一種顆粒增強鋁基復合材料管材的旋壓變形制備方法技術

本發明專利技術公開了一種顆粒增強鋁基復合材料管材的旋壓變形制備方法，屬于金屬基復合材料加工技術領域。采用粉末冶金法制備的旋壓坯料，經熱旋壓開坯、溫旋壓成品制備得到復合材料管材，所述熱旋壓開坯的變形溫度為290?450℃，旋壓道次為5道次，且每旋壓道次之間，進行在線退火處理。該方法前兩旋壓道次變形量較小，保證坯料內表面不開裂；旋壓道次間采用線退火工藝，消除了加工硬化。本發明專利技術采用旋壓方法制備的顆粒增強鋁基復合材料大直徑薄壁管材，廣泛應用于航空航天用飛行器。

【技術實現步驟摘要】
一種顆粒增強鋁基復合材料管材的旋壓變形制備方法
本專利技術屬于金屬基復合材料管材加工
，具體涉及一種顆粒增強鋁基復合材料管材的旋壓變形制備方法。
技術介紹
目前國內某艦船用管材多使用鋁合金或鋼制造，其存在的主要問題是鋁合金剛度低，而鋼件則增加了筒體的重量，均嚴重制約了該產品在復雜環境(如海水)下的使用。顆粒增強鋁基復合材料具有比密度小、比剛度高、比強度高等優點，近年來國外多采用鋁基復合材料制造該管材，而國內目前仍然沒有開展相關的工作，制約了改產品進一步升級換代。強力旋壓工藝是借助旋輪作進給運動，加壓于隨芯模沿同一軸線旋轉的金屬坯料，使其產生連續的局部塑性變形而成為所需要的空芯回轉體零件。旋壓加工方法常用來加工大尺寸薄壁的筒形件。
技術實現思路
本專利技術針對顆粒增強鋁基復合材料熱等靜壓坯料塑性差，變形時易開裂的問題，提供了一種顆粒增強鋁基復合材料的旋壓變形制備方法，原料粉末混合后經冷壓、熱等靜壓處理制備成旋壓坯料，其特征在于，熱等靜壓制備的旋壓坯料直接熱旋壓開坯。所述旋壓坯料的基體為鋁合金；顆粒增強體為硅、金鋼石、碳化硅、氮化硅中的一種或一種以上，顆粒增強體的體積分數小于40％；旋壓坯料的塑性5-8％。所述熱旋壓開坯變形區的溫度為150℃-450℃。所述熱旋壓開坯的旋壓道次為5道次，進給速度為70-100mm/min，坯料外表面線速度19-21m/min；其中，第1道次的減薄率10-20％，變形區溫度為370-450℃；第2道次的減薄率15-25％，變形區溫度為370-410℃；第3道次的減薄率25-35％，變形區溫度為320-350℃；第4道次的減薄率20-30％，變形區溫度為310-340℃；第5道次的減薄率25-30％，變形區溫度為150-330℃。所述熱旋壓開坯每旋壓道次之間，進行在線退火處理，退火工藝：將坯料加熱至450℃-500℃，自然冷卻至旋壓變形區溫度，開始下一道次旋壓。本專利技術的優點為：(1)旋壓變形過程對溫度高度敏感，本專利技術在考慮旋壓變形加熱溫度時考慮了如下因素：(a)坯料加熱溫度采用表面測溫計或紅外測溫儀測量，所測的溫度為工件表面的溫度，與坯料整個變形區的變形溫度有區別；(b)旋壓變形時，工件與芯模，旋輪與工件之間均存在較大的摩擦力，由于相互的摩擦會產生大量的摩擦熱，導致變形區溫度有一定的上升；(c)旋壓變形屬于大變形量高速變形，易在變形區產生絕熱帶，導致變形區溫度有一定的上升。(2)本方法所述的旋壓坯料采用熱等靜壓制備而成，塑性較差，前兩旋壓道次變形量較小，保證坯料內表面不開裂，當經過兩道次旋壓變形后，坯料內的顆粒分布、界面結合、基體組織等都有一定的改善，塑性變形能力得到提高，后續旋壓變形量較大。(3)熱旋壓變形過程是動態軟化與動態硬化相互作用的過程，顆粒增強鋁基復合材料由于增強體顆粒的存在，加工硬化率大大提高，本方法旋壓道次間采用線退火工藝以消除加工硬化。顆粒增強鋁基復合材料具有高比強度、高比剛度、密度小等優點等綜合性能，廣泛應用于航空航天用飛行器。本專利技術采用旋壓方法加工顆粒增強鋁基復合材料大直徑薄壁管材，目的是為開發某航空器用綜合性能優異的大直徑薄壁管材。具體實施方式本專利技術提供了一種顆粒增強鋁基復合材料的旋壓變形制備方法，下面具體實施例對本專利技術做進一步說明。采用熱等靜壓制備的旋壓坯料尺寸為：內徑80.5±0.2mm，壁厚16±0.1mm，長度300±5mm；內徑240±0.2mm，壁厚32±0.1mm，長度400±5mm；內徑530±0.2mm，壁厚50±0.1mm，長度600±5mm。坯料旋壓變形的步驟如下：(1)將芯模加熱至450±10℃；(2)將坯料裝在芯模上，加熱坯料至450±10℃；(3)第一道次減薄率15％，進給速度80mm/min，轉速80r/min，變形區溫度保證控制在370-450℃；(4)將坯料加熱至500±10℃，自然冷卻至450±10℃，進行退火；(5)第二道次減薄率20％，進給80mm/min，轉速80r/min，變形區溫度保證控制在370-410℃；(6)重復過程(4)；(7)第三道次減薄率35％，進給80mm/min，轉速80r/min，變形區溫度保證控制在350-350℃；(8)重復過程(4)；(9)第四道次減薄率35％，進給80mm/min，轉速80r/min，變形區溫度保證控制在340-340℃；(10)重復過程(4)；(11)第五道次減薄率30％，進給80mm/min，轉速80r/min，變形區溫度保證控制在150-330℃。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種顆粒增強鋁基復合材料管材的旋壓變形制備方法，原料粉末混合后經冷壓、熱等靜壓處理制備成旋壓坯料，其特征是，熱等靜壓制備的旋壓坯料直接熱旋壓開坯。

【技術特征摘要】
1.一種顆粒增強鋁基復合材料管材的旋壓變形制備方法，原料粉末混合后經冷壓、熱等靜壓處理制備成旋壓坯料，其特征是，熱等靜壓制備的旋壓坯料直接熱旋壓開坯。2.根據權利要求1所述的一種顆粒增強鋁基復合材料管材的旋壓變形制備方法，其特征在于，所述旋壓坯料的基體為鋁合金；顆粒增強體為硅、金鋼石、碳化硅、氮化硅中的一種或一種以上，顆粒增強體的體積分數小于40％；旋壓坯料的塑性5-8％。3.根據權利要求1所述的一種顆粒增強鋁基復合材料管材旋壓變形制備方法，其特征在于，所述熱旋壓開坯變形區的溫度為150℃-450℃。4.根據權利要求1所述的一種顆粒增強鋁基復合材料管材的旋壓變形制備方法，其特征在于，所述熱旋壓開坯的旋壓道次為5道次...

【專利技術屬性】
技術研發人員：柴國強，李德富，魏少華，
申請(專利權)人：北京有色金屬研究總院，
類型：發明
國別省市：北京,11