Способ изготовления биметаллических труб

Изобретение может быть использовано для получения биметаллических труб из разнородных металлов, предназначенных, в частности, для работы в условиях агрессивных жидкостей или газов. Осуществляют коаксиальную сборку трубчатых компонентов в составную заготовку с вакуумированием кольцевого зазора между компонентами, нагрев заготовки и её деформацию. Вакуумирование кольцевого зазора между компонентами осуществляют с одновременным введением в зазор кольцевых токоизолирующих клиньев. Нагревают электроконтактным способом только компонент с сопротивлением деформации Величину зазора между трубчатыми компонентами и время нагрева выбирают из условия получения перед деформацией составной заготовки градиента температур трубчатых компонентов, обеспечивающего соотношение между сопротивлениями их деформации на уровне 1,8-2,1. Использование способа позволяет обеспечить устойчивое совместное течение компонентов при деформации заготовки, повышение качества биметаллических труб путем достижения прочности сварки компонентов заготовки по всей длине трубы. 1 ил.

 

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано для получения труб из разнородных металлов прочно-плотно сваренных по всей их контактной поверхности, которые предназначены, например, для работы в условиях агрессивных жидкостей или газов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления биметаллических труб, заключающийся в том, что трубчатые компоненты из разнородных металлов с подготовленными контактными поверхностями вставляют с зазором один в другой, вакуумируют, затем нагревают составную заготовку, после чего в нагретом состоянии деформируют [Король В. К., Гильденгорн М. С. Основы технологии производства многослойных металлов. - М.: Металлургия, 1970. - 209 - 212 с.].

Однако, известный способ не обеспечивает широкие технологические возможности применения и высокое качество биметаллических труб из-за неравномерной прочности сварки компонентов по длине труб, разрывов менее прочного компонента и низкой точности геометрических размеров. Это обусловлено возникновением значительных напряжений связанных с неравномерным течением металлов компонент, которое вызвано различным их сопротивлением деформации, имеющим место после нагрева составной заготовки.

Целью изобретения является расширение технологических возможностей применения разнородных металлов и повышение качества биметаллических труб путем обеспечения прочности сварки компонентов по всей длине трубы.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу изготовления биметаллических труб вакуумирование кольцевого зазора между компонентами осуществляют с одновременным введением в зазор кольцевых токоизолирующих клиньев, а нагревают электроконтактным способом только компоненту с сопротивлением деформации.

Пример конкретного выполнения.

На фиг. 1 изображена составная заготовка с вакуумированным посредством кольцевых токоизолирующих клиньев (1) кольцевым зазором (2) между внутренней трубчатой компонентой (3) и внешней трубчатой компонентой (4).

Трубчатые компоненты - внутренняя (3) из сплава ВТ6с и внешняя (4) из сплава 1201, с предварительно подготовленными механическим способом и обезжиренными контактными поверхностями, собирали коаксиальной сборкой в составную заготовку внешним диаметром 98 мм и высотой 100 мм. При этом между внутренней трубчатой компонентой (3) и внешней трубчатой компонентой (4) оставлялся зазор шириной 2 мм. Вакуумирование зазора осуществляли с помощью кольцевых токоизолирующих клиньев (1), изготовленных из смеси порошка дисульфида молибдена с кремнийорганической смолой К-55 (ГОСТ 2082.3-81). Клинья (1) запрессовывали в зазор (2) между внутренней трубчатой компонентой (3) и внешней трубчатой (4) компонентой на сварочной диффузионной вакуумной установке А306-06, обеспечивающей глубину вакуума на уровне от 0,013 до 0,026 Па. Величину зазора (2) рассчитывали по формуле:

где: - величина зазора, мм;

D_ном - диаметр внутренней трубчатой компоненты при 293 К, мм;

α₁, α₂ - температурные коэффициенты линейного расширения внутренней и внешней трубчатых компонент, К^-1;

θ₁, θ₂ - температура нагрева внутренней и внешней трубчатых компонент, К.

Нагрев заготовок перед деформацией осуществляли на установке электроконтактного нагрева типа 2921 мощностью 500 кВт, причем, систему токоподвода подключали только к компоненте с сопротивлением деформации (3) из сплава ВТ6с. Нагрев компоненты (3) вели до температуры 973-1073 К в течение 480 сек, причем температура компоненты (4) не превысила 383-413 К через 12 сек после окончания нагрева (время транспортировки от нагревателя к прессу). Такой градиент температуры по сечению составной заготовки достигнут благодаря нагреву только компоненты (3) из сплава ВТ6с с сопротивлением деформации, поскольку передача тепла к компоненте (4) из сплава 1201 через вакуумированный зазор (2) происходит только излучением (коэффициент теплопроводности вакуума близок к нулю). Указанная последовательность операций позволяет расширить технологические возможности предлагаемого способа, т.к. впервые удалось обеспечить к началу процесса деформации соотношение между сопротивлениями деформации сплавов ВТ6с и 1201 на уровне 1,8÷2,1. Известные схемы изготовления биметаллических труб не позволяют достичь к началу процесса пластического формоизменения соотношения между сопротивлениями деформации сплавов ВТ6с и 1201 менее 3,7, что исключает возможность устойчивого совместного течения трубчатых компонент при деформации.

В результате деформации составной заготовки (гидропрессованием) изготовлены биметаллические трубы без нарушения сплошности с чистой и гладкой поверхностью и минимальной неравномерностью распределения слоев. Макроструктура на всех участках пресс-остатка однородная у обоих сплавов, размер макрозерна соответствует 2-4 баллам (ГОСТ 5639082). Результаты испытаний на растяжение и ударный изгиб при комнатной температуре показали высокую прочность соединения (σ_s = 430÷440 МПа, σ_0,2 = 320÷340 МПа, δ = 8÷10 %, KCU = 0,0105÷0,018 кДж/м²), что соответствует свойствам сплава 1201.

Использование способа изготовления биметаллических труб позволяет обеспечить к началу процесса деформации соотношение между сопротивлениями деформации любых компонент составной заготовки на уровне не более 1,8÷2,1, что гарантирует устойчивое совместное течение трубчатых компонент при деформации и, таким образом, расширяет технологические возможности применения разнородных металлов и повышает качество биметаллических труб путем достижения прочности сварки компонентов по всей длине трубы.

Способ изготовления биметаллических труб из разнородных сплавов, имеющих разное сопротивление деформации, включающий подготовку контактных поверхностей трубчатых компонентов, их коаксиальную сборку в составную заготовку с вакуумированием кольцевого зазора между компонентами, нагрев заготовки и ее деформацию, отличающийся тем, что вакуумирование кольцевого зазора между трубчатыми компонентами проводят с одновременным введением в зазор кольцевых токоизолирующих клиньев, а нагрев заготовки осуществляют электроконтактным способом с подключением токоподвода к трубчатому компоненту с большим сопротивлением деформации, при этом выбирают величину зазора между трубчатыми компонентами и время нагрева из условия получения перед деформацией составной заготовки градиента температур трубчатых компонентов, обеспечивающего соотношение между их сопротивлением деформации на уровне 1,8-2,1.