[发明专利]一种强弱相间分布的钢管的制备装置及方法

说明书

本发明属于液压成形领域，特别是一种强弱相间分布的钢管的制备装置及方法。装置包括上模、下模、顶块、压头、液压泵、液压管和固定块体；压头上设有多个小压头，上模和下模内周面均匀间隔设置多个凹槽；上模每个凹槽的位置对应的设置一个液压孔，小压头分别设置在相应的液压孔内；由顶块封堵的钢管内部形成第一腔室，钢管的管壁和环形凹槽的表面形成第二腔室，第二腔室内注入液压油；液压泵和液压管为第一腔室提供胀形压力，压头为第二腔室提供反胀形压力。本发明通过对钢管局部反复胀形‑反胀形，产生应变诱导马氏体相变，使胀形‑反胀形部分的马氏体的含量增多，钢管在轴向呈现强弱相间分布的片层状结构，制备出强弱相间分布的钢管。

技术领域

本发明属于液压成形领域，特别是一种强弱相间分布的钢管的制备装置及方法。

背景技术

不锈钢材料包含多种组织结构，如面心立方的奥氏体和体心立方的马氏体。大量的文献表明，马氏体相变对不锈钢材料的力学性能有很大影响。相变诱导塑性(Transformation Induced Plasticity，TRIP)是指，材料受到外力或者热负荷时，会产生应变诱导马氏体相变。相变产生的硬的马氏体相以及软硬相之间的力学不相容性可以提供很高的应变硬化速率。因此，通过对奥氏体不锈钢进行塑性变形，引入应变诱导马氏体相变，能够提高材料的应变硬化速率，从而能够提高不锈钢的强度和拉伸塑性。

传统工艺制造的不锈钢钢管，结构性能单一，无法满足某些特殊性能的需求，例如在管道的拐弯处，既要保证管材具有较好的塑性便于弯管的成形，又要保证管材拥有足够的强度，承受管道内部液体的冲击，传统的管材是均质的材料，无法同时满足良好塑性和较大强度的需要。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种强弱相间分布的钢管的制备装置及方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种强弱相间分布的钢管的制备装置，所述装置包括上模、下模、顶块、压头、液压泵、液压管和固定块体；所述压头上设有多个小压头，所述上模和下模内周面均匀间隔设置多个凹槽，凹槽的数量和小压头的数量相同，合模之后，上模的凹槽和下模的凹槽形成一个完整的环形凹槽；上模每个凹槽的位置对应的设置一个液压孔，压头的小压头分别设置在相应的液压孔内；

所述钢管位于上模和下模合模之后的腔室内，顶块用于对钢管两端进行密封；由顶块封堵的钢管内部形成第一腔室，钢管的管壁和上模、下模的环形凹槽的表面形成第二腔室，第二腔室内注入液压油；液压泵和液压管为第一腔室提供胀形压力，压头为第二腔室提供反胀形压力。

所述钢管的两端和上模、下模之间设置密封圈。

所述压头和上模的通孔之间设置密封圈。

一种利用上述的制备装置制备强弱相间分布的钢管的方法，所述钢管的材质为应变诱导相变的材料，具体包括如下步骤：

步骤一：安装模具；

步骤二：胀形：两侧的液压泵开启，为第一腔室提供液压力，钢管在液压力的作用下，稳定的胀形，形成带有多个环状凸起的钢管，胀形部分的钢管发生第一次马氏体相变；

步骤三：反胀形：两侧液压泵减压，压头在压力机的作用下，对步骤形成的带有多个环状凸起的钢管进行反胀形，使其回复为未变形的钢管状态，反胀形部分发生第二次马氏体相变；

步骤四：重复步骤二和步骤三，马氏体相变在胀形部分累积，使得胀形部分的马氏体逐渐增多，强度逐渐提高，钢管在轴向呈现强弱相间分布的片层状结构。

所述钢管为304不锈钢、306不锈钢或316不锈钢。

所述步骤一具体为：将密封圈安装到上模和下模组成的模具型腔中，将原始状态的钢管放入，在模具型腔的两端放入顶块，将固定块体固定在上模和下模两侧，将液压泵与模具通过液压管连接，将上模的液压孔中装入液压油，装上压头，将装置放置在压力机上。