技术领域
[0001] 本
发明属于
镍钛合金管材加工技术领域，具体涉及一种镍钛合金管材连续热拉拔成型方法。
背景技术
[0002] 镍钛合金毛细管在航空航天、医疗和民用工业等领域有广泛的用途。镍钛合金管材是一种难加工的
型材。1963年，美国海军军械研究室发现镍钛合金的形状记忆效应和超弹性性能。此后，镍钛合金的塑性成型问题就一直是各国塑性加工领域研究的热点和难点，尤其是镍钛合金的常规管材和特种管材的加工技术问题。镍钛合金管材在航空
航天器液体
管接头、
生物医用
导管和血管
支架、卫星空间桁架连接
套管、微型航天器、昆虫
机器人等微型武器和装备中做连接、紧固、驱动元件等方面都有重要的应用。目前，国内仅能生产尺寸规格较大的镍钛合金管材，而且尺寸公差不能有效控制，使用受到一定限制，镍钛合金毛细管市场基本处于空白，主要依靠进口，但进口渠道不畅且
费用高。在国内，镍钛合金管材的加工方法主要采用多道次
冷轧加中间
真空退火，工艺效率低、成本高、而且成品率很低。
发明内容
[0003] 本发明所要解决的技术问题在于针对上述
现有技术的不足，提供一种省时省工、生产效率较高且成本较低，可以制备尺寸
精度高且表面
质量好的镍钛合金管材的连续热拉拔成型方法。该方法采用
感应加热，加热速度快，可以连续加热实现连续热拉拔，提高了生产效率；另外，可以利用
电流的
集肤效应在
热处理阶段有效地降低管材表面的加工硬化状态，有利于材料后续的塑性加工。该方法所用的连续热拉拔成型装置采用
石墨管，不仅可以起到对材料保温的作用，而且具有润滑作用，能够有效避免管材在炉管内轴向拉伸运动时表面划伤。
[0004]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:一种镍钛合金管材连续热拉拔成型方法，其特征在于，该方法包括以下步骤:
[0005] 步骤一、将芯棒插入镍钛合金
管坯中，得到组合体；所述芯棒的长度大于管坯的长度；
[0006] 步骤二、采用连续热拉拔成型装置对步骤一中所述组合体进行热拉拔；所述连续热拉拔成型装置包括
石英管，设置于石英管内的石墨管，和缠绕于石英管外的感应线圈，以及用于为感应线圈供电的高频感应加热电源；所述石英管包括入口管，通过渐扩段与入口管相连的等径段，和通过渐缩段与等径段相连的出口管；所述石墨管的左端与入口管的右端内壁贴合，石墨管的右端与出口管的左端内壁贴合；所述石墨管与石英管的渐扩段、等径段和渐缩段之间形成空腔；所述石墨管上设置有一端与石墨管相通另一端穿出等径段管壁且用于向石墨管内通入保护气体的第一气体管道；所述石英管的等径段上设置有用于向空腔内通入保护气体的第二气体管道；所述石英管的等径段上设置有用于测量石墨管外壁
温度的测温管；所述石英管的出口管处设置有拉拔机；所述热拉拔的方法为:将组合体的芯棒头部从入口管穿入，穿过石墨管后从出口管穿出，然后穿过拉拔机的拉拔模具并夹持于拉拔机的夹具上；向石英管和石墨管中通入保护气体，待石英管和石墨管中的空气排净后开启高频感应加热电源，通过感应线圈对石墨管和组合体进行加热，待石墨管的外壁温度达到720°C〜760°C时，开启拉拔机，拉拔机的拉拔小车带动组合体匀速运行将组合体送入拉拔模具中进行拉拔；
[0007] 步骤三、对步骤二中拉拔后的组合体重复步骤二 10次以上；
[0008] 步骤四、将步骤三中重复拉拔后的组合体加热至750°C〜800°C，然后对加热后的组合体中的芯棒进行塑性拉伸使芯棒减径，最后将减径后的芯棒取出，得到镍钛合金管材。
[0009] 上述的一种镍钛合金管材连续热拉拔成型方法，步骤一中所述镍钛合金管坯内表面的粗糙度Ra < 3.2，芯棒外表面的粗糙度Ra < 3.2，管坯的外径与芯棒的直径之比为1.4 〜3.0。
[0010] 上述的一种镍钛合金管材连续热拉拔成型方法，步骤一中所述镍钛合金管坯的材质为N1-50.8Ti或N1-44Ti，芯棒的材质为316L不锈
钢。
[0011] 上述的一种镍钛合金管材连续热拉拔成型方法，步骤一中所述芯棒表面电
镀有厚度为2 μ m〜10 μ m的
铜润滑涂层。
[0012] 上述的一种镍钛合金管材连续热拉拔成型方法，步骤一中所述组合体中芯棒头部露出管还IOOmm〜300mm,芯棒尾部露出管还200mm〜500mm。
[0013] 上述的一种镍钛合金管材连续热拉拔成型方法，步骤二中所述感应线圈为中空的铜管，感应线圈的两端管口分别与用于冷却感应线圈的冷却
循环水机的进水口和出水口相连通；所述感应线圈的缠绕
位置与石墨管的位置相对应；所述高频感应加热电源的
频率为50KHz〜IOOKHz ;所述石英管的壁厚为3mm〜5mm,石墨管的壁厚为4mm〜8mm ;所述测温管的数量为两个，其中一个位于等径段端部，另一个位于等径段中部；所述石墨管的左、右两端管壁上均设置有两个斜孔，斜孔的一端位于石墨管的端面，另一端位于石墨管的管壁上且与空腔相连通；所述第一气体管道内径的平方大于石墨管左右两端管口内径的平方和，所述第一气体管道与第二气体管道的内径的平方和大于入口管入口处与出口管出口处的内径的平方和；所述入口管和出口管均为同心异径管，所述入口管的入口处内径小于入口管与渐扩段相接处的管口内径，所述出口管的出口处内径小于出口管与渐缩段相接处的管口内径。
[0014] 上述的一种镍钛合金管材连续热拉拔成型方法，步骤二中所述连续热拉拔成型装置还包括用于
支撑石英管的支架和设置于石英管的入口管处的放料架。
[0015] 上述的一种镍钛合金管材连续热拉拔成型方法，步骤二中所述组合体的运行速度为控制镍钛合金管坯从石墨管一端到达石墨管另一端的时间为IOs〜30s。
[0016] 上述的一种镍钛合金管材连续热拉拔成型方法，步骤二中开启拉拔机后，采用耐火钳夹住组合体将组合体送入拉拔模具中。
[0017] 上述的一种镍钛合金管材连续热拉拔成型方法，步骤二中所述拉拔的
变形量不大于 15%。
[0018] 本发明与现有技术相比具有以下优点:
[0019] 1、本发明的方法省时省工、生产效率较高且成本较低。
[0020] 2、采用本发明的方法可以制备尺寸精度高且表面质量好的镍钛合金管材。[0021] 3、本发明采用感应加热，加热速度快，可以连续加热实现连续热拉拔，提高了生产效率；另外，可以利用电流的集肤效应在热处理阶段有效地降低管材表面的加工硬化状态，有利于材料后续的塑性加工。
[0022] 4、本发明的连续热拉拔成型装置采用石墨管，不仅可以起到对材料保温的作用，而且具有润滑作用，能够有效避免管材在炉管内轴向拉伸运动时表面划伤。
附图说明
[0023]
[0024]
[0025]
[0026]
[0027]
[0028]
[0029]
[0030]
[0031]
[0032]图1为本发明的连续热拉拔成型装置的整体结构示意图。图2为本发明的连续热拉 拔成型装置的内部结构示意图。附图标记说明:
I—石英管;
1-3—等径段；
2一感应线圈；
5—第一气体管道
1-1—入口管；
1-4一渐缩段；
3—石墨管；
6—第二气体管道
1-2—渐扩段1-5—出口管4一空腔；
7—测温管；
8 —闻频感应加热电源；9一冷却循环水机；10—斜孔；11一组合体； 12—拉拔机； 13—支架；
14 一放料架。
具体实施方式
[0034] 如图1和图2所示，本实施例所用的连续热拉拔成型装置包括石英管1，设置于石英管I内的石墨管3，和缠绕于石英管I外的感应线圈2，以及用于为感应线圈2供电的高频感应加热电源8 ;所述石英管I包括入口管1-1，通过渐扩段1-2与入口管1-1相连的等径段1-3，和通过渐缩段1-4与等径段1-3相连的出口管1-5 ;所述石墨管3的左端与入口管1-1的右端内壁贴合，石墨管3的右端与出口管1-5的左端内壁贴合；所述石墨管3与石英管I的渐扩段1-2、等径段1-3和渐缩段1-4之间形成空腔4 ;所述石墨管3上设置有一端与石墨管3相通另一端穿出等径段1-3管壁且用于向石墨管3内通入保护气体的第一气体管道5 ;所述石英管I的等径段1-3上设置有用于向空腔4内通入保护气体的第二气体管道6 ;所述石英管I的等径段1-3上设置有用于测量石墨管3外壁温度的测温管7 ;所述石英管I的出口管1-5处设置有拉拔机12。
[0035] 如图1和图2所示，本实施例中，所述感应线圈2为中空的铜管，感应线圈2的两端管口分别与用于冷却感应线圈2的冷却循环水机9的进水口和出水口相连通；所述感应线圈2的缠绕位置与石墨管3的位置相对应；所述高频感应加热电源8的频率为50KHz〜IOOKHz ;所述石英管I的壁厚为3mm〜5mm (优选3mm、4mm、5mm),石墨管3的壁厚为4mm〜8mm (优选4mm、5mm、6mm、7mm、8mm);所述测温管7的数量为两个,其中一个位于等径段1-3端部，另一个位于等径段1-3中部，便于监测石墨管3的轴向均温性；所述石墨管3的左、右两端管壁上均设置有两个斜孔10，斜孔10的一端位于石墨管3的端面，另一端位于石墨管3的管壁上且与空腔4相连通，便于快速排净石英管I内的空气；所述第一气体管道5内径的平方大于石墨管3左右两端管口内径的平方和，所述第一气体管道5与第二气体管道6的内径的平方和大于入口管1-1入口处与出口管1-5出口处的内径的平方和，从而在结构上保证从第一气体管道5和第二气体管道6通入的气体量大于从入口管1-1和出口管1-5排出的气体量，进而保证石英管I和石墨管3内完全处于保护气氛中；所述入口管1-1和出口管1-5均为同心异径管，所述入口管1-1的入口处内径小于入口管1-1与渐扩段1-2相接处的管口内径，所述出口管1-5的出口处内径小于出口管1-5与渐缩段1-4相接处的管口内径。
[0036] 如图1和图2所示，本实施例中，所述连续热拉拔成型装置还包括用于支撑石英管I的支架13和设置于石英管I的入口管1-1处的放料架14。
[0037] 本实施例的连续热拉拔成型方法为:
[0038] 步骤一、将Φ7.5mm的316L
不锈钢芯棒插入外径10.5mm,内径8.5mm的Ni_44Ti合金管坯中，得到组合体11 ;所述组合体中芯棒头部露出管坯200mm，芯棒尾部露出管坯400mm ;所述Ni_44Ti合金管坯内表面的粗糙度Ra < 3.2，芯棒外表面的粗糙度Ra < 3.2 ;所述芯棒表面
电镀有厚度为5 μ m的铜润滑涂层；
[0039] 步骤二、将组合体11的芯棒头部从入口管1-1穿入，穿过石墨管3后从出口管1-5穿出，然后穿过拉拔机12的拉拔模具并夹持于拉拔机12的夹具上，组合体11的芯棒尾部支撑于放料架14上；向石英管I和石墨管3中通入保护气体氩气，待石英管I和石墨管3中的空气排净后开启高频感应加热电源8，通过感应线圈2对石墨管3和组合体11进行加热，待石墨管3的外壁温度达到740°C时，开启拉拔机12，采用耐火钳夹住组合体11，拉拔机12的拉拔小车带动组合体11匀速运行将组合体11送入拉拔模具中进行拉拔；所述组合体11的运行速度为控制镍钛合金管坯从石墨管3 —端到达石墨管3另一端的时间为20s ;所述拉拔模具的规格为Φ IOmm ；
[0040] 步骤三、对步骤二中拉拔后的组合体重复步骤二 19次，拉拔模具规格依次为:Φ9.6mm、Φ9.3mm、Φ9.0mm、Φ8.6mm、Φ8.2mm、Φ7.8mm、Φ7.4mm、Φ 7.0mm、Φ6.6mm、Φ 6.0mm、Φ 5.8mm、Φ 5.6mm、Φ 5.4mm、Φ 5.2mm、Φ 5.0mm、Φ 4.8mm、Φ 4.7mm、Φ 4.6mm、Φ4.5mm ；
[0041] 步骤四、将步骤三中重复拉拔后的组合体加热至780°C，然后对组合体中的芯棒进行塑性拉伸使芯棒减径，最后将减径后的芯棒取出，得到外径为4.5_，壁厚为0.8_，尺寸公差为±0.03mm，外表面的粗糙度Ra < 3.0，内表面的粗糙度Ra < 3.4的Ni_44Ti合金管材。
[0042] 实施例2
[0043] 本实施例所用连续热拉拔成型装置与实施例1相同。
[0044] 本实施例的连续热拉拔成型方法为:
[0045] 步骤一、将Φ6.5mm的316L不锈钢芯棒插入外径IOmm,内径7mm的Ni_44Ti合金管还中，得到组合体11 ;所述组合体中芯棒头部露出管还300mm,芯棒尾部露出管还500mm ；所述N1-44Ti合金管坯内表面的粗糙度Ra < 3.2，芯棒外表面的粗糙度Ra < 3.2 ;所述芯棒表面电镀有厚度为10 μ m的铜润滑涂层；
[0046] 步骤二、将组合体11的芯棒头部从入口管1-1穿入，穿过石墨管3后从出口管1-5穿出，然后穿过拉拔机12的拉拔模具并夹持于拉拔机12的夹具上，组合体11的芯棒尾部支撑于放料架14上；向石英管I和石墨管3中通入保护气体氩气，待石英管I和石墨管3中的空气排净后开启高频感应加热电源8，通过感应线圈2对石墨管3和组合体11进行加热，待石墨管3的外壁温度达到720°C时，开启拉拔机12，采用耐火钳夹住组合体11，拉拔机12的拉拔小车带动组合体11匀速运行将组合体11送入拉拔模具中进行拉拔；所述组合体11的运行速度为控制镍钛合金管坯从石墨管3 —端到达石墨管3另一端的时间为30s ;所述拉拔模具的规格为Φ9.8mm ;
[0047] 步骤三、对步骤二中拉拔后的组合体重复步骤二 25次，拉拔模具规格依次为:Φ9.6mm、Φ9.3mm、Φ9.0mm、Φ8.6mm、Φ8.2mm、Φ7.8mm、Φ7.4mm、Φ 7.0mm、Φ6.6mm、Φ 6.0mm、Φ 5.6mm、Φ 5.2mm、Φ 5.0mm、Φ 4.8mm、Φ 4.7mm、Φ 4.6mm、Φ4.5mm、Φ 4.4mm、Φ4.3mm、Φ4.2mm、Φ4.1mm、Φ4.0mm、Φ3.9mm、Φ3.8mm、Φ3.7mm ;
[0048] 步骤四、将步骤三中重复拉拔后的组合体加热至800°C，然后对组合体中的芯棒进行塑性拉伸使芯棒减径，最后将减径后的芯棒取出，得到外径为3.7_，壁厚为0.5_，尺寸公差为±0.02mm，外表面的粗糙度Ra < 3.0，内表面的粗糙度Ra < 3.4的Ni_44Ti合金管材。
[0049] 实施例3
[0050] 本实施例所用连续热拉拔成型装置与实施例1相同。
[0051] 本实施例的连续热拉拔成型方法为:
[0052] 步骤一、将Φ6.5mm的316L不锈钢芯棒插入外径IOmm,内径7mm的Ni_50.8Ti合金管还中，得到组合体11 ;所述组合体中芯棒头部露出管还100mm,芯棒尾部露出管还200mm ；所述N1-50.8Ti合金管坯内表面的粗糙度Ra < 3.2，芯棒外表面的粗糙度Ra < 3.2 ;所述芯棒表面电镀有厚度为2 μ m的铜润滑涂层；
[0053] 步骤二、将组合体11的芯棒头部从入口管1-1穿入，穿过石墨管3后从出口管1-5穿出，然后穿过拉拔机12的拉拔模具并夹持于拉拔机12的夹具上，组合体11的芯棒尾部支撑于放料架14上；向石英管I和石墨管3中通入保护气体氩气，待石英管I和石墨管3中的空气排净后开启高频感应加热电源8，通过感应线圈2对石墨管3和组合体11进行加热，待石墨管3的外壁温度达到760°C时，开启拉拔机12，采用耐火钳夹住组合体11，拉拔机12的拉拔小车带动组合体11匀速运行将组合体11送入拉拔模具中进行拉拔；所述组合体11的运行速度为控制镍钛合金管坯从石墨管3 —端到达石墨管3另一端的时间为30s ;所述拉拔模具的规格为Φ9.8mm ;
[0054] 步骤三、对步骤二中拉拔后的组合体重复步骤二 17次，拉拔模具规格依次为:Φ9.6mm、Φ9.3mm、Φ9.0mm、Φ8.6mm、Φ8.2mm、Φ7.8mm、Φ7.4mm、Φ 7.0mm、Φ6.6mm、Φ6.0mm、Φ5.6mm、Φ5.2mm、Φ5.0mm、Φ4.8mm、Φ4.7mm、Φ4.6mm、Φ4.5mm ；
[0055] 步骤四、将步骤三中重复拉拔后的组合体加热至800°C，然后对组合体中的芯棒进行塑性拉伸使芯棒减径，最后将减径后的芯棒取出，得到外径为4.5_，壁厚为0.8_，尺寸公差为±0.03mm，外表面的粗糙度Ra < 3.0，内表面的粗糙度Ra < 3.4的Ni_50.8Ti合金管材。
[0056] 实施例4
[0057] 本实施例所用连续热拉拔成型装置与实施例1相同。
[0058] 本实施例的连续热拉拔成型方法为:
[0059] 步骤一、将Φ4mm的316L不锈钢芯棒插入外径12mm,内径4.5mm的Ni_50.8Ti合金管还中，得到组合体11 ;所述组合体中芯棒头部露出管还200mm,芯棒尾部露出管还400mm ；所述N1-50.8Ti合金管坯内表面的粗糙度Ra < 3.2，芯棒外表面的粗糙度Ra < 3.2 ;所述芯棒表面电镀有厚度为6 μ m的铜润滑涂层；
[0060] 步骤二、将组合体11的芯棒头部从入口管1-1穿入，穿过石墨管3后从出口管1-5穿出，然后穿过拉拔机12的拉拔模具并夹持于拉拔机12的夹具上，组合体11的芯棒尾部支撑于放料架14上；向石英管I和石墨管3中通入保护气体氩气，待石英管I和石墨管3中的空气排净后开启高频感应加热电源8，通过感应线圈2对石墨管3和组合体11进行加热，待石墨管3的外壁温度达到750°C时，开启拉拔机12，采用耐火钳夹住组合体11，拉拔机12的拉拔小车带动组合体11匀速运行将组合体11送入拉拔模具中进行拉拔；所述组合体11的运行速度为控制镍钛合金管坯从石墨管3 —端到达石墨管3另一端的时间为30s ;所述拉拔模具的规格为φ 11.5mm ；
[0061] 步骤三、对步骤二中拉拔后的组合体重复步骤二 10次，拉拔模具规格依次为:Φ 11.0mm、Φ 10.5mm、Φ 10.0mm、Φ8.5mm、Φ7.5mm、Φ6.6mm、Φ6.0mm、Φ5.8mm、Φ5.6mm、Φ5.5mm ；
[0062] 步骤四、将步骤三中重复拉拔后的组合体加热至800°C，然后对组合体中的芯棒进行塑性拉伸使芯棒减径，最后将减径后的芯棒取出，得到外径为5.5_，壁厚为0.3_，尺寸公差为±0.02mm，外表面的粗糙度Ra < 3.0，内表面的粗糙度Ra < 3.4的Ni_50.8Ti合金管材。
[0063] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单
修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
