[发明专利]一种单级式细化及控制金属管材晶粒的方法

说明书

技术领域

本发明属于金属管材力学性能优化技术领域，特别是涉及一种单级式细化及控制金属管材晶粒的方法。

背景技术

近年来，随着环境污染、能源短缺和全球变暖问题的日趋严重，节能减排已成为全球工业发展中备受关注的热点。运输机械作为现代工业的重要组成部分，其在节能减排中有着举足轻重的作用，为了更加有效的利用现有能源，以及合理控制运输机械向环境中的排放，轻量化技术逐渐被应用到运输机械的制造过程中。而轻量化技术就是在保证安全的情况下，尽可能的减轻运输机械自身的重量。利用中空零件代替实心零件可以显著降低运输机械的重量，而其中就包括由金属管材加工制造的中空零件。为了满足运输机械对安全和零件成形过程的要求，中空零件应具有更好的强度和塑性，因此，用来生产中空零件的金属管材应该具有强度高、成形性能好的特点。

金属管材可以分为无缝管和焊接管，无缝管一般采用热扎、热挤压、冷拔与冷轧等方法生产，而焊接管一般采用各种焊接方法生产。利用这些传统方法生产的金属管材，其晶粒往往被拉长、粗化，其中焊接管的焊缝和热影响区往往会导致其微观组织和力学性能沿周向分布不均，这严重限制了金属管材在工业领域的应用范围，从某种意义上说也是对材料的一种浪费。

为了消除传统工艺方法生产的金属管材存在的微观组织和力学性能的缺陷，一般可通过热处理的方式以及采用控制轧制和控制冷却等工艺来克服缺陷。对于热处理方法而言，对消除金属管材残余应力，以及使金属管材微观组织均匀化确实有一定的作用，但是，该方法往往会导致金属管材晶粒粗化，并出现力学性能下降等不利后果。对于控制轧制和控制冷却的方法而言，由于其仅适用于热轧金属管材，导致适用范围有限。针对其他传统工艺生产的金属管材，还未见到有细化晶粒、提高力学性能的有效方法。

因此，亟需一种全新的方法，能够满足金属管材力学性能的优化，有效弥补因采用传统工艺方法生产的金属管材而存在的微观组织和力学性能的缺陷。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种单级式细化及控制金属管材晶粒的方法，能够实现对金属管材力学性能的优化，有效弥补因采用传统工艺方法生产的金属管材而存在的微观组织和力学性能的缺陷。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种单级式细化及控制金属管材晶粒的方法，包括如下步骤：

步骤一：选取待加工的金属管材，并对金属管材进行装卡固定；

步骤二：在金属管材上选取一处局部位置作为晶粒细化段，且在晶粒细化段两侧的金属管材上分别套装有弯管轴承；

步骤三：对金属管材的晶粒细化段进行环向加热，同时对晶粒细化段两侧的弯管轴承进行冷却；

步骤四：当金属管材的晶粒细化段温度达到设定值后，开始驱动金属管材绕其轴向中心线旋转，同时对弯管轴承施加径向力，使金属管材在旋转状态下实现弯曲；

步骤五：当金属管材的弯曲角度达到设定值后，开始对金属管材的弯曲时间进行计时；

步骤六：当金属管材的弯曲时间达到设定值后，开始对弯管轴承施加反向径向力，使金属管材在旋转状态下恢复平直；

步骤七：当金属管材恢复平直后，首先停止金属管材的环向加热及旋转动作，然后马上对金属管材进行快速冷却，最终实现金属管材晶粒的细化。

通过调整弯管轴承的位置来控制金属管材的弯曲角度。

通过调整金属管材的加热温度、旋转速度、弯曲角度及弯曲时间来控制金属管材晶粒的细化程度。

所述金属管材通过高频加热线圈进行环向加热。

所述高频加热线圈的加热速度为0～100℃/s。

所述金属管材的旋转速度范围为0～100rpm。

弯管轴承采用的冷却方式为水冷却。

当金属管材恢复平直后，金属管材采用的快速冷却方式为快速水冷。

所述金属管材的实时温度通过非接触式的红外测温仪进行监测。

本发明的有益效果：

本发明首次采用“旋转+弯曲”的方式实现金属管材晶粒的细化，当金属管材处在“旋转+弯曲”状态时，在金属管材的弯曲中性面内侧始终承受着压应力作用，而在金属管材的弯曲中性面外侧始终承受着拉应力作用，当金属管材旋转一周后，在金属管材的弯曲段便会经历一次剧烈的拉伸和压缩变形过程，而这种拉伸和压缩变形恰好属于大塑性变形范畴，从而通过这种大塑性变形实现了金属管材晶粒的细化，进而改善了金属管材的力学性能。

附图说明

图1为金属管材晶粒细化前的初始状态图；

图2为金属管材通过“旋转+弯曲”方式进行晶粒细化时的状态图；