金属波纹管是一种带弹性、薄壁、有横向波纹的轴对称管壳零件，它要求既有弹性特性又具有耐压、密封、耐腐蚀、耐温度等多种性能，在压力、轴向力、横向力或弯矩的作用下均能产生相应的位移。金属波纹管是一种功能性零件，特种金属波纹管的制造和加工涉及波纹管的设计、材料的塑性加工、焊接、热处理、表面处理、切削和性能测试等多种工艺和技术。

热处理是波纹管制造的关键工艺之一。高质量的热处理，既要求高的表面质量，又要求有一定的可成形性能和综合力学性能。

波纹管材料规格：

GH416合金（美国牌号Inconel718）是镍基可变形高温合金，具有高强度、高弹性和较好的耐腐蚀性能，同时具有良好的成形、焊接和切削等加工性能。此外，其工作温度范围广（-253～600℃），是高压金属波纹管的理想材料。薄壁管材壁厚0.15～0.23mm，直径 φ18～φ225mm。

热处理设备选择：

GH416合金薄壁管材的热处理采用SIMUWU公司生产的RVGQ-669-2双室卧式内热式真空气淬炉。加热室与冷却室用真空闸阀隔开，工件在冷却室进行冷却时，加热室不受影响。RVGQ-669-2真空气淬炉的技术指标如下∶有效加热区尺寸（宽×长×高）600mm×600mm×900mm，额定装炉量200kg，最高温度1300℃，炉温均匀性±5℃，加热室极限真空度6.6 ×10-3Pa，空炉升温时间≤30min（空炉由室温升到1150℃），气冷时间≤30min（工件由1150℃降到150℃）。

GH416合金薄壁管材固溶处理的目的是为了消除加工硬化，恢复材料的塑性，为波纹管的成形作准备。固溶处理的效果影响波纹管的成形及表面和内在质量，所以它是研制GH416合金波纹管的关键工艺。

影响GH416合金真空热处理质量的因素有∶前处理、加热温度和真空度、加热时间和保温时间、装炉方式、炉子的极限真空度、压升率和炉温均匀性、冷却介质和冷却方式等。

①前处理：GH416合金材料的合金成分较多，比较容易氧化，而GH416合金材料的波纹管不允许氧化，为了达到光亮真空固溶处理，材料在临近处理之前需采用脱脂剂加超声波清洗的方法进行严格的清洗、烘干。

②工艺参数：加热温度、保温时间和真空度是真空热处理的最主要的工艺参数，加热温度对材料晶粒度和性能有决定性的影响，保温时间影响稍小。在加热过程中的保温阶段，是为了使零件加热均匀，提高加热室的真空度和材料的恢复和再结晶。各个阶段的真空度是保证材料不氧化的必要条件。

③装炉方式∶因为薄壁管材和波纹管均属于薄壁零件，加热过程中，由于材料强度降低和自身重量的作用，薄壁零件很容易发生畸变；在正压高流率冷却气体冷却的过程中，由于3个方向受压力气体的冲击，薄壁零件也容易发生畸变。在选择装炉方式时要综合考虑上述两个方面的影响，将畸变降低到最小程度。对于多层GH416 合金薄壁管材的固溶热处理，我们采用多层管材套好之后一起热处理，这样一方面可以增加单层薄壁管材的刚度，减少畸变，另一方面可以避免固溶状态下单层薄壁管材套管时引起严重划伤。这种划伤将明显降低波纹管的使用寿命。

④炉子的极限真空度、压升率和炉温均匀性，这3个参数是真空热处理炉的主要技术指标。它决定着固溶热处理的质量。SIMUWU公司生产的RVGQ系列真空炉是进行此次工艺的理想设备。

⑤冷却方式和介质，目前要使GH416合金薄壁管材的真空热处理达到表面光亮的要求，只能采用气体冷却的方式。为了防止氮气对GH416合金的渗氮作用，我们采用纯氩气（99.99%）作为冷却气体，气体的压力（相对压力）0.08MPa，气体生产厂家也要进行选择。

分析了上述5个方面的因素，根据表面光亮、无晶界显示和晶粒度等级及固溶化程度等要求来优化真空热处理工艺。图示是固溶处理工艺曲线：

GH416合金材料是时效强化型合金，在时效热处理之前，先进行固溶热处理，其目的就是将碳化物尽量溶入基体中，以得到单相组织，为以后的时效沉淀析出均匀细小的强化相作组织准备，另一个目的是要获得均匀的合适晶粒度。合金的晶粒度一般在时效过程中不能改变，因而固溶下来合金的晶粒度对合金性能会产生很大影响。GH416合金波纹管的时效热处理，其目的是在合金基体中析出一定数量和大小的强化相，以达到合金最大的强化效果。GH416合金材料的一个突出特点是对时效硬化的反应很缓慢，需要较长时间的时效热处理，同时为了调整强化相的大小以获得强度和塑性的最佳配合，时效处理分两级进行。

因为GH416合金材料为高温合金，在720℃时有较高的强度，GH416合金波纹管在1000℃时也具有一定的强度，所以在GH416合金波纹管固溶和时效热处理过程中，不需要专用夹具，只需要注意波纹管的装炉方式。图为GH416合金波纹管时效热处理工艺。

薄壁管材固溶热处理和焊后热处理都满足了波纹管成形的要求，成形率92%以上，“固溶”加“分级时效”热处理达到了波纹管强化的效果。成品成型度好，强度高，寿命长。采用真空热处理有效地降低了人工成本，提高了整体质量，增加了生产效率，是处理类似合金零部件的优秀工艺。