一種用鋼管制備的多孔減重鋼棒的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種用鋼管制備的多孔減重鋼棒，包括鋼質(zhì)基管、若干個(gè)鋼管和基管端蓋；所述鋼質(zhì)基管至少有一個(gè)開口端；所述若干鋼管設(shè)置于鋼質(zhì)基管內(nèi)部，并通過冶金結(jié)合與鋼質(zhì)基管相連接；所述基管端蓋通過螺紋與鋼質(zhì)基管相連接。本實(shí)用新型經(jīng)燒結(jié)后直接擠壓制備出的多孔減重棒材，孔隙率達(dá)到20～35%，減重為5～15%，擠壓態(tài)抗拉強(qiáng)度為200～300MPa。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)保和國防軍工等方面。
【專利說明】—種用鋼管制備的多孔減重鋼棒
【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001]本實(shí)用新型屬于金屬棒材加工領(lǐng)域，具體涉及一種用鋼管制備的多孔減重鋼棒?！尽颈尘凹夹g(shù)】】
[0002]近些年，金屬多孔材料的研究較為廣泛，金屬多孔材料制備方法主要有粉末燒結(jié)法、添加發(fā)泡劑法、固-氣共晶反應(yīng)法、滲流鑄造法、卷入氣體法和空心球燒結(jié)法等。金屬多孔材料既有金屬的性質(zhì)，又有孔的性質(zhì)，具有一系列的優(yōu)點(diǎn)，例如，密度低、比表面積大、機(jī)械強(qiáng)度高、通透性好、一定的減重量和孔隙率，同時(shí)保證良好的力學(xué)性能。一般來說當(dāng)密度減小時(shí)，多孔金屬的力學(xué)性能將急速下降，其抗拉強(qiáng)度、彈性模量、屈服應(yīng)力隨孔隙率的增大而呈指數(shù)函數(shù)降低。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)度逐漸降低的問題，本實(shí)用新型提供了一種用鋼管制備的多孔減重鋼棒，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]一種用鋼管制備的多孔減重鋼棒，包括鋼質(zhì)基管、若干鋼管和基管端蓋；所述鋼質(zhì)基管至少有一個(gè)開口端；所述若干鋼管設(shè)置于鋼質(zhì)基管內(nèi)部，相鄰鋼管之間、鋼管與鋼質(zhì)基管之間通過冶金結(jié)合相連接；所`述基管端蓋安裝于鋼質(zhì)基管的開口端，將若干鋼管封閉于鋼質(zhì)基管內(nèi)。
[0006]優(yōu)選地，所述基管端蓋通過螺紋與鋼質(zhì)基管相連接。
[0007]優(yōu)選地，所述基管端蓋設(shè)有若干通氣孔。
[0008]優(yōu)選地，所述鋼質(zhì)基管的外徑為:27.5~41.7mm,壁厚為:3~5mm ;所述鋼管的壁厚為:1~2_。
[0009]優(yōu)選地，鋼質(zhì)基管上與開口端相對的另一端封閉。
[0010]優(yōu)選地，所述鋼管的材質(zhì)為結(jié)構(gòu)鋼。
[0011 ] 優(yōu)選地，所述鋼管的材質(zhì)為優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼。
[0012]優(yōu)選地，該多孔減重鋼棒的孔隙率為20~35%。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果在于:
[0014]本實(shí)用新型一種用鋼管制備的多孔減重鋼棒，通過在鋼質(zhì)基管中內(nèi)置若干鋼管，使鋼管之間、鋼管與鋼質(zhì)基管之間通過冶金結(jié)合相連接；使得多孔減重鋼棒抗拉強(qiáng)度高，并具有一定的減重效果，孔隙率達(dá)到20~35%，減重為5~15%，擠壓態(tài)抗拉強(qiáng)度為200~300MPa。該復(fù)合鋼棒可用于結(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)保和國防軍工等方面。
【【專利附圖】

【附圖說明】】
[0015]圖1為本實(shí)用新型一種用鋼管制備的多孔減重鋼棒的復(fù)合坯料結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2為沿圖1中A-A線的剖視圖；
[0017]圖3為實(shí)施例所制備的多孔減重鋼棒某一處孔隙金相圖；
[0018]圖4為實(shí)施例所制備的多孔減重鋼棒負(fù)荷-應(yīng)變曲線。
[0019]其中，1、鋼質(zhì)基管；2、鋼管；3、基管端蓋。
【【具體實(shí)施方式】】
[0020]以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0021]參見圖1和圖2所示，本實(shí)用新型一種用鋼管制備的多孔減重鋼棒，包括鋼質(zhì)基管
1、若干個(gè)鋼管2和基管端蓋3 ;所述鋼質(zhì)基管I至少有一個(gè)開口端；所述若干個(gè)鋼管2設(shè)置于鋼質(zhì)基管I內(nèi)部，并通過冶金結(jié)合與鋼質(zhì)基管I相連接；所述基管端蓋3用于密封鋼質(zhì)基管I的開口端，通過螺紋與鋼質(zhì)基管I相連接。所述鋼質(zhì)基管I的外徑為:Φ30~50_，壁厚為:3~5mm,所述鋼管2的外徑為:Φ3~6mm,壁厚為:1~2mm。
[0022]本實(shí)施例優(yōu)選鋼質(zhì)基管I 一端封閉，一端開口。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w3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I內(nèi)，防止鋼管2氧化。
[0023]為了對本實(shí)用新型一種用鋼管制備的多孔減重鋼棒進(jìn)一步了解，現(xiàn)對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。
[0024]本實(shí)用新型一種用鋼管制備的多孔減重鋼棒，其制備方法包括以下步驟:
[0025]步驟一、復(fù)合坯料準(zhǔn)備:將外徑為Φ4πιπι內(nèi)徑為Φ2πιπι若干鋼管2，放置于鋼質(zhì)基管I內(nèi)部，其開口端用基管端蓋3密封，組成復(fù)合坯料，稱量各部分重量:鋼質(zhì)基管I為200g、基管端蓋3為55.7g、裝入若干鋼管2后總重285.4g，測量復(fù)合坯料尺寸:內(nèi)孔高42.58mm、外徑 33.12mm、壁厚 3.02mm ；
[0026]步驟二、燒結(jié):將加熱爐升溫，當(dāng)溫度升到800~900°C時(shí)，將復(fù)合坯料放入加熱爐，同時(shí)通入氬氣，再加熱到1180~1250°C，保溫I~2h，使試樣內(nèi)部外徑為Φ4πιπι內(nèi)徑為Φ2πιπι的若干鋼管2燒結(jié)成形，外徑為Φ4πιπι內(nèi)徑為Φ2mm的若干鋼管2和外部鋼質(zhì)基管I整體燒結(jié)成形，使復(fù)合坯料在高溫下發(fā)生冶金結(jié)合；
[0027]步驟三、燒結(jié)后直接進(jìn)行擠壓變形:在燒結(jié)完成后待復(fù)合坯料溫度降低到860~1150°C時(shí)，直接進(jìn)行熱擠壓成型，空冷到室溫，制備出高孔隙率多孔復(fù)合鋼棒。擠壓參數(shù):擠壓比為1.1~1.2，半模角為15~30°，工作帶長度為5~15_，擠壓速度為≤10mm/s，擠壓溫度為1000~1200°C，擠壓模具預(yù)熱溫度為150~200°C。
[0028]本實(shí)施實(shí)例中燒結(jié)時(shí)必須通如保護(hù)氣氛防止內(nèi)部鋼管表面氧化，否則內(nèi)部沒有結(jié)合；擠壓時(shí)必須在模具內(nèi)部涂潤滑劑，使得擠壓更容易進(jìn)行；通過燒結(jié)擠壓前后測量的重量計(jì)算出減重量可達(dá)18%;通過金相法，找一組照片計(jì)算黑色(孔隙)部分所占面積比，得出平均孔隙率為31%，圖2為試樣某一處孔隙照片；抗拉強(qiáng)度214.6MPa，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3.7KN，抗拉強(qiáng)度為負(fù)荷值3.7KN乘以斷面面積58mm2。
[0029]本實(shí)用新型一種用鋼管制備的多孔減重鋼棒，擠壓后，鋼質(zhì)基管I的外徑變?yōu)?Φ27.5?41.7臟，壁厚為:3?5mm ;鋼管2的壁厚為:I?2mm，截面如圖3所示，呈不規(guī)則狀；孔隙率為20?35%，減重為5?15%，擠壓態(tài)抗拉強(qiáng)度為200?300MPa。
[0030]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對本實(shí)用新型所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】僅限于此，對于本實(shí)用新型所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，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)利要求書確定專利保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種用鋼管制備的多孔減重鋼棒，其特征在于:包括鋼質(zhì)基管(I)、若干鋼管(2)和基管端蓋(3)； 所述鋼質(zhì)基管(I)至少有一個(gè)開口端； 所述若干鋼管(2)設(shè)置于鋼質(zhì)基管(I)內(nèi)部，相鄰鋼管之間、鋼管與鋼質(zhì)基管(I)之間通過冶金結(jié)合相連接； 所述基管端蓋(3)安裝于鋼質(zhì)基管(I)的開口端，將若干鋼管(2)封閉于鋼質(zhì)基管(I)內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用鋼管制備的多孔減重鋼棒，其特征在于:所述基管端蓋(3 )通過螺紋與鋼質(zhì)基管(I)相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用鋼管制備的多孔減重鋼棒，其特征在于:所述基管端蓋(3)上設(shè)有若干通氣孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用鋼管制備的多孔減重鋼棒，其特征在于:所述鋼質(zhì)基管(I)的外徑為:27.5?41.7mm,壁厚為:3?5mm ;所述鋼管(2)的壁厚為:1?2mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用鋼管制備的多孔減重鋼棒，其特征在于:鋼質(zhì)基管(I)上與開口端相對的另一端封閉。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用鋼管制備的多孔減重鋼棒，其特征在于:所述鋼管(2)的材質(zhì)為結(jié)構(gòu)鋼。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種用鋼管制備的多孔減重鋼棒，其特征在于:所述鋼管(2)的材質(zhì)為結(jié)構(gòu)鋼。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7任意一項(xiàng)所述的一種用鋼管制備的多孔減重鋼棒，其特征在于:該多孔減重鋼棒的孔隙率為20?35%。
【文檔編號】F16S3/00GK203477865SQ201320504036
【公開日】2014年3月12日 申請日期: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 申請人:西安建筑科技大學(xué)