SE505247C2 - Förfarande för tillverkning av rör av minnesmetall - Google Patents

Description

10 15 20 25 w UI 505 247 2 bifogade figur, som schematiskt visar tillverkningen av ett rör enligt föreliggande uppfinning.

Den använda minnesmetallen enligt den exemplifierade utföringsformen utgörs av en NiTi-baserad legering med en tillsats av niob. Mängderna kan lämpligen variera mellan 35-60 vikt-% Ni, 35-60 vikt-% Ti samt 1-30 vikt-% Nb, företrädesvis mellan 40-60 vikt-% av Ni resp. Ti samt 1-20 vikt-% Nb. I det konkreta exemplet var halterna 45 + 2 vikt-% av både Ni och Ti samt 10 i 4 vikt-% Nb, jämte naturligt förekommande föroreningar.

I enlighet med det uppfunna förfarandet utgår man från en solid stång 1 av minnesmetall, se steg a). Genom denna borras pà brukligt sätt ett med stången koncentriskt hål 2, vilket alltså skall vara centrerat runt stångens centrumaxel, i enlighet med steg b). Om stången 1 inte är perfekt rund eller är ojämn och/eller skrovlig på ytterytan, bör en svarvning för uppnående av fullgod ytjämnhet och rundhet företas. Detta är lämpligt för att senare uppnå god passning i kapseln 5 enligt nedan. Denna svarvning bör i så fall utföras efter centrumborrningen.

Efter centrumborrning, eventuell svarvning och avfettning, exempelvis med lämplig alkalisk lösning, kapslas det således förpreparerade ämnet 3 in, i första hand för uteslutande av luftens syre; se steg c). Innan denna inkapsling sker, trädes dock lämpligen en kärna 4 med lämplig passform och av samma längd som ämnet 3 in i hålet 2. Företrädesvis förefinnes en spalt mellan ämnet och kärnan för iförande av lämpligt släppmedel, såsom talk eller en talkinnehållande blandning. En dylik kärna 4 används istf. en invändig dorn vid extrusionen, eftersom inkapslingen hindrar användandet av en dylik dorn.

Vidare trädes en hylsa eller kapsel 5 av likaledes god passform över ämnets 3 mantelyta, vilken kapsel har samma längd som ämnet 3. Därefter svetsas två gavelstycken 6 och 7 fast runtom kapselns 5 ändytor. Den i extrusionsriktningen sett främre gaveln 7 är lämpligen avrundad runt kanten, vilket är gynnsamt vid själva extrusionen.

De för kärnan 4 resp. kapseln 5 och gavlarna 6,7 använda materialen kan naturligtvis variera inom vida gränser, 10 15 20 25 30 35 .SUS 247 3 men vid försöken användes följande legeringar, varvid vikt-% avses: Tabell 1 Stål C Si Mn Cr Ni Kapsel+gavlar SS2172 0.20 0,30 1,5 <0.3 - Kärna 15M13N2* 0,75 - 13 - 2 * Sandvik-beteckning; även kallat Hadfield-stål För att kunna extruderas, värmdes det färdiga ämnet eller extrusionskutsen 8, vilken utgörs av ämnet 3 jämte kärna 4, kapsel 5 och gavlar 6,7, till ungefär 1040°C och smörjdes med glas på utsidan. Extruderingstemperaturen kan dock variera, till stor del beroende på minnesmetallegering, och kan lämpligen ligga mellan 900 och l150°C, företrädesvis mellan 1000 och l050°C.

Därefter extruderades den således förpreparerade extrusionskutsen enligt steg d). Dimensionen på det färdiga röret kan varieras inom vida gränser, beroende på dimensionerna hos ämnet, kapseln, kärnan och till vilken diameter man extruderar. Använder man exempelvis en tjockväggig kapsel erhålls en mindre diameter på det färdigextruderade röret.

Vidare ger en tjockare kärna ett mer tunnväggigt rör. Extruderar man till en liten diameter erhålls naturligtvis ett längre rör än om man extruderar till en stor diameter.

Efter extrusion kapas ändarna enligt steg e). Generellt kan sägas att en typisk förlängningsfaktor före och efter extrusion (dvs. även efter kapning) är 7 till 18 gånger, företrädesvis 10 till 15 gånger.

Efter kapning, avsvalning och riktning (t.ex. medelst press- eller rullriktning), avlägsnas kapseln 5', vilket kan ske på olika sätt. Vanligtvis måste rörets 3' yta rensvarvas för att bli tillräckligt jämn, vilket innebär att kapseln 5' kan svarvas 10 15 20 25 30 35 505 247 4 bort i samma arbetsoperation. Kapseln kan även betas bort i lämpligt syrabad. Även kärnan 4' kan avlägsnas på olika sätt. Vid tillverkning av långa rör, exempelvis upptill 10 m, avlägsnas kärnan genom att den förlängs med mellan 10 och 30%, företrädesvis med omkring 20%. Kârnans diameter minskar då jämnt längs hela längden och kan sedan lätt avlägsnas, varvid ett färdigt rör 3' kvarstår, se steg f). För att kunna förlänga kärnan måste en bit av röret svarvas bort i varje ände, för att fästa den genom nämnda svarvning utskjutande kärnan i en dragmaskin. Vid kortare rörbitar kan kärnan borras ur i stället för att förlängas.

Exempel En minnesmetall enligt ovan angivna komposition bereds till färdig extrusionskuts enligt stegen a-b-c, vilken kuts uppvisar följande dimensioner: Ãmnesdiameter: 71 mm Ãmnesdiameter inkl. kapsel: 77 mm Kärna (i "Hadfield-stàl"): 31 mm Ämnets och kapselns längd: 350 mm Kutsen extruderades vid 1040°C vid en presskraft pà 868 MPa (8850 kp/cmz) och med en presshastighet på 135 mm/s. Därvid erhölls ett extruderat ämne med kapsel med en diameter av 19,1 mm, varvid det färdiga röret hade en diameter av 17,2 mm. Det färdiga rörets väggtjocklek var ungefär 4,6 mm och dess längd var ungefär 4500 mm.

De dimensionsintervall som är möjliga beror naturligtvis av storleken pá den extrusionspress som används. I exemplet ovan användes en press med en maximal presskraft pà ungefär 1300 MPa (13 300 kp/cmz) och en maximal utgàngsdiameter på 77 mm. Detta innebär alltså att ämne inklusive kapsel skall ha en diameter som ej överskrider 77 mm. Med dessa förutsättningar är det färdiga rörets dimensionsintervall 10 till 47 mm. Nämnda minimidiameter innebär en rörlängd pà ungefär 20,6 m, medan nämnda maximidiameter medför en rörlängd på ungefär 0,94 m, allt under ovannämnda försöksparametrar. Även kortare respektive längre ämnen än ovannämnda kan naturligtvis 10 15 20 25 30 L) UT 505 247 5 tänkas, exempelvis nedtill 200 mm och upptill 400 mm.

Väggtjockleken kan varieras genom valfri dimensionering av kärnan och kan lämpligen ligga mellan 2 och 15 mm.

Om en större press används kan dimensionsintervallet utökas uppåt till större diametrar på det färdiga röret. Således kan med lämplig press rördiametrar på upp till omkring 100 mm ernås.

Extrusionen av den således inkapslade, NiTi-baserade minnesmetallen visade överraskande goda resultat. Sålunda visade det sig fullt möjligt att från stängmaterial tillverka rör som sedan kan bearbetas vidare till önskad produkt. Detta innebär bl.a. att behovet av den hittills erforderliga skärande bearbetningen minskar dramatiskt eller rentutav helt elimineras, vilket medför betydande besparingar i tid och kostnad.

Minnesmetall av NiTi-typ är nämligen svår att bearbeta skärande, då den har stort förslitningsmotstànd. Vidare iakttogs att minnesmetallen med gavlar, kapsel och kärna var mycket lätt att extrudera.

Det faktum att man behöver borra ett hål i stången 1 är ingen större nackdel med tanke på att denna enligt utföringsexemplet sträcker sig endast ungefär 30 cm, jämfört med ett flertal meter efter extrusion. Det bör härvid understrykas, att så långa rör av minnesmetall (t.ex. 2 1/2 m) är mycket svåra att tillverka medelst skärande bearbetning pga otillräcklig centreringsprecision vid borrningen.

Vissa studier i ljusmikroskop gjordes av minnesmetallens mikrostruktur före och efter extrusion. Av dessa framgår bl.a. att en mer homogen struktur erhölls i det extruderade röret, med jämnare fördelade niobpartiklar. Denna jämnare fördelning är i sig överraskande. Niobpartiklarnas funktion är att höja den temperatur vid vilken minnesmetallen automatiskt återtar sin ursprungliga form, enär nämnda partiklar motverkar metallens ätertagande av sin ursprungliga form.

En mätning i stång före extrusion respektive i rör efter avslutad extrusion gav följande resultat med avseende på niobpartiklar: 10 505 247 Stäng: Medellängd: Medelbredd: Rör: Medellängd: Medelbredd: 6 79 pm 1,5 pm 6,9 pm 1,4 pm Dessa mätningar visar att niobpartiklarnas medellängd kraftigt sänks vid extrusionen. Inget extruderat rör uppvisade en medellängd för niobpartiklarna på mer än 15 pm.

Ett jämförande försök gjordes även med ett identiskt ämne, vilket dock ej inkapslats utan endast försetts med en kärna 4. En fullkomligt undermålig produkt erhölls, med ett otal sprickor. Detta antas bero på den kraftiga oxidation som förorsakas av det fria lufttillträdet.

Claims (4)

10 15 20 W 505 247 Patentkrav l{ Förfarande för tillverkning av rör av minnesmetall, k ä n n e t e c k n a t därav, att a) man utgår frán ett ämne av minnesmetall, b) ett centrumhàl borras i nämnda ämne, c) en kärna trädes igenom centrumhàlet, varefter ämnet kapslas in medelst en kapsel, samt företrädesvis även medelst två gavlar, varigenom det utestängs från den omgivande atmosfären, d) det inkapslade ämnet uppvärms och extruderas, e) det extruderade ämnets ändar avlägsnas, samt f) även kärnan och den omgivande kapseln avlägsnas.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att utgångsämnet är cylindriskt.

3. Förfarande enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t därav, att minnesmetallen är NiTi- baserad.

4. Förfarande enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t därav, att minnesmetallen omfattar 35-60 vikt-% nickel, 35-60 vikt-% titan samt 1-30 vikt-% niob.