一种碳纳米管增强铝基复合材料的锻造成型方法技术

本发明专利技术涉及一种碳纳米管增强铝基复合材料的锻造成型方法，包括以下步骤：步骤一，提供可锻的碳纳米管增强铝基复合材料的锻造坯料；步骤二，加热坯料至0.8～0.99Tm，并通过保温进行均匀化处理；步骤三，至少将模具加热至1.02～1.25Tm，同时保证锻造过程中的模具温度也保持在1.02～1.25Tm；步骤四，将步骤二中的坯料加热至1.02～1.25Tm，并保温处理，使材料中出现适量液相；步骤五，将步骤四中保温后的坯料迅速转移到高温锻造机上进行锻造成型；所述Tm为基体铝合金的固相线温度。本发明专利技术利用微量液相在材料热变形过程中的调节作用来提高材料的成型性，克服了碳纳米管增强铝基复合材料变形难的问题，实现形状复杂、微观组织均匀的碳纳米管增强铝基复合材料锻件的制备加工。

Forging and forming method of a carbon nanotube reinforced aluminum matrix composite

The present invention relates to a reinforced forged aluminum base composite material of a carbon nanotube, comprising the following steps: 1. Provide Wrought carbon nanotubes reinforced forging billet of aluminum matrix composites; step two, billets to 0.8 ~ 0.99Tm, and the insulation of the homogenization treatment; step three, at least the heated mold to 1.02 ~ 1.25Tm, while ensuring the forging process of the mold temperature is maintained at 1.02 ~ 1.25Tm; step four, the billet heating process 2 to 1.02 ~ 1.25Tm, and heat treatment, the amount of liquid phase material; step five, the blank step 4 insulation after quickly transferred to the high temperature forging machine. Forging forming; the solidus temperature of the Tm matrix Aluminum Alloy. The invention uses the micro liquid phase in the regulation of deformation of materials in the process of heat to improve the formability of materials, overcomes the difficult problem of the deformation of carbon nanotube reinforced aluminum matrix composites, realization of complex shape, homogeneous microstructure of carbon nanotubes reinforced processing preparation of Forging Aluminum Matrix composites.

【技术实现步骤摘要】
一种碳纳米管增强铝基复合材料的锻造成型方法
本专利技术涉及复合材料的锻造方法，尤其是一种碳纳米管增强铝基复合材料的锻造成型方法。
技术介绍
轻量化是轨道交通车辆设计的重要目标，也是其未来发展的方向。铝合金以其轻质、高强、耐蚀、低成本及良好的加工性能等，成为高速列车车体及内装用量最大的金属材料。然而，现役铝合金的强度和模量已不能满足高速列车进一步减轻车身重量、提高速度的使用要求。在铝合金中引入碳纳米管(CNT)，制备碳纳米管增强铝基复合材料，不仅可显著提高其强度、模量(刚度)，还可保持其低的密度和良好的塑性变形加工能力，为轨道交通轻量化设计提供了新材料。碳纳米管增强铝基复合材料的强度高，但对于复合材料的组织变化与控制比传统铝合金更加复杂，在碳纳米管增强铝基复合材料锻造加工过程中，容易出现宏观开裂和微观界面脱粘等问题，导致锻造产品力学性能低下。等温锻造是铝基复合材料锻造加工的有效技术途径，但目前锻造过程中选择的锻造温度一般显著低于Tm(基体铝合金的固相线温度)，为固相锻造，碳纳米管增强铝基复合材料在该温度下还具有高的变形抗力，塑性很低，所以在该温度下进行锻造加工仍很容易出现宏观、微观裂纹等缺陷。鉴于此提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种的碳纳米管增强铝基复合材料的锻造成型方法。为了实现该目的，本专利技术采用如下技术方案：方案一一种碳纳米管增强铝基复合材料的锻造成型方法，包括以下步骤：步骤一，坯料准备：提供可锻的碳纳米管增强铝基复合材料的锻造坯料；步骤二，均匀化处理：加热坯料至0.8～0.99Tm，并通过保温进行均匀化处理；步骤三，模具加热：将模具加热至1.02～1.25Tm，同时保证锻造过程中的模具温度也保持在1.02～1.25Tm；步骤四，锻前加热：将步骤二中的坯料加热至1.02～1.25Tm，并保温处理，使材料中出现适量液相；步骤五，锻造成型：将步骤四中保温后的坯料迅速转移到高温锻造机上进行锻造成型；所述Tm为基体铝合金的固相线温度。方案二一种碳纳米管增强铝基复合材料的锻造成型方法，包括以下步骤：步骤一，坯料准备：提供可锻的碳纳米管增强铝基复合材料的锻造坯料；步骤二，模具加热：将模具加热至1.02～1.25Tm，同时保证锻造过程中的模具温度也保持在1.02～1.25Tm；步骤三，均匀化处理：加热坯料至0.8～0.99Tm，并通过保温进行均匀化处理；步骤四，锻前加热：将步骤二中的坯料加热至1.02～1.25Tm，并保温处理，使材料中出现适量液相；步骤五，锻造成型：将步骤四中保温后的坯料迅速转移到高温锻造机上进行锻造成型；所述Tm为基体铝合金的固相线温度。方案三一种碳纳米管增强铝基复合材料的锻造成型方法，包括以下步骤：步骤一，坯料准备：提供可锻的碳纳米管增强铝基复合材料的锻造坯料；步骤二，均匀化处理：加热坯料至0.8～0.99Tm，并通过保温进行均匀化处理；步骤三，锻前加热：将步骤二中的坯料加热至1.02～1.25Tm，并保温处理，使材料中出现适量液相；步骤四，模具加热：将模具加热至1.02～1.25Tm，同时保证锻造过程中的模具温度也保持在1.02～1.25Tm；步骤五，锻造成型：将步骤三中保温后的坯料迅速转移到高温锻造机上进行锻造成型；所述Tm为基体铝合金的固相线温度。进一步，在方案一或方案二或方案三中，加热坯料至0.8～0.99Tm后的保温时间为t1，且t1满足：d/120+2≤t1≤d/120+24；加热坯料至1.02～1.25Tm后的保温时间为t2，且t2满足：d/120+1≤t2≤d/120+12；上式中，d为坯料的特征尺寸，d的单位为mm，t1、t2的单位为h。进一步，在方案一或方案二或方案三中，在步骤一中，还包括，车去锻造坯料表面的氧化皮以及裂纹缺陷，并通过超声波探伤确定坯料内部无气孔缺陷。进一步，在方案一或方案二或方案三中，在加热坯料至0.8～0.99Tm过程中，所述坯料以3～20℃/min的加热速率升至0.8～0.99Tm；在加热坯料至1.02～1.25Tm过程中，所述坯料以3～10℃/min的加热速率升至1.02～1.25Tm。进一步，在方案一或方案二或方案三中，在加热模具的步骤中，还包括将压机的上、下砧加热至1.02～1.25Tm，同时保证锻造过程中的其温度也保持在1.02～1.25Tm。进一步，在方案一或方案二或方案三中，所选用的压机，其吨位T满足下列公式：T≥2×10-4×Rp0.2×S上式中，Rp0.2表示材料的屈服强度，单位为MPa，S表示材料的特征面积，单位为mm2，T的单位为吨。进一步，在方案一或方案二或方案三中，所述步骤五中的锻造成型可以为自由锻工艺中的任意一种，或者为模锻工艺中的任意一种。进一步，在方案一或方案二或方案三中，在均匀化处理过程中，将坯料加热至0.85～0.9Tm；在模具加热过程中，将模具加热至1.05～1.25Tm；在锻前加热过程中，将坯料加热至1.05～1.25Tm。采用本专利技术所述的技术方案后，带来以下有益效果：本专利技术的针对现有的碳纳米管增强铝基复合材料锻造成型方法的不足，利用微量液相在材料热变形过程中的调节作用来提高材料的成型性，同时显著降低变形抗力，克服了该材料变形难的问题，实现形状复杂、微观组织均匀的碳纳米管增强铝基复合材料锻件的制备加工。附图说明图1：本专利技术实施例一的流程图；图2：本专利技术实施例二的流程图；图3：本专利技术实施例三的流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的描述。实施例一图1所示，一种碳纳米管增强铝基复合材料的锻造成型方法，包括以下步骤：步骤一，坯料准备：提供可锻的碳纳米管增强铝基复合材料的锻造坯料；优选地，所述的碳纳米管增强铝基复合材料中碳纳米管的质量百分数为0.05％～8％，材料致密度大于99.5％。步骤二，均匀化处理：加热坯料至0.8～0.99Tm，并通过保温进行均匀化处理，以改善坯料微观组织，提高塑性变形的能力；优选地，坯料加热温度为0.85～0.9Tm；步骤三，模具加热：将模具加热至1.02～1.25Tm，同时保证锻造过程中的模具温度也保持在1.02～1.25Tm；优选地，模具加热温度为1.05～1.25Tm；步骤四，锻前加热：将步骤二中的坯料加热至1.02～1.25Tm，并保温处理，使材料中出现适量液相；优选地，该步骤中坯料的加热温度为1.05～1.25Tm；步骤五，锻造成型：将步骤四中保温后的坯料迅速转移到高温锻造机上进行锻造成型；所述Tm为基体铝合金的固相线温度。上述步骤中所利用的坯料为大尺寸碳纳米管增强铝基复合材料锭坯，其制备过程为：分别以Cu、Mg等粉末为原料，通过高能球磨制备厚度500nm的合金元素纳米片，按优选的复合材料组分设计，将CNT/Al复合粉末与合金元素纳米片在三维混粉机中均匀混合，获得混合粉末；再采用315吨粉末冶金成型压机将混合粉末在400MPa的压力下模压制备CNT/Al混合粉末压坯，压坯在真空烧结炉内400℃保温除气后，经570℃高温烧结、元素扩散和合金化反应制备大尺寸碳纳米管增强铝基复合材料锭坯。具体地，所述步骤二中的保温时间为t1，且t1满足：d/120+2≤t1≤d/120+24；所述步骤四中的保温时间为t2，且t2满足：d本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纳米管增强铝基复合材料的锻造成型方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，坯料准备：提供可锻的碳纳米管增强铝基复合材料的锻造坯料；步骤二，均匀化处理：加热坯料至0.8～0.99Tm，并通过保温进行均匀化处理；步骤三，模具加热：将模具加热至1.02～1.25Tm，同时保证锻造过程中的模具温度也保持在1.02～1.25Tm；步骤四，锻前加热：将步骤二中的坯料加热至1.02～1.25Tm，并保温处理，使材料中出现适量液相；步骤五，锻造成型：将步骤四中保温后的坯料迅速转移到高温锻造机上进行锻造成型；所述Tm为基体铝合金的固相线温度。

【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管增强铝基复合材料的锻造成型方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，坯料准备：提供可锻的碳纳米管增强铝基复合材料的锻造坯料；步骤二，均匀化处理：加热坯料至0.8～0.99Tm，并通过保温进行均匀化处理；步骤三，模具加热：将模具加热至1.02～1.25Tm，同时保证锻造过程中的模具温度也保持在1.02～1.25Tm；步骤四，锻前加热：将步骤二中的坯料加热至1.02～1.25Tm，并保温处理，使材料中出现适量液相；步骤五，锻造成型：将步骤四中保温后的坯料迅速转移到高温锻造机上进行锻造成型；所述Tm为基体铝合金的固相线温度。2.一种碳纳米管增强铝基复合材料的锻造成型方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，坯料准备：提供可锻的碳纳米管增强铝基复合材料的锻造坯料；步骤二，模具加热：将模具加热至1.02～1.25Tm，同时保证锻造过程中的模具温度也保持在1.02～1.25Tm；步骤三，均匀化处理：加热坯料至0.8～0.99Tm，并通过保温进行均匀化处理；步骤四，锻前加热：将步骤二中的坯料加热至1.02～1.25Tm，并保温处理，使材料中出现适量液相；步骤五，锻造成型：将步骤四中保温后的坯料迅速转移到高温锻造机上进行锻造成型；所述Tm为基体铝合金的固相线温度。3.一种碳纳米管增强铝基复合材料的锻造成型方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，坯料准备：提供可锻的碳纳米管增强铝基复合材料的锻造坯料；步骤二，均匀化处理：加热坯料至0.8～0.99Tm，并通过保温进行均匀化处理；步骤三，锻前加热：将步骤二中的坯料加热至1.02～1.25Tm，并保温处理，使材料中出现适量液相；步骤四，模具加热：将模具加热至1.02～1.25Tm，同时保证锻造过程中的模具温度也保持在1.02～1.25Tm；步骤五，锻造成型：将步骤三中保温后的坯料迅速转移到高温锻造机上进行锻造成型；所述Tm为基体铝合金的固相线温度。4.根据权利要求1-3任一项所述的一种碳纳米管增强铝基复合材料的锻...

【专利技术属性】
技术研发人员：李忠文，林丽丽，李英明，周平宇，马利军，
申请(专利权)人：中车青岛四方机车车辆股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37