【技术实现步骤摘要】
一种锆合金高精度无缝管材的成形方法和模具装置
[0001]本专利技术涉及工业器材生产
，具体为一种锆合金高精度无缝管材的成形方法和模具装置
。
技术介绍
[0002]锆是一种稀有金属，具有惊人的抗腐蚀性能
、
极高的熔点
、
超高的硬度和强度等特性，被广泛用在航空航天
、
军工
、
核反应
、
原子能领域
。
锆和锆合金塑性好，可制成管材
、
板材
、
棒材和丝材，其中管材为主要产品
。
锆和锆合金的加工工艺取决于锆的基本性质和核反应堆对锆构件的特殊要求
。
锆易被氧
、
氮
、
氢等污染，易粘模具，有同质异晶转变
。
核反应堆对锆构件的要求是尺寸精度高，显微组织要求严格，性能稳定
。
因此在该合金管制备上，存在易氧化
、
易吸氢等问题，且传统制备方法成材率较低，浪费金属
。
[0003]目前采用焊接方式加工管材存在焊缝，无法满足核电用无缝管的要求，因此需要采用冷轧的方式进行进一步加工
。
高尺寸精度管材加工存在挤压管坯与后续变形尺寸匹配困难
、
挤压力过大可能造成挤压过程闷车
、
挤压管内外表面处理难度大
、
挤压管壁厚偏差不易控制
、
确保轧制尺寸精度
、
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.
一种锆合金高精度无缝管材的成形方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、
首先需要进行锆合金坯料冶炼锻造：将海绵锆和合金元素一起被压制成棒状电极，采用真空自耗工艺进行两次熔炼获得铸锭，铸锭锻造前用箱式电阻炉加热，为了减少高温氧化，铸锭可用玻璃涂层保护，锻造出圆柱形坯料，锻造压比大于
3.5
；
S2、
其次需要进行坯料加工：根据成品尺寸对锻造后坯料进行下料，外圆单边加工掉
3mm
～
10mm
，中心加工出直径
45mm
～
80mm
的通孔
。
按坯料图纸进行加工：坯料头部喇叭口
γ
角度为
46.0
°
，
M
值为扩孔头工作段直径，
L
值根据
γ
角度用三角函数关系计算所得，内外圆加工
、
修磨和抛光，去除划痕
、
车刀纹等缺陷，表面粗糙度
Ra≤6.3
μ
m
，直径偏差
±
1.0mm
，长度偏差
±
10mm
，两端垂直度
≤1mm
；
S3、
再者需要进行坯料防氧化处理和扩孔加工：用电阻炉把加工后坯料加热到
80℃
～
95℃
，喷涂上氮化硼防氧化涂料，并且把加热到温的坯料放置在
2500
吨立式扩孔机的扩孔桶内进行一次或两次扩孔，包括
①
扩孔桶预热到温度
100℃
～
300℃
，扩孔桶内壁涂刷石墨乳；
②
坯料温度加热到
780℃
～
1100℃
，
③
坯料内外表面涂抹玻璃粉润滑剂
。
坯料外径比扩孔桶内径小
7mm
～
15mm
，坯料喇叭口一端朝上，把扩孔头放置到坯料喇叭口处进行扩孔，扩孔速度为
120mm/s
～
180mm/s
，每次扩孔前横截面的面积和扩孔后横截面的面积比值是
1.01
～
1.30
，扩孔后空冷；
S4、
然后需要进行扩孔后坯料加工和挤压处理：用机加工方式或者修磨方式去除扩孔后坯料内外表面的氧化皮和缺陷，然后用厚度
0.5mm
～
1mm
的铜皮将内外表面包裹住，把加热到温的坯料放置在
6300
吨卧式挤压机的挤压桶内进行挤压，包括
①
挤压桶预热到温度
250℃
～
350℃
，挤压模和芯棒预热温度
300℃
～
400℃
，挤压桶内壁
、
挤压模和芯棒表面涂刷石墨润滑剂，
②
把包裹铜皮的坯料温度用电阻炉加热到
730℃
～
850℃
，
③
挤压前事先准备尾垫，尾垫材质是普碳钢，尾垫外径比坯料外径小
1mm
～
4mm
，尾垫内径比坯料内径大
2mm
～
5mm
，尾垫长度
60mm
～
100mm
，尾垫加热温度
900℃
～
1000℃
，挤压前贴在坯料后面一同挤压，挤压后自动与管体脱离，节省了热剧切工序，降低了热剧片消耗，挤压速度
30mm/s
～
80mm/s
，挤压前横截面的面积和挤压后横截面的面积比值是4～
10
，低速挤压利于降低金属变形剧烈程度，提高了金属流动稳定性，挤压后空冷到室温；
S5、
随后需要进行酸洗去铜皮和挤压管材修整处理：挤压管材在酸液中去铜皮，酸液配比：硝酸为
20
％～
35
％，其余为水，不添加其他酸液，带锯平头，内外表面打磨，去掉表面缺陷；
S6、
最后需要进行冷轧和退火和成品检验
‑
喷标
‑
打捆，采用二辊冷轧机进行一道次或者多道次冷轧变形，送进量
2.5
～
3.5mm/
次，轧制速度
30
～
50
次
/
分钟，每道次冷轧变形量
30
％～
45
％，每道次冷轧后进行退火和去油，退火在真空炉或者气氛炉中进行，退火温度
500℃
～
590℃
，对锆合金管进行矫直
、
平头
、
水压
、
内外表面抛光，然后对尺寸和组织性能进行检测，最后喷标
、
打捆
、
入库
。2.
根据权利要求1所述的一种锆合金高精度无缝管材的成形方法，其特征在于：所述锆合金管的外圆直径设置为
φ
19mm
～
φ
245mm
，且锆合金管的壁厚设置为
1.5mm
～
20mm。3.
根据权利要求1所述的一种锆合金高精度无缝管材的成形方法，其特征在于：所述挤压阶段石墨润滑剂由钙基脂
、
石墨和汽缸油组成，且成分按质量比分别为钙基脂：石墨：汽缸油＝
2:1:0.5
，使用前需要进行混合均匀
。
4.
一种锆合金高精度无缝管材的成形模具装置，基于权利要求1所述的一种锆合金高精度无缝管材的成形方法，包括立式扩孔机，其特征在于：所述立式扩孔机包括扩孔桶
(5)
，所述扩孔桶
(5)
由扩孔桶内衬
(51)
和扩孔桶外壳
(52)
组成，所述扩孔桶
(5)
的底部通过高强度螺栓固定安装有基座
(2)
，所述扩孔桶
(5)
的底部中心处贯通设置有顶出机构
(1)
，所述基座
(2)
的顶部设置...
【专利技术属性】
技术研发人员：高杰，王锦永，刘富强，齐希伦，韩恒力，费志伟，曹洪波，
申请(专利权)人：邯郸新兴特种管材有限公司，
类型：发明
国别省市：
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