通常情况下，由金属材料制成的双层复合管^[10，11]可由复合离心铸造^[12]、连续铸造^[13]、拉拔^[14]、挤压、堆焊^[15]、爆炸和热轧等方法加工而成，各自的优缺点见表6-2。

表6-2 双层复合管常用生产方法的比较

上述的双层复合管制备方法在工艺上较先进，但在能耗、成本、设备投资、质量稳定性等方面还可以进一步改善。

传统的复合坯料挤压法工序复杂、不灵活、结合界面的位置和壁厚不能较精确地控制，而且壁厚均匀性差，针对以上缺点，谢建新等^[14-16]提出了一种新型复合材料成形加工技术，即多坯料挤压法（Multi-Billet Extrusion，MBE）。所谓多坯料挤压，就是根据需要在同一圆柱体上开设多个挤压筒，在每个挤压筒中装入锭坯后同时进行挤压，使其流入带有焊合腔的特殊挤压模内进行焊合，再经模孔流出，以获得所需形状和尺寸的制品。其原理示意图如图6-1所示。MBE法的优点：可直接对坯料进行成形，简化工艺；可通过控制内部模具形状成形需求尺寸的部件。MBE法可以成形有良好焊合强度的高强度铝合金、铜和铜合金管材与空心型材。尤其适用于生产大复合比（基层与复合层的厚度之比）的双层复合管，如内层厚度小于1mm，外层厚度大于5mm的双层复合管。然而对一些高强度难以结合的异种材料如要求很高的冷凝管（铜合金-钛双金属管）、铝合金-铜合金双层复合管^[16]，采用多坯料挤压法成形复合管的结合界面质量较差。

针对节能降耗要求的日益提高，和由于半固态成形具有产品质量高、性能好、易于近净成形（Near-net-shape）、模具寿命长和生产效率高等特点，半固态成形技术已成为材料科学领域的研究热点之一，受到国内外研究人员的普遍重视^[17，18]。在固态下，采用多坯料挤压法难以得到高质量的界面结合，并且挤压力较高。根据现有技术基础和实际需求，把半固态成形技术与多坯料挤压成形技术相结合，作者提出了一种新的生产双层复合管的短流程工艺——双层复合管半固态多坯料挤压法^[19-24]。

图6-1 多坯料挤压法制备 双层复合管的示意图(www.daowen.com)

1—凹模 2—A种坯料 3—芯轴4—挤压筒 5—B种坯料

半固态多坯料挤压法是半固态工艺与多坯料挤压成形方式的结合，这种方法不仅实现了短流程、近净成形，又能保证生产出的复合管具有优良连接性能，同时还克服了常用复合材料成形方法制备复合管时需二次变形的弊端，以及管子内外层均匀性差的缺点。此外，用半固态多坯料挤压法制备双层复合管，变形抗力相对较小，层面之间会产生冶金程度的复合，有利于提高复合强度。该新工艺成形过程如下：首先，通过控制加热温度、搅拌时间、搅拌温度、搅拌速度和保温时间等得到理想的半固态浆料，再用特制的制坯模制备出尺寸和组织形貌满足要求的半固态环状（RS）坯料和棒状（CS）坯料。对棒状坯料和环状坯料进行半固态加热，使得两种坯料同时达到它们最适宜半固态挤压成形温度，从而得到一定固相体积分数的半固态环状坯料和棒状坯料，再将加热后的坯料放入挤压模具中，调整挤压速度进行双层复合管触变挤压成形。试验中，可将两种形状的坯料做成不同的尺寸，图6-2显示了几种不同直径环状（RS）和棒状（CS）坯料的组合。

图6-2 半固态多坯料挤压成形中棒状（CS）和环状（RS）坯料的组合

作为半固态成形技术的延伸和发展，双层复合管半固态制备法是一种完全崭新的复合材料成形的加工方法。其最重要的特点是成形过程和连接过程一次完成，内外层管间达到冶金结合。如铜铝双层复合管包括两种形式的复合管：铜包铝管和铝包铜管。其中，所生产的铜包铝双层管再经过多道次拉伸以及拉丝后可形成多种规格的双层铜包铝管导线，直接用于线缆的生产，这大大节约了铜的使用量；而所生产的铝包铜管可用于各种暖气管道。

在所有半固态加工研究的材料中，A356铝合金和AZ91镁合金是工艺研究最为成熟的两种合金，包括其半固态温度与固相体积分数的关系、半固态坯料制备工艺、半固态二次加热以及触变和流变成形等。另一个很重要的原因是这两种材料的半固态温度区间较宽，容易进行半固态加工的工艺控制。因此本章选用A356铝合金和AZ91镁合金为研究对象，制备铝镁合金双层复合管用棒状坯料和环状坯料，然后对其半固态加热规律进行研究。在触变挤压成形工艺分析过程中，借助有限元模拟软件，对半固态多坯料挤压成形复合管进行模拟，除了得到成形的速度场、流场和应力-应变场外，还开发出适合制备双层复合管的各种挤压工艺和相关模具，并对成形过程中内外层管的相互扩散和连接机理进行了深入研究。