一种颗粒增强铝基复合材料管材的旋压变形制备方法技术

本发明专利技术公开了一种颗粒增强铝基复合材料管材的旋压变形制备方法，属于金属基复合材料加工技术领域。采用粉末冶金法制备的旋压坯料，经热旋压开坯、温旋压成品制备得到复合材料管材，所述热旋压开坯的变形温度为290‑450℃，旋压道次为5道次，且每旋压道次之间，进行在线退火处理。该方法前两旋压道次变形量较小，保证坯料内表面不开裂；旋压道次间采用线退火工艺，消除了加工硬化。本发明专利技术采用旋压方法制备的颗粒增强铝基复合材料大直径薄壁管材，广泛应用于航空航天用飞行器。

【技术实现步骤摘要】
一种颗粒增强铝基复合材料管材的旋压变形制备方法
本专利技术属于金属基复合材料管材加工
，具体涉及一种颗粒增强铝基复合材料管材的旋压变形制备方法。
技术介绍
目前国内某舰船用管材多使用铝合金或钢制造，其存在的主要问题是铝合金刚度低，而钢件则增加了筒体的重量，均严重制约了该产品在复杂环境(如海水)下的使用。颗粒增强铝基复合材料具有比密度小、比刚度高、比强度高等优点，近年来国外多采用铝基复合材料制造该管材，而国内目前仍然没有开展相关的工作，制约了改产品进一步升级换代。强力旋压工艺是借助旋轮作进给运动，加压于随芯模沿同一轴线旋转的金属坯料，使其产生连续的局部塑性变形而成为所需要的空芯回转体零件。旋压加工方法常用来加工大尺寸薄壁的筒形件。
技术实现思路
本专利技术针对颗粒增强铝基复合材料热等静压坯料塑性差，变形时易开裂的问题，提供了一种颗粒增强铝基复合材料的旋压变形制备方法，原料粉末混合后经冷压、热等静压处理制备成旋压坯料，其特征在于，热等静压制备的旋压坯料直接热旋压开坯。所述旋压坯料的基体为铝合金；颗粒增强体为硅、金钢石、碳化硅、氮化硅中的一种或一种以上，颗粒增强体的体积分数小于40％；旋压坯料的塑性5-8％。所述热旋压开坯变形区的温度为150℃-450℃。所述热旋压开坯的旋压道次为5道次，进给速度为70-100mm/min，坯料外表面线速度19-21m/min；其中，第1道次的减薄率10-20％，变形区温度为370-450℃；第2道次的减薄率15-25％，变形区温度为370-410℃；第3道次的减薄率25-35％，变形区温度为320-350℃；第4道次的减薄率20-30％，变形区温度为310-340℃；第5道次的减薄率25-30％，变形区温度为150-330℃。所述热旋压开坯每旋压道次之间，进行在线退火处理，退火工艺：将坯料加热至450℃-500℃，自然冷却至旋压变形区温度，开始下一道次旋压。本专利技术的优点为：(1)旋压变形过程对温度高度敏感，本专利技术在考虑旋压变形加热温度时考虑了如下因素：(a)坯料加热温度采用表面测温计或红外测温仪测量，所测的温度为工件表面的温度，与坯料整个变形区的变形温度有区别；(b)旋压变形时，工件与芯模，旋轮与工件之间均存在较大的摩擦力，由于相互的摩擦会产生大量的摩擦热，导致变形区温度有一定的上升；(c)旋压变形属于大变形量高速变形，易在变形区产生绝热带，导致变形区温度有一定的上升。(2)本方法所述的旋压坯料采用热等静压制备而成，塑性较差，前两旋压道次变形量较小，保证坯料内表面不开裂，当经过两道次旋压变形后，坯料内的颗粒分布、界面结合、基体组织等都有一定的改善，塑性变形能力得到提高，后续旋压变形量较大。(3)热旋压变形过程是动态软化与动态硬化相互作用的过程，颗粒增强铝基复合材料由于增强体颗粒的存在，加工硬化率大大提高，本方法旋压道次间采用线退火工艺以消除加工硬化。颗粒增强铝基复合材料具有高比强度、高比刚度、密度小等优点等综合性能，广泛应用于航空航天用飞行器。本专利技术采用旋压方法加工颗粒增强铝基复合材料大直径薄壁管材，目的是为开发某航空器用综合性能优异的大直径薄壁管材。具体实施方式本专利技术提供了一种颗粒增强铝基复合材料的旋压变形制备方法，下面具体实施例对本专利技术做进一步说明。采用热等静压制备的旋压坯料尺寸为：内径80.5±0.2mm，壁厚16±0.1mm，长度300±5mm；内径240±0.2mm，壁厚32±0.1mm，长度400±5mm；内径530±0.2mm，壁厚50±0.1mm，长度600±5mm。坯料旋压变形的步骤如下：(1)将芯模加热至450±10℃；(2)将坯料装在芯模上，加热坯料至450±10℃；(3)第一道次减薄率15％，进给速度80mm/min，转速80r/min，变形区温度保证控制在370-450℃；(4)将坯料加热至500±10℃，自然冷却至450±10℃，进行退火；(5)第二道次减薄率20％，进给80mm/min，转速80r/min，变形区温度保证控制在370-410℃；(6)重复过程(4)；(7)第三道次减薄率35％，进给80mm/min，转速80r/min，变形区温度保证控制在350-350℃；(8)重复过程(4)；(9)第四道次减薄率35％，进给80mm/min，转速80r/min，变形区温度保证控制在340-340℃；(10)重复过程(4)；(11)第五道次减薄率30％，进给80mm/min，转速80r/min，变形区温度保证控制在150-330℃。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种颗粒增强铝基复合材料管材的旋压变形制备方法，原料粉末混合后经冷压、热等静压处理制备成旋压坯料，其特征是，热等静压制备的旋压坯料直接热旋压开坯。

【技术特征摘要】
1.一种颗粒增强铝基复合材料管材的旋压变形制备方法，原料粉末混合后经冷压、热等静压处理制备成旋压坯料，其特征是，热等静压制备的旋压坯料直接热旋压开坯。2.根据权利要求1所述的一种颗粒增强铝基复合材料管材的旋压变形制备方法，其特征在于，所述旋压坯料的基体为铝合金；颗粒增强体为硅、金钢石、碳化硅、氮化硅中的一种或一种以上，颗粒增强体的体积分数小于40％；旋压坯料的塑性5-8％。3.根据权利要求1所述的一种颗粒增强铝基复合材料管材旋压变形制备方法，其特征在于，所述热旋压开坯变形区的温度为150℃-450℃。4.根据权利要求1所述的一种颗粒增强铝基复合材料管材的旋压变形制备方法，其特征在于，所述热旋压开坯的旋压道次为5道次...

【专利技术属性】
技术研发人员：柴国强，李德富，魏少华，
申请(专利权)人：北京有色金属研究总院，
类型：发明
国别省市：北京,11