中國(guó)機(jī)械工程：Q235/AA5052復(fù)合凸環(huán)管顆粒介質(zhì)脹形工藝研究
2022-03-14【作 者】 董國(guó)疆;陳孟杰;朱良金;杜建;劉志雷
【引 言】
鋼/鋁復(fù)合管狀構(gòu)件兼?zhèn)浔葎偠雀?、防腐耐蝕、高強(qiáng)價(jià)廉等綜合優(yōu)勢(shì),現(xiàn)已成為石油化工、交 通運(yùn)輸?shù)榷喾N行業(yè)重要構(gòu)件的選材[１]。鋁合金板殼材料的焊接性能較差,內(nèi)襯管材一般選用擠壓無縫鋁管,外覆鋼管可通過鋼板卷焊制備,并裝配 成為復(fù)合管坯[２]。目前,復(fù)合管件成形工藝和理論研究主要集中在液壓脹形技術(shù)方面.ISLAM 等[３]通過數(shù)值模擬證明了外黃銅內(nèi)純銅復(fù)合管件液壓脹形的可行性,并將單管和雙層管脹形過程 進(jìn)行了比較分析[４];孫顯俊等[５]利用液壓脹形制備 Fe/Al雙金屬復(fù)合正三通管件,證明合理控制內(nèi)壓和摩擦條件能夠影響管件壁厚分布狀態(tài),提高成形質(zhì)量;WANG 等[６]研究了低碳鋼/不銹鋼 雙層管脹形規(guī)律,并用仿真和試驗(yàn)證明了軸向應(yīng)力作用使管坯產(chǎn)生移動(dòng),使得最大減薄發(fā)生在外弧的中心點(diǎn)附近,而不是中心點(diǎn);GUO 等[７]基于內(nèi)壓、潤(rùn)滑和軸向進(jìn)給三個(gè)主要工藝參量,研究了３１６L不銹鋼/鋁雙層管液壓脹形,論述了外覆管對(duì)內(nèi)層管變形的抑制作用,復(fù)合脹形方式能夠提高內(nèi)管的成形性能.上述研究表明,復(fù)合管件液 壓脹形工藝具有成形精度高、效率高、質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì),適用于形狀復(fù)雜、大批量的管件生產(chǎn).但是,管件液壓脹形需要配備專用設(shè)備,不適用小批 量復(fù)合管件加工,同時(shí)在大口徑薄壁管件脹形方面仍然存在一定的困難。
鋼鋁雙金屬管件是目前各行業(yè)應(yīng)用需求最為廣泛的雙金屬管件,但復(fù)合管件中的鋁合金管材成形性能較差,在室溫條件下難以成形復(fù)雜形狀零件,限制了鋼鋁復(fù)合管的推廣和應(yīng)用[８].為此, 諸多學(xué)者針對(duì)鋁合金的特性提出熱處理與冷成形相結(jié)合的工藝方案[９Ｇ１０],收效顯著.WANG 等[１１] 的研究表明 AA５０５２軋制板材經(jīng)過３００℃處理４ h后,其抗拉強(qiáng)度降低了 ３４．７％,延伸率提高至 ２３％;DONG 等[１２]采用固溶水淬＋沖壓成形＋人 工時(shí)效強(qiáng)化的方法得到 AA６０６１擠壓管坯脹形的管件,固溶水淬后管材延伸率提高了２．５８倍,屈服強(qiáng)度降低了４０％~５０％,人工時(shí)效強(qiáng)化后管材強(qiáng)度回復(fù)至原材料值;FAN 等[１３]對(duì) AA６A０２板 材進(jìn)行沖壓工藝研究,結(jié)果表明沖壓前對(duì)板材進(jìn) 行固溶處理可使板材的成形性能顯著提高,沖壓 后時(shí)效處理使成形工件具有較高的使用強(qiáng)度.鋁 合金管件熱處理＋室溫成形工藝能夠有效地提高 管材的成形性能,而且能夠利用通用設(shè)備實(shí)現(xiàn),工藝過程控制簡(jiǎn)單,相比鋁合金管件熱成形工藝更加適應(yīng)小批量的特殊復(fù)合管件加工. 結(jié)合 復(fù) 合 管 件 脹 形 工 藝 的 熱 點(diǎn) 問 題,針 對(duì) Q２３５/AA５０５２雙金屬凸環(huán)管件(AA５０５２擠壓管 材為基管,外覆 Q２３５焊接管)的技術(shù)要求,本文采用顆粒介質(zhì)壓力成形工藝實(shí)現(xiàn)復(fù)合管機(jī)械脹接 和成形,并針對(duì) AA５０５２擠壓管成形性能,以及復(fù) 合管件變形協(xié)調(diào)作用等因素開展研究,以期為鋼鋁雙金屬管狀構(gòu)件的設(shè)計(jì)開發(fā)與加工制備提供參考。
【結(jié) 論】
(１)采用θA＝４４０℃且tA ＝６０min等溫退火處理方式能夠有效提高 AA５０５２ 擠 壓 管 材 的成形性能,管材 經(jīng) 退 火 處 理 后 延 伸 率 提 高 了 ３００％,屈服強(qiáng)度 和 抗 拉 強(qiáng) 度 分 別 降 低 了 ９０％ 和７５％,屈強(qiáng) 比σs/σb 也 由 原 材 的 ０．９３１ 降 低 至０．３８３。
(２)提 出 AA５０５２/Q２３５ 復(fù) 合 凸 環(huán) 管 件 的 工藝 流 程 為:鋁 管 退 火 (θA ＝４４０ ℃ 且tA ＝ ６０min)→復(fù)合管 坯 裝 配 → 顆粒介質(zhì)脹形。通過潤(rùn)滑油降低管層間摩擦因數(shù),將顆粒介質(zhì)加載內(nèi)壓力至２２０MPa時(shí),可成功試制厚徑比為 ３/１０２、脹形比為１．４０、最大減薄率為１７．５％的 AA５０５２/Q２３５ 復(fù)合凸環(huán)管件,且試制管件成品率統(tǒng)計(jì)為９０％。
(３)工藝仿真和試驗(yàn)對(duì)比顯示,成形管件輪廓尺寸誤差小于 ４％;壁厚減薄分布趨勢(shì)一致,最大減薄率相差２．４％;破裂危險(xiǎn)點(diǎn)均處于管件中間截面,這與基于 MＧK 模型的理論 FLC的預(yù)判吻合。
