一种用钢管制备的多孔减重钢棒的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种用钢管制备的多孔减重钢棒，包括钢质基管、若干个钢管和基管端盖；所述钢质基管至少有一个开口端；所述若干钢管设置于钢质基管内部，并通过冶金结合与钢质基管相连接；所述基管端盖通过螺纹与钢质基管相连接。本实用新型经烧结后直接挤压制备出的多孔减重棒材，孔隙率达到20～35%，减重为5～15%，挤压态抗拉强度为200～300MPa。该钢棒可用于结构用材料中，既要求强度，又要求重量轻的场合，比如油田上用的抽油杆、冶金机械、石油化工、能源环保和国防军工等方面。
【专利说明】—种用钢管制备的多孔减重钢棒
【【技术领域】】
[0001]本实用新型属于金属棒材加工领域，具体涉及一种用钢管制备的多孔减重钢棒。【【背景技术】】
[0002]近些年，金属多孔材料的研究较为广泛，金属多孔材料制备方法主要有粉末烧结法、添加发泡剂法、固-气共晶反应法、渗流铸造法、卷入气体法和空心球烧结法等。金属多孔材料既有金属的性质，又有孔的性质，具有一系列的优点，例如，密度低、比表面积大、机械强度高、通透性好、一定的减重量和孔隙率，同时保证良好的力学性能。一般来说当密度减小时，多孔金属的力学性能将急速下降，其抗拉强度、弹性模量、屈服应力随孔隙率的增大而呈指数函数降低。多孔金属力学性能随孔隙率变化的特性大大限制了其应用范围，比如很多结构材料，要求重量轻，同时还要强度高，一般的多孔材料无法满足。例如多孔铝的抗拉强度只有铝的1/100左右，比强度约为铝的1/10。对于铁的多孔材料孔隙率一般为3~30%，屈服强度范围为70~200MPa，抗拉强度范围为150~320MPa，并且随着孔隙率升高强度逐渐降低。
【实用新型内容】
[0003]为了解决现有技术存在的金属多孔材料随着孔隙率升高而抗拉强度逐渐降低的问题，本实用新型提供了一种用钢管制备的多孔减重钢棒，该钢棒不仅具有普通金属多孔材料的特性，同时具有较高的孔隙率和抗拉强度，并达到一定的减重效果。
[0004]为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案:
[0005]一种用钢管制备的多孔减重钢棒，包括钢质基管、若干钢管和基管端盖；所述钢质基管至少有一个开口端；所述若干钢管设置于钢质基管内部，相邻钢管之间、钢管与钢质基管之间通过冶金结合相连接；所`述基管端盖安装于钢质基管的开口端，将若干钢管封闭于钢质基管内。
[0006]优选地，所述基管端盖通过螺纹与钢质基管相连接。
[0007]优选地，所述基管端盖设有若干通气孔。
[0008]优选地，所述钢质基管的外径为:27.5~41.7mm,壁厚为:3~5mm ;所述钢管的壁厚为:1~2_。
[0009]优选地，钢质基管上与开口端相对的另一端封闭。
[0010]优选地，所述钢管的材质为结构钢。
[0011 ] 优选地，所述钢管的材质为优质结构钢。
[0012]优选地，该多孔减重钢棒的孔隙率为20~35%。
[0013]与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于:
[0014]本实用新型一种用钢管制备的多孔减重钢棒，通过在钢质基管中内置若干钢管，使钢管之间、钢管与钢质基管之间通过冶金结合相连接；使得多孔减重钢棒抗拉强度高，并具有一定的减重效果，孔隙率达到20~35%，减重为5~15%，挤压态抗拉强度为200~300MPa。该复合钢棒可用于结构用材料中，既要求强度，又要求重量轻的场合，比如油田上用的抽油杆、冶金机械、石油化工、能源环保和国防军工等方面。
【【专利附图】
【附图说明】】
[0015]图1为本实用新型一种用钢管制备的多孔减重钢棒的复合坯料结构示意图；
[0016]图2为沿图1中A-A线的剖视图；
[0017]图3为实施例所制备的多孔减重钢棒某一处孔隙金相图；
[0018]图4为实施例所制备的多孔减重钢棒负荷-应变曲线。
[0019]其中，1、钢质基管；2、钢管；3、基管端盖。
【【具体实施方式】】
[0020]以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
[0021]参见图1和图2所示，本实用新型一种用钢管制备的多孔减重钢棒，包括钢质基管
1、若干个钢管2和基管端盖3 ;所述钢质基管I至少有一个开口端；所述若干个钢管2设置于钢质基管I内部，并通过冶金结合与钢质基管I相连接；所述基管端盖3用于密封钢质基管I的开口端，通过螺纹与钢质基管I相连接。所述钢质基管I的外径为:Φ30~50_，壁厚为:3~5mm,所述钢管2的外径为:Φ3~6mm,壁厚为:1~2mm。
[0022]本实施例优选钢质基管I 一端封闭，一端开口。钢质基管封闭的一端外周设有倒角，方便烧结后挤压成型。基管端盖3上设有通气孔，用于烧结时惰性气体进入钢质基座I内，防止钢管2氧化。
[0023]为了对本实用新型一种用钢管制备的多孔减重钢棒进一步了解，现对其具体制备方法做进一步描述，以便于更清楚的理解本实用新型所要求保护的技术思路。
[0024]本实用新型一种用钢管制备的多孔减重钢棒，其制备方法包括以下步骤:
[0025]步骤一、复合坯料准备:将外径为Φ4πιπι内径为Φ2πιπι若干钢管2，放置于钢质基管I内部，其开口端用基管端盖3密封，组成复合坯料，称量各部分重量:钢质基管I为200g、基管端盖3为55.7g、装入若干钢管2后总重285.4g，测量复合坯料尺寸:内孔高42.58mm、外径 33.12mm、壁厚 3.02mm ；
[0026]步骤二、烧结:将加热炉升温，当温度升到800~900°C时，将复合坯料放入加热炉，同时通入氩气，再加热到1180~1250°C，保温I~2h，使试样内部外径为Φ4πιπι内径为Φ2πιπι的若干钢管2烧结成形，外径为Φ4πιπι内径为Φ2mm的若干钢管2和外部钢质基管I整体烧结成形，使复合坯料在高温下发生冶金结合；
[0027]步骤三、烧结后直接进行挤压变形:在烧结完成后待复合坯料温度降低到860~1150°C时，直接进行热挤压成型，空冷到室温，制备出高孔隙率多孔复合钢棒。挤压参数:挤压比为1.1~1.2，半模角为15~30°，工作带长度为5~15_，挤压速度为≤10mm/s，挤压温度为1000~1200°C，挤压模具预热温度为150~200°C。
[0028]本实施实例中烧结时必须通如保护气氛防止内部钢管表面氧化，否则内部没有结合；挤压时必须在模具内部涂润滑剂，使得挤压更容易进行；通过烧结挤压前后测量的重量计算出减重量可达18%;通过金相法，找一组照片计算黑色(孔隙)部分所占面积比，得出平均孔隙率为31%，图2为试样某一处孔隙照片；抗拉强度214.6MPa，图3为负荷-变形曲线，最高点为抗拉强度最大处，其值为3.7KN，抗拉强度为负荷值3.7KN乘以断面面积58mm2。
[0029]本实用新型一种用钢管制备的多孔减重钢棒，挤压后，钢质基管I的外径变为:Φ27.5?41.7臟，壁厚为:3?5mm ;钢管2的壁厚为:I?2mm，截面如图3所示，呈不规则状；孔隙率为20?35%，减重为5?15%，挤压态抗拉强度为200?300MPa。
[0030]以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的【具体实施方式】仅限于此，对于本实用新型所属【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本实用新型由所提交的权利要求书确定专利保护范围。
【权利要求】
1.一种用钢管制备的多孔减重钢棒，其特征在于:包括钢质基管(I)、若干钢管(2)和基管端盖(3)； 所述钢质基管(I)至少有一个开口端； 所述若干钢管(2)设置于钢质基管(I)内部，相邻钢管之间、钢管与钢质基管(I)之间通过冶金结合相连接； 所述基管端盖(3)安装于钢质基管(I)的开口端，将若干钢管(2)封闭于钢质基管(I)内。
2.根据权利要求1所述的一种用钢管制备的多孔减重钢棒，其特征在于:所述基管端盖(3 )通过螺纹与钢质基管(I)相连接。
3.根据权利要求1所述的一种用钢管制备的多孔减重钢棒，其特征在于:所述基管端盖(3)上设有若干通气孔。
4.根据权利要求3所述的一种用钢管制备的多孔减重钢棒，其特征在于:所述钢质基管(I)的外径为:27.5?41.7mm,壁厚为:3?5mm ;所述钢管(2)的壁厚为:1?2mm。
5.根据权利要求1所述的一种用钢管制备的多孔减重钢棒，其特征在于:钢质基管(I)上与开口端相对的另一端封闭。
6.根据权利要求1所述的一种用钢管制备的多孔减重钢棒，其特征在于:所述钢管(2)的材质为结构钢。
7.根据权利要求6所述的一种用钢管制备的多孔减重钢棒，其特征在于:所述钢管(2)的材质为结构钢。
8.根据权利要求1至7任意一项所述的一种用钢管制备的多孔减重钢棒，其特征在于:该多孔减重钢棒的孔隙率为20?35%。
【文档编号】F16S3/00GK203477865SQ201320504036
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年8月16日 优先权日:2013年8月16日
【发明者】庞玉华, 高蕾, 孙琦, 孙列 申请人:西安建筑科技大学