保温后迅速对其进行单道次大变形的旋锻加工，旋锻出口处进行喷水冷却，最后经过一道次的拉拔精整得到界面无金属间化合物、达到冶金结合状态的铜/钛双金属复合管；具体步骤如下：步骤1：外层管(1)、内层管(2)进行表面处理，包括除油、酸洗和钢丝刷打磨；用5％NaOH溶液对铜管和钛管进行除油；铜管用10％HCl溶液进行酸洗，钛管用25～28％HNO₃+3～5％HF溶液进行酸洗；打磨时只需打磨外层管(1)的内表面和内层管(2)的外表面；除油后若表面较洁净且氧化物较少，则省略酸洗去除氧化膜的步骤，直接进行钢丝刷打磨，打磨以暴露出新鲜的金属基体为标准；步骤2：将内层管(2)装入外层管(1)中，二者间隙为0.1mm～1.0mm，在能够顺利装配的前提下要尽量减小两管的间隙；芯棒(3)表面均匀涂布润滑剂后插入内层管(2)中，芯棒(3)与内层管(2)的间隙为0.1mm～1.0mm；外层管和内层管的壁厚比可根据实际使用需求而定；采用嵌入式的边界条件进行套管，即内层管(2)的两端应比外层管(1)稍短，这样旋锻开始阶段内层管就会因锻造压力而嵌入到外层管基体内；步骤3：将组装好的外层管(1)、内层管(2)及芯棒(3)放入已经升至预定温度的保温炉中进行加热，保温温度在700～900℃之间，保温时间根据管材壁厚确定，范围为5～10分钟，壁厚越大，保温时间越长；旋锻复合管坯也可采用在线感应加热方式加热到上述温度范围，保温时间可相应缩短至1～2分钟；为了避免界面氧化，在加热前要往套管间隙中吹入氩气，然后再进行加热；步骤4：达到预设保温时间后，从加热炉中迅速取出套管，放入旋锻机进行单道次大变形加工，减壁率为50％～80％；出料速度在1～3m/min之间；在旋锻出口处采用喷水强制冷却，一方面可以防止复合管组织因余热而再结晶长大，另一方面可以避免复合管长时间处于高温条件下导致界面形成脆性金属间化合物，降低界面结合强度，此外，还有助于复合管外表面的高温氧化膜的破裂和去除；步骤5：热旋锻后，管材表面会留下许多凹凸不平的锤印，要施加1道次减壁率在10％～20％之间的拉拔精整，提高管材的尺寸精度和表面质量；热旋锻制得的复合管外表面会受到明显的氧化，需经内外表面酸洗、清洗处理，然后切头切尾，获得双金属复合管。