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Technischer Bereich
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Metallrohrtechnik und
genauer die Herstellung von nahtlosen Metallrohren mit Formgedächtnis,
insbesondere solche, die Nickel-Titan- oder Titanlegierungen verwenden.
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Stand der Technik
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Die
meisten nahtlosen Metallrohre werden durch Bearbeitung eines Rohrrohlings
auf einem nicht verformbaren Dorn und/oder in Kombination mit einem
Sinkverfahren, bei welchem das Rohr ohne innere Stütze durch
eine Form gezogen wird, hergestellt. Solche diskontinuierlichen
Verfahren sind langsam und kostenintensiv und können nur Rohre mit begrenzter
Länge herstellen.
Es ist ebenfalls bekannt nahtlose Rohre mit gleichförmigem Querschnitt durch
mechanische Bearbeitung einer Anordnung aus einem Kern und einem
Rohrrohling herzustellen, wobei sowohl der Kern als auch der Rohrrohling
gestreckt werden und dann der Kern entfernt wird. Die Kernentfernung
wird in Abhängigkeit
von dem Kernmaterial durch Schmelzen eines Kerns erreicht, der bei
einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes des Rohrs schmilzt,
durch selektives Auflösen
des Kerns oder gemäß einer
früheren
Erfindung durch mechanisches Ziehen des Kerns auf einen verringerten
Durchmesser, um die Kernentfernung zu erleichtern. Die Abmessungsgenauigkeit
und die Innenflächenqualität bei dem
mechanischen Dornverfahren sind ebenfalls schwieriger zu steuern
als die plastischen Ströme
für den
Rohling und der Kern kann sehr unterschiedlich ausfallen, wenn der
Kern aus einem anderen Material hergestellt ist als der Rohrrohling.
Spalte beim Zusammenbau oder ein Freiraum zwischen dem Kern und
dem Rohrrohling können auch
zu einer Verschlechterung der Innenflächenqualität beitragen. Selbst wenn der
Kern und der Rohrrohling aus dem gleichen Material bestehen, ist anzunehmen,
dass die Zugreibung zu einer unterschiedlichen Längung des Rohrrohlings und
des Kerns führen
kann.
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Das
UK-Patent Nr. 362539 legt
die Herstellung von Hohlmetallkörpern
dar.
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Das
französische Patent Nr. 980957 legt
den Zusammenbau eines Rohrrohlings mit einem Kern, eine mechanische
Bearbeitungsverdünnung
ohne Verbindung, eine weitere Kernstreckung, um ein Entfernen in
Längsrichtung
zu ermöglichen,
und dann das Entfernen des Kerns dar.
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Das
U.S.-Patent Nr. 4,186,586 legt
einen Walzblock und ein Verfahren zur Herstellung eines rohrförmigen Körpers durch
Zwangskunststoffverformung dar. In diesem Patent wird der gesamte
Walzblock
10 der Kunststoffverformung unterzogen, was sowohl
den Mittelkern
13 als auch das Mantelrohr
12 einschließt. Es wird
eine hydrostatisches Co-Strangpressen
eines Metallrohrrohlings und eines Metallkerns durchgeführt, die
durch eine durch Lösung
entfernbare Salzschicht voneinander getrennt sind. Nach Reduzierung
definiert die Salzschicht einen ringförmigen Spalt, so dass nach
Auflösen
des Salzes der Metallkern in Längsrichtung
herausgezogen werden kann.
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Das
U.S.-Patent Nr. 4,300,378 legt
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Formen lang gestreckter Gegenstände mit
einem Querschnitt mit verringertem Durchmesser dar. Der Walzblock
ist ein festes Muster und weist kein Rohr in Verbindung mit einem
Dorn auf. Dieses Patent zeigt ein Standardverfahren des Rohrstrangpressens
auf einem konischen Dorn
106.
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Das
U.S.-Patent Nr. 4,653,305 legt
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Formen von Metallgegenständen durch
Kaltstrangpressen eines Metallrohlings dar.
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Patent
Abstracts of Japan, Bd. 12 Nr. 52 (M-668), 17. Feb. 1988 und
JP,A,62199218 (Furukawa
Electric Co. LTD) 2. Sept. 1987 legen die Herstellung von Legierungsrohren
mit Formgedächtnis
dar, bei welcher ein Dorn in einen Zylinder aus einer Legierung
mit Formgedächtnis
eingeführt
wird, der Zylinder und der Dorn einstückig reduziert werden und der
Dorn nach einer Wärmebehandlung
herausgezogen wird. Es zeigt die Co-Reduktion eines rohrförmigen Nickel-Titan-Legierungsrohlings
mit Formgedächtnis
und eines Edelstahlkerns unter Verwendung des Gedächtniseffektes
des Rohrmaterials (ein aufgerolltes, geschweißtes und in der Dicke reduziertes Blech)
zur Ausdehnung des Rohrs, um das Entfernen des Kerns zu ermöglichen.
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Das
U.S.-Patent Nr. 5,056,209 legt
ein Verfahren zur Herstellung von plattierten Metallrohrleitungen
dar. Es zeigt ein Verfahren des Co-Strangpressens konzentrischer
Metallrohre zur Bildung eines plattierten zweimetallischen Rohrendproduktes. Die Materialien
sind Kohlenstoffstahl-Rohrmaterial als Außenrohr und härter zu
bearbeitende Materialien mit einer höheren Verformungsfestigkeit.
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Das
U.S.-Patent Nr. 5,709,021 legt
ein Verfahren zur Herstellung von Metallrohren dar, bei welchem
ein nahtloses Metallrohr durch Streckung einer Anordnung aus einem
Rohrrohling und einem Metallkern durch mechanische Bearbeitung und
dann Strecken des Kerns hergestellt wird.
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Kurze Zusammenfassung der Erfindung
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Gegenstände der
vorliegenden Erfindung sind das Überwinden
der Schwierigkeiten des Standes der Technik und die Herstellung
eines besseren Produktes als der Stand der Technik. Diese Gegenstände und
weitere werden in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung erreicht, welche vorsieht, dass diese
Probleme überwunden
werden können durch
Einsatz: (i) eines Metallrohrrohlings und (ii) eines kalt bearbeiteten,
gestreckten Metallkerns aus Material mit Gedächtniseffekt, der von dem Rohrrohling
mit einem minimalen Spalt umgeben und berührt ist; Streckung der Anordnung
durch deren mechanische Bearbeitung bis der Rohrrohling in ein Rohr
mit den gewünschten
Abmessungen umgewandelt ist; Anglühen des Kerns an den Rohrrohling,
indem die Anordnung einem Heizverfahren unterzogen wird, wodurch
der Kern während
des Heizverfahrens über die
Af-Temperatur hinaus erhitzt wird und zumindest einen Teil seines
ursprünglichen
Durchmessers wiedergewinnt, wodurch der Spalt zwischen dem Innendurchmesser
(ID) des Rohrrohlings und dem Kerndurchmesser minimiert wird; Unterziehen
des Kerns einer Behandlung, welche (i) dazu führt, dass sich der Kern über seine
Länge hinweg
in einem stärker gestreckten
Zustand befindet und (ii) welche das Rohr nicht wesentlich streckt;
Entfernen des gestreckten Kerns aus dem Rohr; und Unterziehen des Rohrs
einigen Ziehdurchlaufen über
einen unverformbaren Dorn oder einen losen Ziehstopfen, wodurch
die Genauigkeit der Durchmesser- und Wandabmessungen mit verbesserter
Qualität
der Innendurchmesser- und Außendurchmesserfläche verfeinert
wird. Schmiermittel zwischen dem Kern und dem Rohr können günstiger
Weise während
des Verfahrens eingesetzt werden. Es ist ebenfalls von Nutzen Kernausstoß- und Wiedereinsetzverfahren
zu verwenden, was ermöglicht
das Verhältnis
näher an der
Endgröße fein
einzustellen, um die Endabmessungen besser zu steuern, und was ermöglicht,
dass eine neue Schmierölschicht
zwischen dem Rohr und dem Kern hinzugefügt werden kann, wodurch die Entkernbarkeit
für schmale,
lange Rohre vereinfacht wird.
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Die
Erfindung kann eingesetzt werden zur Herstellung von Rohren aus
Legierungen mit Gedächtniseffekt,
wie Legierungsrohre aus der NiTi-Familie mit einem großen Größenbereich,
ist aber besonders nützlich
bei der Herstellung dünnwandiger Rohre
mit kleinem Durchmesser, beispielsweise mit einem Innendurchmesser
von 0,005 bis 1,0 Inch (0,13 bis 25,4 mm), z.B. 0,005 bis 0,125
Inch (0,13 bis 3,2 mm) und einer Wanddicke von 0,001 bis 0,2 Inch
(0,025 bis 5 mm), z.B. 0,002 bis 0,1 Inch (0,05 bis 2,5 mm). Die
Länge des
Rohrs kann stark variieren. So kann die Erfindung dafür eingesetzt
werden Rohre mit einer erheblichen Länge, z.B. mehr als 20 Fuß (6,096
m) oder sogar mehr als 100 Fuß (30,48 m)
herzustellen, wobei die obere Grenze durch die für die Streckung des Kerns zur
Verfügung
stehende Ausrüstung
festgelegt ist.
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Bei
den kleineren Formaten können
Verbesserungen erzielt werden, wenn ein Entkernungs- und Widereinsetzschritt
verwendet wird.
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Weitere
Gegenstände,
Eigenschaften und Vorteile werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung
bevorzugter Ausführungen
hervorgehen, welche in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gemacht ist,
in welchen:
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die 1 und 2 sind
schematische Längs-
und Querschnitte einer Anordnung aus einem Kern und einem Rohrrohling
zu Beginn des Verfahrens der Erfindung,
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3 ist
ein schematischer Querschnitt durch eine Anordnung, die durch mechanische
Bearbeitung gestreckt worden ist,
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die 4 und 5 sind
schematische Längsquerschnitte
durch verjüngte
Rohre der Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
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Gemäß einem
bevorzugten Gedanken stellt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung
von Rohren aus Legierungen mit Gedächtniseffekt bereit, wie binäre NiTi-Legierungen und
ihre modifizierten tertiären
und quartären
Zusammensetzungen, mit genau gesteuerten Außendurchmessern (OD) und Innendurchmessern
(ID), Wanddicken und verbesserten OD- und ID-Fertigstellungen. Das
Verfahren umfasst:
- 1. Bereitstellung einer
Anordnung, welche aufweist: (a) einen Metallrohrrohling und (b)
einen lang gestreckten Metallkern, der von dem Rohrrohling umgeben
und mit einem minimalen Spalt in Linienkontakt mit dem Rohrrohling
ist, und wobei ein Schmiermittel zwischen dem Kern und dem Rohr
vorteilhafter Weise verwendet werden kann;
- 2. Streckung der Anordnung durch mechanische Bearbeitung, die
bei einer höheren
Temperatur (Heißbearbeitung)
stattfinden kann, wobei der Kern und der Rohling eine ähnliche
plastische Kriechgeschwindigkeit aufweisen, bis dass der Rohrrohling
in ein Rohr mit den gewünschten
Abmessungen umgeformt oder aus einem geglühten Zustand kalt gezogen worden
ist;
- 3. Wärmebehandlung
der gestreckten Anordnung, wobei die Anordnung unter Spannungen
in Längsrichtung
bei einer Temperatur oberhalb der Rekristallisationstemperatur des
Rohrrohlings gerade gezogen wird;
- 4. nach Schritt (3) Unterziehen des Kerns einer Behandlung,
die dazu führt,
dass sich der Kern über
seine gesamte Länge
in einem gestreckten Zustand befindet, und die das Rohr im Wesentlichen
nicht dehnt;
- 5. Entfernen des gestreckten Kerns aus dem Rohr;
- 6. nach Schritt (5) können
die Verfahrensschritte (1) bis (5) wiederholt werden, um kleinere
Rohrgrößen zu erhalten;
- 7. nach dem endgültigen
Entkernungsvorgang von Schritt (5) und vor der endgültig fertig
gestellten Größe wird
das Rohr vorzugsweise nachfolgenden Zugschritten über einen
nicht verformbaren Dorn oder einen losen Ziehstopfen und/oder in
Kombination mit einem Sinkverfahren unterzogen, wodurch die Genauigkeit
der Durchmesser- und Wandabmessungen mit verbesserter Oberflächenqualität verfeinert
wird; und
- 8. nach dem endgültigen
Ziehvorgang in Schritt (7) wird das Rohr wärmebehandelt, während es unter
Spannungen in Längsrichtung
bei einer Temperatur oberhalb der Rekristallisationstemperatur gerade
gerichtet wird.
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Schritt 1 – Zusammenbau mit Rohrrohlingen
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Die
in dieser Erfindung eingesetzten Kerne müssen zufrieden stellende Ergebnisse
liefern während
des Zusammenbaus der Anordnung aus Rohrrohling und Kern, während die
Anordnung mechanisch bearbeitet wird und während der Kern in einen gestreckten
Zustand gebracht wird, nachdem die mechanische Bearbeitung abgeschlossen
ist. Die Kriterien für
die Auswahl eines Kernmetalls, das den Kern befähigt, die Anforderungen an
die mechanische Bearbeitung und das einfache Entkernen zu erfüllen, sind
in einem früheren
Patent (
U.S.-Patent Nr. 5,709,021 )
beschrieben worden. Um die Kriterien für die in der vorliegenden Erfindung
dargelegten Verbesserungen für
die Herstellung eines Rohrs aus einer Legierung, wie NiTi, mit Formgedächtnis zu
erfüllen,
besteht das Kernmetall vorzugsweise auch aus einer NiTi-Legierung mit im
Wesentlichen den gleichen Bearbeitungseigenschaften unter den gewählten Bearbeitungsbedingungen,
so dass das Ausmaß, in
welchem der Kern aus dem Rohr herausgepresst oder in dieses hingesaugt
wird, begrenzt ist. Es wird ebenfalls bevorzugt, dass das NiTi-Kernmetall
in verformten Zustand eine martensitische Rückverwandlungsstarttemperatur
(As) von mehr als 20°C
aufweist. Ein superelastischer Kern würde ebenfalls beim Strecken
und Bearbeiten der Anordnung bei einer Temperatur unter Umgebungstemperatur
oder Tiefsttemperatur eine korrekte Leistung bringen. Solch ein
NiTi-Kern gewinnt bei Verformung auf einen verkleinerten Durchmesser,
beim Zusammenbau mit dem Rohrrohling und nachfolgendem Erhitzen über die
Af-Temperatur während
des Glühprozesses seinen
ursprünglichen
Durchmesser zurück.
Ein ursprünglich
superelastischer Kern kann auch übermäßig verformt
werden, wie durch Dehnen über
die wieder herstellbare Streckgrenze hinaus, wodurch vorübergehend
die austenitische Verwandlungstemperatur über die Umgebungstemperatur
angehoben wird, wie in dem
U.S.-Patent
Nr. 4,631,094 beschrieben. Nach solch einer übermäßigen Verformung
weist der ursprünglich
superelastische Kern eine stabile Geometrie in dem verformten Zustand
auf, bis er über
die austenitische Verwandlungstemperatur hinaus erhitzt wird. Bei
Einsatz eines solchen Verfahrens kann ein ursprünglich superelastischer Kern
eingesetzt und entfernt werden ohne Abkühlen auf eine Tiefsttemperatur.
Durch korrekte Auswahl von Anfangs- und Endabmessungen wird durch das Formgedächtnis des Kerndurchmessers
der Anordnungsspalt zwischen dem Kern und dem Rohrrohling minimiert.
Beispielsweise führt
der Einbau eines Kerns mit einem Durchmesser von 1,00 Inch (2,54
cm) in einen Rohling-ID von 1,02 Inch (2,591 cm) zu einem Anordnungsspalt von
0,02 Inch (0,0508 cm). Gemäß der vorliegenden Erfindung
kann ein NiTi-Kern kalt bearbeitet werden durch Gesenkschmieden,
durch Ziehen oder durch Dehnen auf einen verringerten Durchmesser
für einen
leichteren Zusammenbau, wobei der Kern in der Lage ist 2% seines
Durchmessers wiederzugewinnen, wenn er erhitzt wird, und er spitzenlos
auf einen Enddurchmesser von 1,00 Inch (2,54 cm) geschliffen wird.
Der spitzenlos geschliffene NiTi-Kern wird dann mit dem Rohrrohling
zu einer Anordnung zusammengebaut und anschließend erhitzt, um die Formrückgewinnung
des Kerns zu induzieren. Eine 2%-ige Durchmesserrückgewinnung
des Kerns eliminiert somit den Anordnungsspalt von 0,02 Inch (0,0508
cm), wodurch eine sanfte Reduktion des Rohrrohlings-ID an den Kerndurchmesser
während
nachfolgender Reduktionen ermöglicht
wird. Die Reduktion des ID dicht an den Kerndurchmesser stellt sicher,
dass das ID-Endergebnis während
der nachfolgenden Reduktion beibehalten wird. Das Verfahren kann
auch in Schritt (5) zum Wiedereinsetzen des Kernmaterials nach einem
Zwischenschritt des Kernentfernens verwendet werden.
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Bevorzugte
Kernmetalle in dieser Erfindung umfassen Metalle mit Formgedächtnis,
welche ähnliche
plastische Kriecheigenschaften aufweisen wie diejenigen des Rohrrohlings.
Metalle mit Formgedächtnis
gibt es in einem austenitischen Zustand und in einem martensitischen
Zustand und sie machen einen Übergang
von dem austenitischen Zustand in den martensitischen Zustand durch,
wenn sie abgekühlt
werden, wobei der Übergang
bei einer höheren Temperatur
Ms beginnt und bei einer niedrigeren Temperatur Mf endet. Bevorzugte
Kernmetalle zur Herstellung von Rohren aus Nickel-Titan-Legierung und
ihren tertiären
oder quartenären
modifizierten Zusammensetzungen umfassen sowohl binäre Legierungen
und Legierungen, welche ein oder mehrere andere Metalle zusätzlich zu
Nickel und Titan enthalten, beispielsweise eines oder mehrere Metalle aus
Eisen, Kobalt, Mangan, Chrom, Vanadium, Molybdän, Zirkonium, Niob, Hafnium,
Tantal, Wolfram, Kupfer, Silber, Platin, Palladium, Gold und Aluminium.
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Ein
Kern aus einer bevorzugten binären
Legierung umfasst 54,5 bis 56,0%, vorzugsweise weniger als 55,5%
Nickel und der Rest Titan, da Legierungen in diesem Zusammensetzungsbereich
martensitische Rückverwandlungstemperaturen
(von martensitisch zu austenitisch) über der Umgebungstemperatur
aufweisen. In dieser Beschreibung beziehen sich die Prozentangaben
für die
Inhaltsstoffe der Legierungen auf Gewichtsprozent, basierend auf
dem Gewicht der Legierung. Binäre
Legierungen, die mehr als 55,5% Nickel enthalten, wobei der Rest
aus Titan besteht, können
auch verwendet werden, aber wenn solche Legierungen eingesetzt werden,
kann es erforderlich sein den Kern stärker zu verformen, um die As-
und Af-Temperaturen über
die Umgebungstemperatur zu bringen, wie in dem
U.S.-Patent Nr. 4,631,094 beschrieben.
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Es
gibt Elemente, die den Nickel-Titan-Legierungen zugesetzt werden
können,
und die die As- und Af-Temperaturen erhöhen. Solche Elemente umfassen
Kupfer, Hafnium, Platin, Palladium, Silber und Gold, und sie können nützlicher
Weise in der Legierung vorhanden sein, um die Rückverwandlungstemperaturen
zu erhöhen.
Typischer Weise liegen solche Elemente in einer Menge von 0,1 bis
20% in einer Legierung vor, die 55,5 bis 56,0% Nickel und als Rest Titan
enthält.
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Eine
weitere nützliche
Klasse von Nickel-Titan-Legierungen umfasst 41 bis 47% Titan, 0,1
bis 5% Aluminium und als Rest Nickel. Das Vorhandensein von Aluminium
erzeugt eine Legierung, welche einer Ausscheidungshärtung unterzogen
werden kann.
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Die
Erfindung kann auch dafür
eingesetzt werden ein Rohr aus irgendeinem Metall herzustellen,
dessen Bearbeitungseigenschaften ermöglichen, dass der Rohrrohling
und der Kern mit ähnlichen
plastischen Kriechgeschwindigkeiten durch mechanische Bearbeitung
gestreckt werden. Nickel-Titan-Legierungen, die als Rohrmetalle
verwendet werden können,
umfassen diejenigen, die hier als geeignet zur Verwendung als Kernmetalle
dargelegt worden sind. Beispiele für andere Rohrmetalle umfassen Legierungen,
welche Titan und eines oder mehrere andere Metalle, z.B. Nickel
Aluminium, Vanadium, Niob, Kupfer und Eisen enthalten. In einer
Klasse solcher Legierungen liegt das Titan in einer Menge von zumindest
80%, vorzugsweise 85 bis 97% vor, und die Legierung enthält ebenfalls
eines oder beide von Aluminium und Vandium, wobei die Legierung
beispielsweise ungefähr
90% Ti, ungefähr
6% Al und ungefähr
4% V enthält,
oder die Legierung ungefähr 94,5%Ti,
ungefähr
3% Al und ungefähr
2,5% V enthält.
In einer weiteren Klasse solcher Legierungen liegt das Titan in
einer Menge von 76% bis 92,5% vor und die Legierung enthält auch
ungefähr
7,5% bis 12% Mo, 0 bis ungefähr
6% Al, 0 bis ungefähr
4% Nb und 0 bis ungefähr
2% V. IN einer noch weiteren Klasse solcher Legierungen liegt das
Titan in einer Menge von 35 bis 47% vor und die Legierung enthält ebenfalls
42 bis ungefähr
58% Nickel, 0 bis ungefähr 4%
Eisen, 0 bis ungefähr
13% Kupfer und 0 bis ungefähr
17% Niob. Weitere Rohrmetalle umfassen reaktive Metalle und Legierungen
(d.h. Metalle und Legierungen, die mit Sauerstoff und/oder Stickstoff
reagieren, wenn sie einer mechanischen Bearbeitung an der Luft unterzogen
werden, und die daher in einem inerten Medium oder innerhalb eines
nicht reaktiven Gehäuses,
z.B. aus Edelstahl, verarbeitet werden, welches in irgendeinem passenden
Schritt nach Beendigung der mechanischen Bearbeitung entfernt wird),
einschließlich
insbesondere Titan, Zirkonium und Hafnium. Weitere Rohrmetalle umfassen
intermetallische Verbindungen, z.B. Nickelaluminide und Titanaluminide,
von denen viele bei Raumtemperatur schwierig zu bearbeiten sind
und bei höheren
Temperaturen, bei welchen sie plastisch verformbar sind, bearbeitet
werden müssen.
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Die
Abmessungen des Rohrrohlings und des Kerns in der Anordnung sind
durch die Abmessungen bestimmt, welche für das fertig gestellte Rohr
und die für
die mechanische Bearbeitung der Anordnung zur Verfügung stehende
Ausrüstung
gefordert sind. Es handelt sich hierbei um dem Fachmann gut bekannte Dinge,
die hier keine detaillierte Beschreibung benötigen. Beispielsweise können der
Kern und der Rohrrohling eine Länge
von 3 bis 100 Inch (76 bis 2500 mm), z.B. 12 bis 48 Inch (300 bis
1220 mm) aufweisen; der Außendurchmesser
des Rohrrohlings kann 0,1 bis 2 Inch (2,5 bis 51 mm), vorzugsweise
1 bis 1,5 Inch (25 bis 40 mm) betragen; der Durchmesser des Kerns
und der Innendurchmesser des Rohrrohlings kann 0,3 bis 1 Inch (7,6
bis 25,5 mm), vorzugsweise 0,5 bis 0,9 Inch (12,5 bis 23 mm) betragen;
und das Verhältnis
des Außendurchmessers
des Rohrs zu dem Innendurchmesser des Rohrs kann von 1,01 bis 2,5,
vorzugsweise 1,15 bis 2,0 betragen. Diese Abmessungen sind Beispiele,
die als nicht begrenzend für
den Rahmen der Erfindung anzusehen sind. Das Verhältnis des
Innendurchmessers des Rohrproduktes zu dem Außendurchmesser des Rohrproduktes ist
im Wesentlichen das gleiche wie bei dem Rohrrohling.
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Es
hat sich herausgestellt, dass verbesserte Ergebnisse beim Dehnen
des Kerns und beim Entfernen des gestreckten Kerns erreicht werden,
wenn ein Schmiermittel zwischen dem Rohrrohling und dem Kern beim
anfänglichen
Zusammenbau angeordnet wird. Es wurde beispielsweise Graphit, das
bevorzugt wird, und Molybdändisulfid
als Schmiermittel verwendet.
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Schritt 2 – Mechanische Bearbeitung der
Anordnung aus dem Rohrrohling und dem Kern
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Weiterführend nach
dem ersten Schritt des Verfahrens wird eine Anordnung aus dem Rohrrohling
und dem Kern einer mechanischen Bearbeitung unterzogen, um die Anordnung
zu längen,
bis das Rohr die gewünschten
Endabmessungen aufweist. Solche Vorgänge beinhalten ein mehrfaches
Ziehen durch Formen mit zunehmend sich verkleinerndem Durchmesser
bei hohen Temperaturen und/oder bei niedrigeren Temperaturen mit
einem Glühen
nach Ziehschritten bei niedrigen Temperaturen. In der vorliegenden
Erfindung hat sich herausgestellt, dass selbst bei einer Anordnung,
die ähnliche
plastische Kriecheigenschaften bei dem Rohrrohling und bei dem Kern
aufweist, aufgrund des Vorhandenseins einer erheblichen Reibung
zwischen dem Rohr und der Ziehform typische Ziehverfahren oftmals
eine unterschiedliche Längung
des Rohrs und des Kerns hervorrufen. Es hat sich ebenfalls gezeigt,
dass durch Veränderung
der Ziehtemperatur die relative Längung zwischen dem Kern und
dem Rohr gesteuert werden kann und daher kann durch Auswahl einer korrekt
optimierten Ziehtemperatur der relative Unterschied in der Längung des
Rohrs und des Kerns minimiert werden, was zu einem wesentlich besseren Erhalt
des ID/OD-Verhältnisses
(Innendurchmesser-Außendurchmesser)
und der Glätte
des ID führt. Als
Beispiel führt
das Ziehen einer Anordnung mit einem Rohr aus Ti-55,8Gew.-% Ni und
einem Kern aus Ti-54,5Gew.-% Ni bei Temperaturen unterhalb 400°C immer zu
einer größeren Längung des
Rohrs als des Kerns, während
die Erhöhung
der Ziehtemperatur auf 600°C
zu einer ähnlichen
Längung
des Rohrs als auch des Kerns führt.
Es wurde beobachtet, dass das bei 600°C gezogene Rohr besser das ID-OD-Verhältnis beibehält und eine
erheblich glattere ID-Oberfläche
aufweist als das bei höheren
oder niedrigeren Temperaturen gezogene Rohr.
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Temperaturen
in dem Bereich von 200°C
bis 700°C
können
eingesetzt werden. Das Verhältnis kann
auch durch Ändern
der Reduzierung pro Durchgang, die Formgestaltung und/oder in gewissem Maße die Ziehgeschwindigkeit
verändert
werden. Die aufgelisteten Temperaturen sind Ofentemperaturen, nicht
die eigentlichen Ziehtemperaturen an der Form.
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Nachdem
der Kern und der Rohrrohling durch thermomechanische Bearbeitung
gestreckt worden sind, wird die gestreckte Anordnung auf Längen geschnitten,
die in verfügbarer
Ausrüstung,
wie einer Ziehbank, bequem zu handhaben sind. Außer wenn der mechanische Endbearbeitungsschritt
bei einer derart hohen Temperatur durchgeführt wird, dass der Kern ausreichend
frei ist von Spannung, muss die Anordnung entspannt oder geglüht werden. Das
Entspannen oder Glühen
kann entweder vor oder nach dem Zerschneiden der Anordnung in Abschnitte
erfolgen. Weitere Reduzierungsverfahren können benutzt werden, wie Strangpressen,
Gesenkschmieden und Walzen.
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Schritt 3 – Wärmebehandlung und Geraderichten
wie zuvor angegeben
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Schritte 4 und 5 – Strecken und Entfernen des
Kerns
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Schritt 6 – Prozess der Größendimensionierung
und Endbearbeitung unter Verwendung eines nicht verformbaren Dorns
oder losen Ziehstopfens
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Selbst
unter Nutzung der hier dargelegten Verbesserungen wurde beobachtet,
dass die Abmessungstoleranz, insbesondere die Präzision der Wanddicke, eine
inhärente
Begrenzung bei dem Verfahren mit verformbarem Dorn zu haben scheint.
Beispielsweise weist ein Rohr aus Ti-55,8 Gew.% Ni nach dem Ziehen
unter Einsatz eines Verfahrens mit verformbarem Dorn von 1,25 Inch
(3,175 cm) OD auf 0,05 Inch (0,127 cm) OD eine typische Konzentrizität (minimale
Dicke/maximale Dicke) in einem Bereich von 0,88 bis 0,92 auf. Allerdings
hat sich herausgestellt, dass die Konzentrizität und die Abmessungssteuerung
verbessert werden, indem Rohre genommen werden, die mit Hilfe eines
Ziehverfahrens mit einem verformbaren Dorn bei entweder hohen (Heiß- oder
Warmziehen) oder Umgebungstemperaturen (Kaltziehen) hergestellt
worden sind, und das Ziehen des Rohrs durch eine Anzahl von Durchgängen mit nicht
verformbarem Dorn verbessert erheblich die Konzentrizität. Beispielsweise
hat sich herausgestellt, dass wenn ein Rohr mit einem OD von 0,235 Inch
(0,5969 cm) und einem ID von 0,196 Inch (0,4978 cm), das unter Einsatz
eines Verfahrens mit verformbarem Dorn hergestellt worden ist, und
das eine Konzentrizität
von 0,92 aufweist, genommen und anschließend das Rohr unter Verwendung
eines festen Dorns aus gehärtetem
Stahl auf einen OD von 0,192 Inch (0,4877 cm) gezogen wird, die Konzentrizität schrittweise
auf 0,95 verbessert wird. In einem anderen Beispiel weisen Rohre
mit einem CD von 0,062 Inch (0,1575 cm) und einem ID von 0,0508 Inch,
die mit Hilfe eines Verfahrens mit verformbarem Dorn hergestellt
worden sind, eine typische Konzentrizität in einem Bereich von 0,902-0,926
auf. Rohre dieser Größe können auch
mit dem gleichen Verfahren mit verformbarem Dorn zuerst mit einem
CD von 0,083 Inch (0,2108 cm) und einem ID von 0,0626 Inch (0,159
cm) hergestellt werden und dann nach dem Entkernen und Glühen auf
einen fertigen OD von 0,062 (0,1575 cm) und einen fertigen ID von 0,0508
Inch (0,129 cm) unter Einsatz eines nicht verformbaren Dorns aus
gehärtetem
Stahl gezogen werden. Das Ziehen mit Hilfe eines nicht verformbaren Dorns
wird in fünf
Ziehdurchgängen
mit einem Zwischenglühen
durchgeführt.
Rohre, die mit einem solchen hybriden Ziehverfahren hergestellt
werden, zeigen deutlich besser kontrollierte Abmessungen mit einer
verbesserten Konzentrizität,
die typischer Weise in einem Bereich von 0,946-0,978 liegt. Die
Verwendung eines Ziehverfahrens mit losem Ziehstopfen sollte eine ähnliche
Verbesserung der Konzentrizität
erreichen. Entweder ein Verfahren mit nicht verformbarem Dorn oder
ein Verfahren mit losem Ziehstopfen führt ebenfalls zu einer besseren
Kontrolle über
den CD und ID und daher das Verhältnis
zwischen CD und ID, da der CD durch die Größe der Ziehform genau gesteuert
wird, während
der ID durch den Durchmesser des Dorns oder des Stopfens mit Genauigkeit
bemessen wird.
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Schritte 7 und 8 – wie zuvor angegeben.
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Unter
Bezugnahme nunmehr auf die Zeichnungen, zeigen die 1 und 2 eine
Anordnung, die geeignet ist für
die Verwendung als Anfangsmaterial in dieser Erfindung, und die
einen Rohrrohling 1 aufweist, der einen Kern 2 umgibt.
Zwischen dem Rohrrohling und dem Kern gibt es eine sehr dünne Schicht 3 aus
Schmiermittel. 3 zeigt eine gestreckte Anordnung,
die durch mechanische Bearbeitung der Anfangsanordnung aus den 1 und 2 hergestellt
worden ist, und die ein Rohr 11 und einen gestreckten Kern 12 aufweist.
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Die 4 und 5 zeigen
Rohre der Erfindung mit einem kegelförmigen Bereich 111.
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Den
Fachleuten wird klar sein, dass weitere Ausführungen, Verbesserungen, Einzelheiten
und Verwendungen in Übereinstimmung
mit der vorausgehenden Beschreibung im Rahmen dieser Erfindung,
wie in den anhängenden
Ansprüchen
definiert, gebracht werden können.