專利名稱：一種NiTi合金管坯高速率熱擠壓模具的制作方法
技術領域：
本發(fā)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，主要應用于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)。目前這種合金制作管接頭用管和以管為一次加工產品時，通常采用機械加工鉆孔的方法，其缺點是加工效率低、費時費料、成本高，并且合金的性能依賴于鍛坯微觀組織的好壞。中國專利申請(申請?zhí)枮?1140301.2)公開了一種由粉末直接制備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，但由于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，對于銅、鋁及其合金來說，已是很成熟的技術，但對于NiTi合金來說，熱擠壓的歷史還比較短。主要是由于合金變形抗力大(800℃下的熱加工變形抗力相當于低合金鋼室溫冷加工的變形抗力)，擠壓溫度高，采用傳統(tǒng)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、偏心和皺折等缺陷，廢品率高，是一種難加工型材。中國專利申請(申請?zhí)枮?2109984.3)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(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種NiTi合金管坯高速率熱擠壓模具，它可以降低成本，并提高產品的質量和生產效率。
本發(fā)明的技術方案是一種NiTi合金管坯高速率熱擠壓方法，其特征在于工藝流程是熔煉→鍛造→機加工擠壓坯料→擠壓坯料預熱→擠壓坯料涂潤滑劑→擠壓坯料加熱→模具預熱→模具涂潤滑劑→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℃，將潤滑劑均勻地噴涂在坯料表面上；然后將表面涂有潤滑劑的坯料放入高溫爐中繼續(xù)加熱至960～1130℃，保溫20～30分鐘，采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℃噴涂潤滑劑后繼續(xù)加熱至300℃～500℃，均采用整體加熱方式；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，擠壓后管坯進行去應力退火，于700～750℃裝爐，加熱至800～850℃，保溫30分鐘～1小時后水冷。
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采用石墨粉，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，該模具的擠壓凹模采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(fā)明的優(yōu)點在于(1)材料利用率高。采用本發(fā)明材料利用率可達89％，同機械加工鉆孔制作管坯的方法相比，材料利用率提高18％。
(2)管坯微觀組織質量好。采用本發(fā)明，管坯經過擠壓后，合金的組織為細小等軸晶(約30μm)，明顯優(yōu)于擠壓前(約100μm)。
(3)本發(fā)明采用高速率擠壓，使坯料溫降減少27％，變形抗力小，模具壽命長。
(4)本發(fā)明采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。與機加工鉆孔生產管坯的方法相比，采用本發(fā)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(fā)明在模具結構上采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，采用前端帶錐度的擠壓針，利于管坯成形。
(7)本發(fā)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為擠壓后管坯組織金相圖片。
具體實施例方式
如圖1-4所示，本發(fā)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，該模具的擠壓凹模采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(fā)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→擠壓坯料涂潤滑劑→擠壓坯料加熱→模具預熱→模具涂潤滑劑→熱擠壓→退火。取NiTi合金，采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小時均勻化處理后鍛造開坯成圓棒，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℃，采用噴槍將玻璃潤滑劑均勻地噴涂在坯料表面上，其厚度為1～2mm左右。然后將表面涂有玻璃潤滑劑的坯料放入高溫爐中繼續(xù)加熱到擠壓溫度。本發(fā)明中采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(fā)明玻璃潤滑劑為市售產品，采用本領域常用潤滑劑，其生產廠家為北京天力創(chuàng)玻璃科技開發(fā)有限公司，規(guī)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℃噴涂潤滑劑(其厚度為1～2mm左右)，然后繼續(xù)加熱至300℃～500℃，均采用整體加熱。在本發(fā)明中，模具表面的潤滑劑采用石墨粉，擠壓后管坯容易脫模。
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?？焖贁D壓是本發(fā)明的重要特征之一，同常規(guī)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，易于成形。
4)退火擠壓后管坯去應力退火，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℃，噴槍噴涂玻璃潤滑劑(本實施例采用Ti-5D型玻璃潤滑劑)，然后放入高溫爐中，在惰性氣體保護環(huán)境下(本實施例采用氬氣)繼續(xù)加熱至960～1130℃，保溫20分鐘。模具預熱至120℃噴涂石墨粉潤滑，然后繼續(xù)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。擠壓后管坯去應力退火，其工藝為700℃裝爐，加熱到830℃，保溫30分鐘～1小時后水冷。其工藝參數如表1所示表1

采用本發(fā)明，管坯經過擠壓后，合金的組織為細小等軸晶(約30μm)，見圖6；明顯優(yōu)于擠壓前(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，其特征在于該模具的擠壓凹模采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，其特征在于該模具的擠壓針前端帶有錐度。
全文摘要
本發(fā)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，主要應用于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→擠壓坯料涂潤滑劑→擠壓坯料加熱→模具預熱→模具涂潤滑劑→熱擠壓→退火。擠壓坯料加熱采用在惰性氣體保護環(huán)境下加熱至960℃～1130℃，保溫20分鐘～30分鐘，擠壓速度為400～500mm/s。在模具結構上采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(fā)明的優(yōu)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(yōu)先權日2005年4月27日
發(fā)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