[发明专利]一种双金属复合管的制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及双金属复合管材制备技术领域，特别是提供了一种可用于钛/铜、铝/铜双金属复合管生产的方法。

技术背景：

随着航空航天、海洋工程、能源电力、石油化工等产业不断发展，单一材料在性能上越来越难以满足实际的使用要求，将具有不同性能的两种或多种材料复合在一起，显著提高综合使用性能的复合材料日益受到重视。双金属复合管是典型的层状复合材料，内外层管材之间通过机械压合、原子间扩散结合或发生冶金反应而形成紧密结合。由于具有单一金属管所不具备的综合性能，复合管广泛应用于石油、化工、核工业、医疗器械、食品加工、制冷工业等领域的输送用管、加热炉用管及器械用管。其中，典型一类双金属管材是一种金属满足强度要求或具备优良导热性能，另一种金属具有良好的抗腐蚀或耐磨损性能，这样使双金属管材不仅具有所要求的高强度、高热导率，而且还具有良好的防腐蚀、耐磨损等性能。

双金属复合管的制备工艺主要有拉拔、滚压、旋压、液压胀形、抽真空法等冷加工复合法和热挤压、热扩散焊接、离心铸造等热加工复合法。拉拔复合法是先将两根金属管套在一起，然后通过模具对内管进行扩径拉拔，利用两种金属的弹性变形差异而实现二者的紧密配合[见：俞家正，金属复合管及制作方法和管接结构，中国发明专利，CN1186921A，1998-07-08]，其特点是工艺简单，但存在的问题是：由于拉拔时单道次变形量较小，复合管界面为完全的机械结合，结合强度低。滚压复合法是将两种金属管套装组合在一起后，先以液压胀形等加工方法，使内外两种金属管之间的间隙缩小达到小间隙松配合，然后对内壁施加滚压变形，使内管贴合在外管内表面上，获得紧密配合 [见：张新生，一种可用于双金属管和内壁耐磨金属管生产的方法，中国发明专利，CN1174767A，1998-03-04]，其特点是滚压力稳定、驱动力低，存在问题是：需要预先的胀管复合且内管易加工硬化而产生开裂；界面结合状态与拉拔复合法基本相同。旋压复合法是先将内管旋压到芯棒上，然后再将外管套在内管上旋压，使其二者紧密贴合[见：毛柏平，王振生，一种碳钢内衬不锈钢复合管旋压加工方法，中国发明专利，CN101745577A，2010-06-23]，其特点是设备简单、成本低，存在问题是：旋压力和变形量均较小，结合强度低。液压胀形法是对管内加压，使两管均产生塑性变形而紧密贴合在一起，当卸除压力后，由于内外管的弹性回复不同而实现机械结合[见：王学生，李培宁，液压胀合有缝不锈钢管衬里复合管的制造技术，压力容器，2001，18（4）：50-52]。抽真空法是在复合管坯壁上打孔至与两管夹层空间相连，通过加热使夹层内气体排出或者对夹层抽真空后，焊封钻孔，使得内外管壁在大气压力作用下紧密结合[见：黄勇霖，易思竞，双金属复合管及其制作方法，中国发明专利，CN1358946A，2012-07-17]。液压胀形或抽真空法存在的主要问题均为：对设备的密封性要求高，适用范围有限，复合管的界面结合强度很低。热挤压、热扩散焊接[见：刘世程，刘德义，陈汝淑等，复合双金属管的生产方法，中国发明专利，CN1367050A，2002-09-04]、离心铸造[见：武宏，许云华，彭建洪，超薄超长离心冶金复合双金属管的制造方法，中国发明专利，CN101073822A，2007-11-21]等热加工复合法一般都在较高的温度下成形，两种金属越过结合界面进行了原子扩散，因此界面具有很高的结合强度，但热加工复合法均存在工艺复杂、设备投资大、能耗高等问题，且在高温下保持时间较长，界面处容易产生脆性金属间化合物，影响双金属管的使用性能。

发明内容：

为了解决上述工艺存在的问题，本发明的目的是提供一种采用冷旋转锻造（简称“旋锻”）工艺对双金属管，特别是钛/铜、铜/铝复合管进行复合成形的方法，该方法不仅能获得结合强度高的双金属复合管，而且设备简单、生产灵活性大、成本低。本发明所述铜/钛、铜/铝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，铝包括纯铝和变形铝合金。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是：先将表面处理后的两种金属管套在一起，然后在内管中插入芯棒，采用旋锻对双金属管进行一次或多次的旋锻加工。旋锻加工具有工艺简单、节省材料、成本低廉等优点，适合多种材料加工，是一种经济、快速成形轴类及管类零件的方法。旋锻变形过程中小面积（小变形区）多次锻打产生的三向压应力变形，有利于实现大道次变形量（远大于拉拔和液压胀形的道次变形量），有利于生产出结合强度高的复合管。

本发明的具体步骤如下：