本发明专利技术是一种提高颗粒增强铝基复合材料工艺塑韧性的方法，该方法通过热等静压或者机械热压等方法获得初始颗粒增强铝基复合材料锭坯进行高温小变形量多向循环变形，提高了材料的工艺塑韧性，同时也提高了最终制件的组织均匀性和综合性能，该方法突破了大型挤压设备、专用工装模具等硬件条件限制，在通用锻造设备上使用通用自由锻工装模具成功实现，使其具备了大型复杂制件的成形能力并保障了组织性能均匀性，降低了因锻造开裂导致的材料报废，大幅提高了材料利用率，降低了制造成本。降低了制造成本。降低了制造成本。
【技术实现步骤摘要】
一种提高颗粒增强铝基复合材料工艺塑韧性的方法
[0001]本专利技术一种提高颗粒增强铝基复合材料工艺塑韧性的方法，属于铝合金热加工工艺。
技术介绍
[0002]随着装备技术要求的提升，对基础材料的性能要求愈加苛刻，在传统金属材料不能满足要求的状况下，金属基复合材料已经成为不可替代的战略性新材料。铝基复合材料具有高的比强度、比模量、良好的导电导热和高温性能，在航空、航天、电子等领域应用越来越广泛。粉末冶金法是制备铝基复合材料最常用的工艺。通过粉末冶金法制备的颗粒增强铝基复合材料锭坯工艺塑韧性低，锻造难度大，坯料内部性能不均匀、离散度大。对于小型制件，一般在锻造之前进行热挤压，以改善材料工艺塑韧性。但是对于大型复杂构件和增强体含量较高的坯料，热挤压无法实现。如直接将坯料用于锻件生产，会对锻造工装模具提出较高要求，同时容易产生锻件变形量小、变形不均匀、变形死区大、材料利用率低、加工余量大等问题，同时原始坯料材料性能不均匀、离散度大等缺点也会遗传给锻件，降低了锻件的使用寿命和可靠性，这就极大限制了铝基复合材料的应用。
技术实现思路
[0003]本专利技术正是针对上述现有技术中存在的问题而设计提供了一种提高颗粒增强铝基复合材料工艺塑韧性的方法，该方法在坯料尺寸较大、无法采用热挤压等传统工艺对坯料进行改善时，使用通用设备，通过高温小变形量多向循环往复变形，对颗粒增强铝基复合材料锭坯进行逐层增塑增韧，使坯料组织性能更加均匀，工艺塑韧性大幅提高，为后续大型构件锻造成型提供良好的坯料基础，保证大型复杂制件的成形能力和最终的组织性能均匀性。
[0004]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0005]该种提高颗粒增强铝基复合材料工艺塑韧性的方法的步骤如下：
[0006]步骤一、加热：
[0007]由于锻造变形速率慢，变形热影响小，锻造过程中降温快，单次变形量小，使用基体合金的常用锻造加热温度易出现开裂、晶粒异常长大等情况，故加热温度在保证合金不出现过烧的情况下尽量高，通过实验，将初始颗粒增强铝基复合材料锭坯的加热温度设定为低于该铝基复合材料锭坯的基体材料过烧点20～30℃，这样，锻造比较顺利且不会出现过烧等情况，根据基体合金不同，该加热温度一般在440～500℃之间；
[0008]步骤二、保温：
[0009]添加增强颗粒后，铝基复合材料坯料热透时间长于纯铝合金坯料的热透时间，且随着颗粒含量增加，热透时间呈延长趋势，故不能参照传统铝合金锻造参数制定保温时间，所以，待铝基复合材料锭坯加热到温后，保温时间的选择为以下方式：
[0010]第一种保温方式：当增强颗粒含量≤20wt.％，铝基复合材料锭坯直径不超过
200mm时，保温时间12h；铝基复合材料锭坯直径超过200mm时，保温时间不小于2h+铝基复合材料锭坯直径/20；
[0011]第二种保温方式：当增强颗粒含量为20wt.％～25wt.％，铝基复合材料锭坯直径不超过150mm时，保温时间12h；铝基复合材料锭坯直径超过150mm时，保温时间不小于2h+铝基复合材料锭坯直径/15；
[0012]步骤三、轴向镦粗：
[0013]因原始颗粒增强坯料塑性差，流动性不好，变形速度不宜过快，且随着颗粒含量增加降低锻造速度，所以，保温结束后，对铝基复合材料锭坯进行轴向镦粗，轴向镦粗选择以下方式：
[0014]第一种轴向镦粗方式：当增强颗粒含量为15wt.％～20wt.％，变形速度控制在0.5mm/S以下；
[0015]第二种轴向镦粗方式：当增强颗粒含量为20wt.％～25wt.％，变形速度控制在0.3mm/S以下；
[0016]轴向镦粗进行两次，单次变形量控制在15％，两次轴向镦粗之间，将铝基复合材料锭坯回炉加热并保温，其加热温度参照步骤一进行，保温时间不小于6h以消除内应力和加工硬化；
[0017]步骤四、轴向拔长：
[0018]对完成步骤三后的铝基复合材料锭坯进行加热保温，其处理制度参照步骤一、二进行，之后进行径向压缩、轴向拔长，径向压缩、轴向拔长选择以下方式：
[0019]第一种轴向镦粗方式：当增强颗粒含量为15wt.％～20wt.％，变形速度控制在0.5mm/S以下；
[0020]第二种轴向镦粗方式：当增强颗粒含量为20wt.％～25wt.％，变形速度控制在0.3mm/S以下；
[0021]径向压缩、轴向拔长进行四次，两次之间将铝基复合材料锭坯回炉加热并保温，其加热温度参照步骤一进行，保温时间不小于6h；
[0022]将铝基复合材料锭坯沿轴向拔长变形至原始长度；
[0023]步骤五、将步骤三、四重复循环3～4次；
[0024]步骤六、第一次镦粗、换向拔长：
[0025]对完成步骤五后的铝基复合材料锭坯进行加热保温，其处理制度参照步骤一、二进行，之后进行第一次镦粗、换向拔长，使完成该步骤的铝基复合材料锭坯轴线方向与原始坯料轴线方向垂直，其长度不小于原始铝基复合材料锭坯长度；
[0026]该步骤在单次内完成，无须回炉加热，变形速度为0.05～0.5mm/S，第一次镦粗、换向拔长变形量为20％～30％；
[0027]步骤七、第二次镦粗、换向拔长：
[0028]对完成步骤六后的铝基复合材料锭坯进行加热保温，其处理制度参照步骤一、二进行，之后进行第二次镦粗、换向拔长，使完成该步骤的铝基复合材料锭坯轴线方向与原始坯料轴线方向恢复一致，其长度不小于原始铝基复合材料锭坯长度；
[0029]该步骤在单次内完成，无须回炉加热，变形速度为0.05～0.5mm/S，第一次镦粗、换向拔长变形量为20％～30％；
[0030]步骤八、对完成步骤七后的铝基复合材料锭坯，根据最终锻件要求，能够采用镦粗、拔长、冲孔、环锻工艺为后续最终锻造提供所需坯料。
[0031]在实施时，所述初始颗粒增强铝基复合材料锭坯的重量小于2吨。
[0032]进一步，所述初始颗粒增强铝基复合材料锭坯是通过热等静压或者机械热压工艺获得。
[0033]在实施时，所述初始颗粒增强铝基复合材料锭坯的基体材料成分及重量百分比为：Mg 0.5～3.5％，Cu 2.0～5.0％，Li 0～2.5％，Ti 0.01～0.05％，余量为Al。
[0034]进一步，所述初始颗粒增强铝基复合材料锭坯的增强体为SiC，增强体含量为15wt.％～25wt.％，增强体颗粒度为5μm～20μm。
[0035]在实施时，当所述压机不能控速时，采用手动点动的方式进行锻造。
[0036]在实施时，步骤四中，径向压缩、轴向拔长时，每次压缩变形量＝10％*铝基复合材料锭坯压缩方向总高。
[0037]在实施时，步骤五中，每完成一次步骤三、四的操作，在下一次重复时，变形量增加5％。
[0038]在实施时，步骤六、七中，在镦粗、换向拔长时，如变形抗力异常，应立即停止加工，并回炉加热铝基复合材料锭坯，其加热温度参照步骤一进行，保温时本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种提高颗粒增强铝基复合材料工艺塑韧性的方法，其特征在于；该方法的步骤如下：步骤一、加热：将初始颗粒增强铝基复合材料锭坯放入加热炉内进行加热，加热温度低于该铝基复合材料锭坯的基体材料过烧点20～30℃；步骤二、保温：待铝基复合材料锭坯加热到温后，进行保温，保温时间的选择为以下方式：第一种保温方式：当增强颗粒含量≤20wt.％，铝基复合材料锭坯直径不超过200mm时，保温时间12h；铝基复合材料锭坯直径超过200mm时，保温时间不小于2h+铝基复合材料锭坯直径/20；第二种保温方式：当增强颗粒含量为20wt.％～25wt.％，铝基复合材料锭坯直径不超过150mm时，保温时间12h；铝基复合材料锭坯直径超过150mm时，保温时间不小于2h+铝基复合材料锭坯直径/15；步骤三、轴向镦粗：保温结束后，对铝基复合材料锭坯进行轴向镦粗，轴向镦粗选择以下方式：第一种轴向镦粗方式：当增强颗粒含量为15wt.％～20wt.％，变形速度控制在0.5mm/S以下；第二种轴向镦粗方式：当增强颗粒含量为20wt.％～25wt.％，变形速度控制在0.3mm/S以下；轴向镦粗进行两次，单次变形量控制在15％，两次轴向镦粗之间，将铝基复合材料锭坯回炉加热并保温，其加热温度参照步骤一进行，保温时间不小于6h；步骤四、轴向拔长：对完成步骤三后的铝基复合材料锭坯进行加热保温，其处理制度参照步骤一、二进行，之后进行径向压缩、轴向拔长，径向压缩、轴向拔长选择以下方式：第一种轴向镦粗方式：当增强颗粒含量为15wt.％～20wt.％，变形速度控制在0.5mm/S以下；第二种轴向镦粗方式：当增强颗粒含量为20wt.％～25wt.％，变形速度控制在0.3mm/S以下；径向压缩、轴向拔长进行四次，两次之间将铝基复合材料锭坯回炉加热并保温，其加热温度参照步骤一进行，保温时间不小于6h；将铝基复合材料锭坯沿轴向拔长变形至原始长度；步骤五、将步骤三、四重复循环3～4次；步骤六、第一次镦粗、换向拔长：对完成步骤五后的铝基复合材料锭坯进行加热保温，其处理制度参照步骤一、二进行，之后进行第一次镦粗、换向拔长，使完成该步骤的铝基复合材料锭坯轴线方向与原始坯料轴线方向垂直，其长度不小于原始铝基复合材料锭坯长度；该步骤在单次内完成，无须回炉加热，变形速度为0.05～0.5m...
【专利技术属性】
技术研发人员：马志锋，王建国，王强，何晓磊，陆政，
申请(专利权)人：中国航发北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：
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