一種用鋼球制備的高強(qiáng)度多孔鋼棒的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種用鋼球制備的高強(qiáng)度多孔鋼棒，包括鋼質(zhì)基管、若干個(gè)鋼球和基管端蓋；鋼質(zhì)基管至少有一個(gè)開(kāi)口端；若干個(gè)鋼球設(shè)置于鋼質(zhì)基管內(nèi)部，并通過(guò)冶金結(jié)合與鋼質(zhì)基管相連接；基管端蓋通過(guò)螺紋與鋼質(zhì)基管相連接，燒結(jié)后直接擠壓成棒材。本實(shí)用新型一種用鋼球制備的高強(qiáng)度多孔鋼棒，抗拉強(qiáng)度高，并具有一定的減重效果，孔隙率達(dá)到5～15%，減重為10～20%，抗拉強(qiáng)度為500～650MPa。該鋼棒可用于結(jié)構(gòu)用材料中，既要求強(qiáng)度，又要求重量輕的場(chǎng)合，比如油田上用的抽油桿、冶金機(jī)械、石油化工、能源環(huán)保和國(guó)防軍工等方面。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種用鋼球制備的高強(qiáng)度多孔鋼棒
【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001]本實(shí)用新型屬于金屬棒材加工領(lǐng)域，具體涉及一種用鋼球制備的高強(qiáng)度多孔鋼棒。
【【背景技術(shù)】】
[0002]目前，金屬多孔材料主要有粉末燒結(jié)多孔材料、金屬纖維多孔材料、復(fù)合金屬多孔材料、泡沫金屬材料、蜂窩金屬多孔材料及金屬多孔膜幾大類(lèi)，其制備方法也各具其特點(diǎn)，為適應(yīng)新的應(yīng)用要求，除了傳統(tǒng)的制備技術(shù)外，還發(fā)展了很多新方法，但是這些方法制備的多孔材料抗拉強(qiáng)度一般為200~300MPa。多孔金屬力學(xué)性能隨孔隙率變化的特性大大限制了其應(yīng)用范圍，比如很多結(jié)構(gòu)材料，要求重量輕，同時(shí)還要強(qiáng)度高，一般的多孔材料無(wú)法滿足。例如多孔鋁的抗拉強(qiáng)度只有鋁的1/100左右，比強(qiáng)度約為鋁的1/10。對(duì)于鐵的多孔材料孔隙率一般為3~30%，屈服強(qiáng)度范圍為70~200MPa，抗拉強(qiáng)度范圍為150~320MPa，并且隨著孔隙率升高強(qiáng)度逐漸降低。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的金屬多孔材料隨著孔隙率升高而抗拉強(qiáng)度逐漸降低的問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種用鋼球制備的高強(qiáng)度多孔鋼棒，該鋼棒不僅具有普通金屬多孔材料的特性，同時(shí)具有較高的孔隙率和抗拉強(qiáng)度，并達(dá)到一定的減重效果。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:
[0005]一種用鋼球制備的高強(qiáng)度多孔鋼棒，包括鋼質(zhì)基管、若干鋼球和基管端蓋；所述鋼質(zhì)基管至少有一個(gè)開(kāi)口端；所述若干個(gè)鋼球設(shè)置于鋼質(zhì)基管內(nèi)部，相鄰鋼球之間、鋼球與鋼質(zhì)基管之間通過(guò)冶金結(jié)合相連接；所述基管端蓋安裝于密封鋼質(zhì)基管的開(kāi)口端，將若干鋼球封閉于鋼質(zhì)基管內(nèi)。
[0006]優(yōu)選地，所述基管端蓋通過(guò)螺紋與鋼質(zhì)基管相連接。
[0007]優(yōu)選地，所述鋼質(zhì)基管的壁厚是其外徑的10~20%。
[0008]優(yōu)選地，所述鋼質(zhì)基管的外徑為16.7~33mm。
[0009]優(yōu)選地，鋼質(zhì)基管上與開(kāi)口端相對(duì)的另一端封閉。
[0010]進(jìn)一步優(yōu)選地，該高強(qiáng)度多孔鋼棒孔隙率為5~15%。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果在于:
[0012]本實(shí)用新型一種用鋼球制備的高強(qiáng)度多孔鋼棒，通過(guò)在鋼質(zhì)基管中內(nèi)置若干鋼球，使鋼球之間、鋼球與鋼質(zhì)基管之間通過(guò)冶金結(jié)合相連接；使得高強(qiáng)度多孔鋼棒抗拉強(qiáng)度高，并具有一定的減重效果，孔隙率達(dá)到5~15%、減重為10~20%，抗拉強(qiáng)度為500~650MPa。該鋼棒可用于結(jié)構(gòu)用材料 中，既要求強(qiáng)度，又要求重量輕的場(chǎng)合，比如油田上用的抽油桿、冶金機(jī)械、石油化工、能源環(huán)保和國(guó)防軍工等方面。
【【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】】[0013]圖1為本實(shí)用新型一種用鋼球制備的高強(qiáng)度多孔鋼棒擠壓成型過(guò)程示意圖；
[0014]圖2為實(shí)施例所制備的高強(qiáng)度多孔鋼棒某一處孔隙金相圖；
[0015]圖3為實(shí)施例所制備的高強(qiáng)度多孔鋼棒復(fù)合-應(yīng)變曲線。
[0016]其中，1、上模；2、下模；3、擠壓桿；4、基管端蓋；5、鋼質(zhì)基管；6、鋼球。
【【具體實(shí)施方式】】
[0017]以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0018]參見(jiàn)圖1所示，本實(shí)用新型一種用鋼球制備的高強(qiáng)度多孔鋼棒，包括鋼質(zhì)基管5、若干個(gè)鋼球6和基管端蓋4 ;所述鋼質(zhì)基管5至少有一個(gè)開(kāi)口端；所述若干個(gè)鋼球6設(shè)置于鋼質(zhì)基管5內(nèi)部，鋼球之間、鋼球與鋼質(zhì)基管之間通過(guò)冶金結(jié)合相連接；基管端蓋4用于封閉鋼質(zhì)基管5的開(kāi)口端，通過(guò)螺紋與鋼質(zhì)基管5相連接。所述鋼質(zhì)基管5的壁厚是其外徑的10~20%。所述鋼球6的直徑為鋼質(zhì)基管5的外徑的5~10%。進(jìn)一步地，所述鋼質(zhì)基管5的外徑為Φ25~50mm，所述鋼球6的直徑為Φ4πιπι。該高強(qiáng)度多孔鋼棒孔隙率為5~15%、減重為10~20%。本實(shí)施例優(yōu)選鋼質(zhì)基管5 —端封閉，一端開(kāi)口。鋼質(zhì)基管封閉的一端外周設(shè)有倒角，方便燒結(jié)后擠壓成型?；芏松w4上設(shè)有通氣孔，用于燒結(jié)時(shí)惰性氣體進(jìn)入鋼質(zhì)基座5內(nèi)，防止鋼球6氧化。
[0019]為了對(duì)本實(shí)用新型一種用鋼球制備的高強(qiáng)度多孔鋼棒，現(xiàn)對(duì)其具體制備方法做進(jìn)一步描述，以便于更清楚的理解本實(shí)用新型所要求保護(hù)的技術(shù)思路。
[0020]本實(shí)用新型一種用鋼球制備的高強(qiáng)度多孔鋼棒，其制備方法包括以下步驟:
[0021]步驟一、將Φ4_鋼球6、鋼質(zhì)基管5和基管端蓋4進(jìn)行酸洗,稱(chēng)重，Φ4_鋼球6的重量需保證整體減重15%，再·把Φ4πιπι鋼球6裝入鋼質(zhì)基管5，擰上基管端蓋4，制成復(fù)合坯料，稱(chēng)量結(jié)果:鋼質(zhì)基管5為189.9g、基管端蓋4為46.9g、復(fù)合坯料總重為334.2g，測(cè)量復(fù)合還料尺寸:內(nèi)孔高42.6mm、外徑32.9mm、壁厚3.02mm。
[0022]步驟二、將加熱爐升溫，當(dāng)溫度升到850°C時(shí)，將步驟一中的試樣放入加熱爐，同時(shí)通入氬氣，再加熱到1180°C，保溫90min，使式樣內(nèi)外整體燒結(jié)成形，并且內(nèi)部充分熱透；
[0023]步驟三、將上模I和下模2，加熱到200°C，保溫30min ；
[0024]步驟四、將上模I和下模2放到擠壓機(jī)上，將步驟二的試樣放入上模I中，通過(guò)擠壓桿3將復(fù)合坯料擠壓成形。擠壓比1.5，半模角為30°，工作帶長(zhǎng)度15mm，擠壓速度為(10mm/s，擠壓溫度為860~1150°C。最終擠壓長(zhǎng)度約100mm，直徑27.5mm,總重為332.4g。
[0025]本實(shí)施實(shí)例中基管端蓋和鋼質(zhì)基管用螺紋連接，防止內(nèi)部的Φ4_鋼珠倒出；燒結(jié)時(shí)必須通入保護(hù)氣氛防止內(nèi)部Φ4_鋼珠表面氧化，否則擠壓后的鋼珠之間沒(méi)有結(jié)合；擠壓時(shí)必須在模具內(nèi)部涂潤(rùn)滑劑，使得擠壓更容易進(jìn)行；通過(guò)燒結(jié)擠壓前后測(cè)量的重量計(jì)算出減重量可達(dá)13.5% ;通過(guò)金相法，找一組照片計(jì)算孔隙(圖2中三角區(qū)域)部分所占面積t匕，得出孔隙率為15%，圖2為試樣某處孔隙照片；抗拉強(qiáng)度625MPa，圖3為負(fù)荷-變形曲線，最高點(diǎn)為抗拉強(qiáng)度最大處，其值為26.5，抗拉強(qiáng)度為負(fù)荷值26.5KN乘以斷面面積23.6mm2。
[0026]進(jìn)一步測(cè)量得知，該用復(fù)合坯料制備的多孔減重鋼棒的鋼質(zhì)基管I擠壓后的外徑變?yōu)?Φ 16.7~33mm，壁厚為:3~5mm ;孔隙率為5~15%，減重為10~20%，擠壓態(tài)抗拉強(qiáng)度為500~650MPa。
[0027]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】?jī)H限于此，對(duì)于本實(shí)用新型所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單的推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本實(shí)用新型由所提交的權(quán)利要求書(shū)確定專(zhuān)利保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種用鋼球制備的高強(qiáng)度多孔鋼棒，其特征在于:包括鋼質(zhì)基管(5)、若干鋼球(6)和基管端蓋(4)； 所述鋼質(zhì)基管(5)至少有一個(gè)開(kāi)口端； 所述若干個(gè)鋼球(6)設(shè)置于鋼質(zhì)基管(5)內(nèi)部，相鄰鋼球之間、鋼球與鋼質(zhì)基管之間通過(guò)冶金結(jié)合相連接； 所述基管端蓋(4)安裝于鋼質(zhì)基管(5)的開(kāi)口端，將若干鋼球(6)封閉于鋼質(zhì)基管(5)內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用鋼球制備的高強(qiáng)度多孔鋼棒，其特征在于:所述基管端蓋(4)通過(guò)螺紋與鋼質(zhì)基管(5)相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用鋼球制備的高強(qiáng)度多孔鋼棒，其特征在于:所述鋼質(zhì)基管(5)的壁厚是其外徑的10?20%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用鋼球制備的高強(qiáng)度多孔鋼棒，其特征在于:所述鋼質(zhì)基管(5)的外徑為16.7?33mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用鋼球制備的高強(qiáng)度多孔鋼棒，其特征在于:鋼質(zhì)基管(5)上與開(kāi)口端相對(duì)的另一端封閉。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用鋼球制備的高強(qiáng)度多孔鋼棒，其特征在于:所述基管端蓋(4)上設(shè)有若干通氣孔。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任意一項(xiàng)所述的一種用鋼球制備的高強(qiáng)度多孔鋼棒，其特征在于:該高強(qiáng)度多孔鋼棒孔隙率為5?15%。
【文檔編號(hào)】B22F3/20GK203409254SQ201320503762
【公開(kāi)日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年8月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月16日
【發(fā)明者】龐玉華, 高蕾, 孫琦, 孫列 申請(qǐng)人:西安建筑科技大學(xué)