【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及鋁基復(fù)合材料，具體涉及一種偏心薄壁結(jié)構(gòu)件、成型型腔組合結(jié)構(gòu)及制備方法。
技術(shù)介紹
1、鋁基復(fù)合材料因其具有高比強(qiáng)度、高比剛度和優(yōu)異的耐腐蝕性等特點(diǎn)，在航空航天、汽車制造和工程結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。然而，制備鋁基復(fù)合材料的傳統(tǒng)方法在實(shí)現(xiàn)高含量增強(qiáng)相鋁基復(fù)合材料方面存在諸多挑戰(zhàn)，尤其是針對偏心薄壁結(jié)構(gòu)件的制備，更是面臨著制備工藝難度大和加工成本高等問題。
2、目前，制備鋁基復(fù)合材料的傳統(tǒng)方法一般包括攪拌鑄造法、粉末冶金法以及先制備圓錠后機(jī)加工成型的方法。其中，攪拌鑄造法存在增強(qiáng)相沉降問題，尤其在制備高體積分?jǐn)?shù)增強(qiáng)相鋁基復(fù)合材料時，增強(qiáng)相較難均勻分布于基體中，導(dǎo)致材料性能不穩(wěn)定，甚至影響最終產(chǎn)品的使用壽命和可靠性。相比攪拌鑄造法，粉末冶金法因可以實(shí)現(xiàn)鋁基復(fù)合材料70％增強(qiáng)相的均勻分布，從而有效提高了材料的力學(xué)性能、耐磨性能及高溫性能。然而，對于偏心薄壁結(jié)構(gòu)件(高度為150-300mm，壁厚為3-10mm，空心處的內(nèi)徑尺寸100-200mm，偏心部位長寬尺寸范圍100-160mm)，粉末冶金法因冷壓坯體高度高且壁厚較薄，在坯體脫模時易產(chǎn)生應(yīng)力集中而出現(xiàn)裂紋甚至破碎的問題。采用先制備圓錠后機(jī)加工成型的方法，即先采用圓筒型腔制備形成圓錠，再機(jī)加工成型的方法，存在加工余量多和加工難度大等問題，尤其是對于高含量陶瓷的偏心薄壁結(jié)構(gòu)件，加工余量及加工難度均成倍增加，從而極大增加了加工成本。
3、綜上所述，需要開發(fā)一種偏心薄壁結(jié)構(gòu)件、成型型腔組合結(jié)構(gòu)及制備方法以解決現(xiàn)有粉末冶金法和先制備圓錠后機(jī)加工成型方法
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)目的在于提供一種偏心薄壁結(jié)構(gòu)件、成型型腔組合結(jié)構(gòu)及制備方法，具體技術(shù)方案如下：
2、在第一方面，本專利技術(shù)提供了一種偏心薄壁結(jié)構(gòu)件的成型型腔組合結(jié)構(gòu)，包括在陰模的上端可拆卸設(shè)置上模，在所述陰模的下端可拆卸設(shè)置下模；在所述陰模的外側(cè)環(huán)向設(shè)置加熱件；在所述陰模內(nèi)同軸設(shè)置芯柱，且在二者間設(shè)置環(huán)向預(yù)留間隙；在所述環(huán)向預(yù)留間隙中環(huán)向間隔設(shè)置多個可拆卸加強(qiáng)筋模具塊，且各所述可拆卸加強(qiáng)筋模具塊在所述陰模的內(nèi)壁上設(shè)置；所述芯柱的兩端分別與所述上模和所述下模過盈配合；由所述陰模、所述上模、所述下模、所述芯柱和所有的所述可拆卸加強(qiáng)筋模具塊圍成成型型腔。
3、可選的，在每相鄰兩個所述可拆卸加強(qiáng)筋模具塊之間的間隔寬度為3-10mm。
4、可選的，所述上模包括主體、第一偏心側(cè)板和第二偏心側(cè)板；所述主體包括一體成型的第一弧形段和第二弧形段，且二者對稱相向彎曲設(shè)置；所述第一偏心側(cè)板和所述第二偏心側(cè)板分別設(shè)置在所述主體的兩側(cè)，且均與所述主體圓弧連接；所述第一偏心側(cè)板遠(yuǎn)離所述主體一側(cè)的各拐角均設(shè)置為倒角，所述第二偏心側(cè)板遠(yuǎn)離所述主體一側(cè)的各拐角均設(shè)置為倒角，各所述倒角的圓弧度為r7-r15。
5、可選的，所述陰模的高度為300-500mm。
6、在第二方面，本專利技術(shù)提供了一種偏心薄壁結(jié)構(gòu)件的制備方法，包括：
7、步驟s1、組建所述的偏心薄壁結(jié)構(gòu)件的成型型腔組合結(jié)構(gòu)，用于形成成型型腔；
8、步驟s2、向所述成型型腔的內(nèi)壁面上噴涂脫模劑；
9、步驟s3、待脫模劑干燥后，將目標(biāo)成分配比的鋁合金粉末分批次填滿至所述成型型腔中，經(jīng)分道次冷壓獲得坯體；其中，在所述鋁合金粉末中包括質(zhì)量百分含量為40％-70％的增強(qiáng)相；
10、步驟s4、對所述成型型腔內(nèi)的坯體采用熱壓燒結(jié)處理獲得預(yù)成品；
11、步驟s5、拆卸所述成型型腔，將所述預(yù)成品取出，經(jīng)后處理獲得成型偏心薄壁結(jié)構(gòu)件。
12、可選的，在所述鋁合金粉末中還包括以下質(zhì)量百分含量的成分：鋁粉25％-55％、銅粉2％-4％、鎂粉1％-2％和鋅粉0.2％-1％；所述鋁粉的粒徑為10-120μm，所述增強(qiáng)相的粒徑為10-120μm；所述增強(qiáng)相包括碳化硅、碳化鈦和氧化鋯中的至少一種。
13、可選的在所述分道次冷壓中采用的終壓壓力為100-200mpa，保壓時間10-20s；在所述分道次冷壓中位于終壓前的各道次冷壓壓力均為50-100mpa。
14、可選的，所述熱壓燒結(jié)處理采用的熱壓壓力為100-150mpa，燒結(jié)溫度為560-600℃，燒結(jié)時間為0.5-1h；在燒結(jié)階段維持熱壓壓力，直至燒結(jié)結(jié)束；所述熱壓燒結(jié)處理在惰性氣氛下完成。
15、可選的，所述后處理包括機(jī)加工處理；或者，所述后處理包括機(jī)加工處理和多次加熱冷卻處理。
16、在第三方面，本專利技術(shù)提供了一種偏心薄壁結(jié)構(gòu)件，其采用所述的偏心薄壁結(jié)構(gòu)件的制備方法制備得到。
17、應(yīng)用本專利技術(shù)的技術(shù)方案，至少具有以下有益效果：
18、(1)本專利技術(shù)提供的一種偏心薄壁結(jié)構(gòu)件的成型型腔組合結(jié)構(gòu)，能夠形成偏心薄壁結(jié)構(gòu)件的成型型腔，解決現(xiàn)有技術(shù)中先制備圓錠后機(jī)加工成型方法存在的加工余量多和加工難度大的問題。
19、(2)本專利技術(shù)提供的一種偏心薄壁結(jié)構(gòu)件的制備方法，采用步驟s1特定的成型型腔組合結(jié)構(gòu)，用于形成可拆卸的成型型腔，避免在坯體脫模時易產(chǎn)生應(yīng)力集中而出現(xiàn)裂紋甚至破碎的問題；采用步驟s2噴涂脫模劑，一方面防止鋁合金粉末在熱壓燒結(jié)過程中與成型型腔內(nèi)壁發(fā)生反應(yīng)，另一方面便于預(yù)成品脫模；采用步驟s3限定鋁合金粉末中含有40％-70％質(zhì)量百分含量的增強(qiáng)相，用于制備出高含量增強(qiáng)相的偏心薄壁結(jié)構(gòu)件，使得所制備得到的偏心薄壁結(jié)構(gòu)件具有高抗拉強(qiáng)度性能；采用分批次填料和分道次冷壓的操作方式，便于在制作確定高度的坯體時，能夠選擇與坯體高度適配的陰模，無需選擇過高的陰模，進(jìn)而降低陰模使用成本；采用步驟s4的熱壓燒結(jié)處理能夠加速坯體中低熔點(diǎn)合金元素擴(kuò)散速率，使得分道次冷壓階段壓制的坯體界面處實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合；采用步驟s5拆卸所述成型型腔，經(jīng)后處理獲得成型偏心薄壁結(jié)構(gòu)件。采用本專利技術(shù)的制備方法不僅能夠得到具有高抗拉強(qiáng)度性能的偏心薄壁結(jié)構(gòu)件，還能夠?qū)崿F(xiàn)材料利用率大幅度提高，加工時間及加工成本顯著降低。
20、除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)之外，本專利技術(shù)還有其它的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。下面將參照圖，對本專利技術(shù)作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
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1.一種偏心薄壁結(jié)構(gòu)件的成型型腔組合結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括在陰模(1)的上端可拆卸設(shè)置上模(2)，在所述陰模(1)的下端可拆卸設(shè)置下模(3)；在所述陰模(1)的外側(cè)環(huán)向設(shè)置加熱件；在所述陰模(1)內(nèi)同軸設(shè)置芯柱(4)，且在二者間設(shè)置環(huán)向預(yù)留間隙；在所述環(huán)向預(yù)留間隙中環(huán)向間隔設(shè)置多個可拆卸加強(qiáng)筋模具塊(5)，且各所述可拆卸加強(qiáng)筋模具塊(5)在所述陰模(1)的內(nèi)壁上設(shè)置；所述芯柱(4)的兩端分別與所述上模(2)和所述下模(3)過盈配合；由所述陰模(1)、所述上模(2)、所述下模(3)、所述芯柱(4)和所有的所述可拆卸加強(qiáng)筋模具塊(5)圍成成型型腔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏心薄壁結(jié)構(gòu)件的成型型腔組合結(jié)構(gòu)，其特征在于，在每相鄰兩個所述可拆卸加強(qiáng)筋模具塊(5)之間的間隔寬度為3-10mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏心薄壁結(jié)構(gòu)件的成型型腔組合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述上模(2)包括主體(2.1)、第一偏心側(cè)板(2.2)和第二偏心側(cè)板(2.3)；所述主體(2.1)包括一體成型的第一弧形段和第二弧形段，且二者對稱相向彎曲設(shè)置；所述第一偏心側(cè)板(2.2)和所述第二偏心側(cè)板
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏心薄壁結(jié)構(gòu)件的成型型腔組合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述陰模(1)的高度為300-500mm。
5.一種偏心薄壁結(jié)構(gòu)件的制備方法，其特征在于，包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的偏心薄壁結(jié)構(gòu)件的制備方法，其特征在于，在所述鋁合金粉末中還包括以下質(zhì)量百分含量的成分：鋁粉25％-55％、銅粉2％-4％、鎂粉1％-2％和鋅粉0.2％-1％；所述鋁粉的粒徑為10-120μm，所述增強(qiáng)相的粒徑為10-120μm；所述增強(qiáng)相包括碳化硅、碳化鈦和氧化鋯中的至少一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的偏心薄壁結(jié)構(gòu)件的制備方法，其特征在于，在所述分道次冷壓中采用的終壓壓力為100-200MPa，保壓時間10-20s；在所述分道次冷壓中位于終壓前的各道次冷壓壓力均為50-100MPa。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的偏心薄壁結(jié)構(gòu)件的制備方法，其特征在于，所述熱壓燒結(jié)處理采用的熱壓壓力為100-150MPa，燒結(jié)溫度為560-600℃，燒結(jié)時間為0.5-1h；在燒結(jié)階段維持熱壓壓力，直至燒結(jié)結(jié)束；所述熱壓燒結(jié)處理在惰性氣氛下完成。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的偏心薄壁結(jié)構(gòu)件的制備方法，其特征在于，所述后處理包括機(jī)加工處理；或者，所述后處理包括機(jī)加工處理和多次加熱冷卻處理。
10.一種偏心薄壁結(jié)構(gòu)件，其特征在于，采用如權(quán)利要求5所述的偏心薄壁結(jié)構(gòu)件的制備方法制備得到。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種偏心薄壁結(jié)構(gòu)件的成型型腔組合結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括在陰模(1)的上端可拆卸設(shè)置上模(2)，在所述陰模(1)的下端可拆卸設(shè)置下模(3)；在所述陰模(1)的外側(cè)環(huán)向設(shè)置加熱件；在所述陰模(1)內(nèi)同軸設(shè)置芯柱(4)，且在二者間設(shè)置環(huán)向預(yù)留間隙；在所述環(huán)向預(yù)留間隙中環(huán)向間隔設(shè)置多個可拆卸加強(qiáng)筋模具塊(5)，且各所述可拆卸加強(qiáng)筋模具塊(5)在所述陰模(1)的內(nèi)壁上設(shè)置；所述芯柱(4)的兩端分別與所述上模(2)和所述下模(3)過盈配合；由所述陰模(1)、所述上模(2)、所述下模(3)、所述芯柱(4)和所有的所述可拆卸加強(qiáng)筋模具塊(5)圍成成型型腔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏心薄壁結(jié)構(gòu)件的成型型腔組合結(jié)構(gòu)，其特征在于，在每相鄰兩個所述可拆卸加強(qiáng)筋模具塊(5)之間的間隔寬度為3-10mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏心薄壁結(jié)構(gòu)件的成型型腔組合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述上模(2)包括主體(2.1)、第一偏心側(cè)板(2.2)和第二偏心側(cè)板(2.3)；所述主體(2.1)包括一體成型的第一弧形段和第二弧形段，且二者對稱相向彎曲設(shè)置；所述第一偏心側(cè)板(2.2)和所述第二偏心側(cè)板(2.3)分別設(shè)置在所述主體(2.1)的兩側(cè)，且均與所述主體(2.1)圓弧連接；所述第一偏心側(cè)板(2.2)遠(yuǎn)離所述主體(2.1)一側(cè)的各拐角均設(shè)置為倒角，所述第二偏心側(cè)板(2.3)遠(yuǎn)離所述主體(2.1)一側(cè)的各拐角均設(shè)置為倒角，各所述倒角的圓弧度為r7-r...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：石安紅，曹柳絮，蘭陽春，劉春軒，蔣兆汝，戴青松，吳云，陳浩宇，蔣小漢，邱振宇，羅任，周俊杰，田非凡，余垂有，
申請(專利權(quán))人：湖南湘投輕材科技股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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