Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von hochleistungsfähigen Kupfer/Titan-Bimetall-Kapillarrohren und gehört zum Gebiet der Herstellungstechnologie für bimetallische Kapillarmaterialien. Die Erfindung verwendet ein Heißspinnverfahren zur Herstellung von metallurgisch gebundenen Kupfer/Titan-Verbundrohren mit den Abmessungen Φ (7,0～15,0) mm × (0,5～2,0) mm. Nach Beizen der inneren und äußeren Oberflächen werden die Rohre direkt mehrstufig gezogen und zwischenzeitlich geglüht, wodurch Kupfer/Titan-Bimetall-Kapillarrohre mit den Abmessungen Φ (0,5～6,1) mm × (0,1～0,8) mm erhalten werden. Da die Erfindung Heißspinnen zur Herstellung kleiner Kupfer/Titan-Verbundrohre und anschließendes direktes Ziehen verwendet, sind Verfahren und Geräte einfach, die Lebensdauer der Werkzeuge lang und die Herstellungskosten niedrig. Die Kombination aus Ziehen mit schwimmendem Dorn und Luftziehen sowie erforderlicher Zwischenglühung erleichtert die Verformung der Kupfer- und Titanschichten weiter und führt zu Verbundkapillarrohren mit hoher Maßgenauigkeit und guter Oberflächenqualität.
Kupfer- und Kupferlegierungs-Kapillarrohre sind relativ dünnwandige Rohre mit kleinem Durchmesser im Bereich Φ (0,5～6,1) mm × (0,1～0,8) mm (Außendurchmesser × Wanddicke, im Folgenden gleichermaßen). Sie sind wichtige Werkstoffe, die weit verbreitet in Zentralklimaanlagen, modernen Haushaltsgeräten, Mess- und Prüfgeräten eingesetzt werden. Sie zeichnen sich durch hohe Verarbeitungsschwierigkeit und hohen Mehrwert aus. Mit der rasanten Entwicklung der Ausrüstungsherstellung, der Haushaltsgeräteindustrie und der maritimen Industrie in meinem Land steigt die Marktnachfrage nach Kupfer- und Kupferlegierungs-Kapillarrohren stetig. In stark korrosiven Meeresumgebungen wie Schiffen, Entsalzungsanlagen und küstennahen Kraftwerken wird jedoch die Lebensdauer von Kupfer- und Kupferlegierungs-Kapillarrohren durch Meereskorrosion verkürzt, wodurch die Zuverlässigkeit der Geräte verringert wird. Reine Titankapillarrohre weisen eine außergewöhnlich gute Korrosionsbeständigkeit auf, doch Titan hat eine geringe Wärmeleitfähigkeit; dickwandige Kapillarrohre besitzen eine schlechte Wärmeaustauschleistung, und die mechanischen Eigenschaften dünnwandiger Kapillarrohre genügen den Anforderungen nur schwer. Kupfer/Titan-Bimetall-Kapillarrohre sind eine neue Art von Verbundkapillarrohren, bei denen die Innenwand eines Kupferrohrs mit einer Titanschicht beschichtet wird. Sie kombinieren die Vorteile von Titan (geringe Dichte, hohe spezifische Festigkeit, ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit) mit der hervorragenden Wärmeleitfähigkeit von Kupfer und besitzen dadurch eine sehr gute Gesamtleistung. Daher haben Kupfer/Titan-Bimetall-Kapillarrohre breite Anwendungsperspektiven in Schiffbauausrüstung, maritimer Industrie, großen Kältesystemen, Haushaltsgeräteindustrie und Messgerätetechnik und sind von großer Bedeutung für die Verbesserung der Sicherheit und Zuverlässigkeit von Schiffsausrüstung und Industriemaschinen.
Gegenwärtige Hauptverfahren zur Herstellung von Kupfer/Titan-Verbundrohren umfassen Ziehverbund, hydraulisches Aufweiten und Sprengschweißen. Kaltumformende Verbunde wie Ziehen und hydraulisches Aufweiten erzielen in der Regel einen Pressverband durch geringe plastische Verformung des Grundwerkstoffs oder von Grund- und Deckwerkstoff. Die so hergestellten Verbundrohre weisen eine geringe Grenzhaftfestigkeit, eine schlechte Verformungskoordination zwischen den beiden Metallschichten auf und lassen sich nur schwer zu Kapillarrohren verarbeiten. Sprengschweißen nutzt den hohen Druck durch Explosionen, um eine Festphasenschweißung der beiden Metalle an der Grenzfläche zu erzielen, was zu hoher Grenzhaftfestigkeit führt. Es ist jedoch gefährlich im Betrieb, hat eine geringe Produktionseffizienz und führt zu ungleichmäßiger Titanschichtdicke, sodass die erforderliche Schichtdicke nach der Kapillarherstellung nur schwer gewährleistet werden kann.
Zur Lösung der bei den oben genannten Verfahren auftretenden Probleme zielt die vorliegende Erfindung darauf ab, ein Verfahren zur Herstellung von Kupfer/Titan-Bimetall-Kapillaren durch Kombination von Heißspinnen (hochtemperaturgerechter Rotationsschmiedevorgang, im Folgenden „Heißspinnen“ genannt) und Ziehen bereitzustellen. Dieses Verfahren nutzt die dreiachsige Druckspannungsverformung beim Rotationsschmieden, um mehrere Verformungsgänge zu realisieren und gleichzeitig unter hoher Temperatur eine metallurgische Bindung des Verbundrohrs zu erreichen. Anschließend wird ein Ziehverfahren mit schwimmendem Dorn und/oder Luftziehen unter Zwischenglühung angewendet, um eine hochleistungsfähige Kupfer/Titan-Bimetall-Kapillare zu erhalten.
Zur Erreichung des obigen Ziels ist die technische Lösung der Erfindung wie folgt: Mittels Heißspinnen wird ein metallurgisch gebundenes Kupfer/Titan-Verbundrohr mit den Abmessungen Φ (7,0～15,0) mm × (0,5～2,0) mm hergestellt. Nach Beizen der inneren und äußeren Oberflächen wird es direkt mehrstufig gezogen und zwischenzeitlich geglüht, wodurch eine Kupfer/Titan-Bimetall-Kapillare mit den Abmessungen Φ (0,5～6,1) mm × (0,1～0,8) mm erhalten wird. Das mehrstufige Ziehen kann direktes oder scheibenförmiges Ziehen umfassen, einschließlich Ziehen mit bewegtem Dorn und/oder Luftziehen; die Querschnittsreduktion pro Zuggang beträgt 10 % bis 40 %; bei Erreichen einer kumulierten Querschnittsreduktion von etwa 70 % ist eine Zwischenglühung erforderlich. Die Zwischenglühung erfolgt bei 500 °C für 1 Stunde. Während des Ziehens wird geschmiert; als Schmiermittel können Mineralöl oder Pflanzenöl verwendet werden. Die Ziehgeschwindigkeit beträgt 1–20 mm/min.
Die Erfindung weist folgende Vorteile auf:
1. Kleindimensionierte Kupfer/Titan-Verbundrohre werden durch Heißspinnen hergestellt und anschließend direkt gezogen, wodurch Verfahren und Geräte einfach sind, die Werkzeuglebensdauer lang und die Herstellungskosten niedrig sind.
2. Die durch Heißspinnen hergestellten Kupfer/Titan-Verbundrohre weisen eine metallurgische Grenzbindung ohne spröde intermetallische Phasen auf, was die koordinierte Verformung der beiden Metallschichten beim Ziehen begünstigt und zu Kupfer/Titan-Bimetall-Kapillaren mit hoher Grenzhaftfestigkeit führt.
3. Die Kombination aus Ziehen mit schwimmendem Kern und Luftziehen sowie erforderlicher Zwischenglühung begünstigt die Verformung von Kupfer- und Titanschichten weiter und führt zu Verbundkapillaren mit hoher Maßgenauigkeit und guter Oberflächenqualität.
