本發明專利技術涉及一種制備觸變成形用板坯的方法，它可滿足合金半固態觸變成形的需要。其方法是：首先，對獲得的鑄態板材進行均勻化退火熱處理；然后，運用攪拌摩擦加工的方法，攪拌工具在高旋轉轉速下、低行進速度條件下對所獲得板坯進行多道次加工，最終在整個板坯上獲得細晶組織；經過剪切、修整攪拌摩擦加工板材之后，在加熱爐中迅速加熱制得的合金板材到半固態溫度區間，并在該半固態溫度保溫至溫度均衡后，制得半固態合金板坯。采用本發明專利技術所制備的半固態合金材料晶粒細小，球化程度高，觸變性能優異，且制備工藝簡單、不受板坯尺寸限制。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及。本專利技術可用于制備觸變成形用半固態合金板坯，所制備的半固態合金具有未熔固相晶粒細小、球化程度高，觸變性能優良的優點，而且制備工藝簡單。
技術介紹
半固態觸變成形技術是一項非常好的合金及復合材料近凈成形技術。自從20世紀70年代MIT的Flemings教授等提出該技術以來，該技術在汽車、電子和3C等領域得到了廣泛應用。半固態觸變成形技術通常包括半固態坯料制備、二次加熱和半固態觸變成形三個工序，其中，最關鍵的技術就是半固態坯制備。到目前為止，半固態坯的制備方法主要有機械攪拌法，電磁攪拌法，等溫處理法和SIMA法(見《哈爾濱工業大學學報》2000年8月， 第32卷，第4期，《半固態漿制備技術的新進展》，作者崔建忠等)。機械攪拌法和電磁攪拌法需要嚴格的氣體保護或者密封措施，且在制備大固相體分率半固態坯方面有很大困難， 整個制坯過程成本較高。等溫處理法獲得半固態坯組織粗大，晶粒球化程度低，很難制備合格的半固態坯。相比之下，SIMA法制備鎂合金半固態坯有一定優勢。首先，SIMA法是固態變形誘導，半固態等溫處理后直接觸變成形，省去了二次加熱過程，從工序上、成本上都有一定優勢；其次，SIMA法能夠獲得很高的固相體分率。材料經過應變誘導后在所需的半固態溫度進行保溫，使得固相體分率很容易控制。但由于鎂合金滑移系少，塑性變形困難，因此，傳統的SIMA法中變形工序很難進行。采用等徑道角擠壓為鎂合金材料的應變誘導工藝 (見《材料科學與工藝》2010年10月，第18卷，第5期，《大塑性變形的AM60鎂合金半固態等溫處理研究》，作者王迎等)，很好地解決了鎂合金難以獲得較大塑性變形量的難題，從而使鎂合金材料獲得很好的應變誘導效果，且結合半固態等溫處理工藝實現應變誘導材料的熔化激活。但是，目前所采用的新SIMA法需要多道次反復加工，工藝操作復雜。攪拌摩擦加工(見《稀有金屬材料與工程》2011年1月，第40卷，第1期，183 188頁，《攪拌摩擦加工研究進展及前景展望》，作者黃春平等)是在攪拌摩擦焊接的基礎上提出的一種用于材料微觀組織改性和制造的方法。其基本思想是，利用攪拌頭所造成加工區材料的劇烈塑性變形、混合、破碎、破裂和熱暴露，實現微觀結構的致密化、均勻化和細化。與等通道轉角擠壓方法相比，攪拌摩擦加工技術，只需一次加工就可以實現合金板材的組織細化，所獲得的細晶合金等軸晶度高、高角晶界比例高，而且攪拌摩擦加工方法可以不受板料尺寸限制。由此可見，在運用控制合金凝固的方法制備合金半固態坯的過程中，所制備的復合材料晶粒粗大，球化效果不理想。雖然新SIMA法相比于其他制備半固態坯的方法有一定的優勢，但是由于工藝復雜，晶粒球化程度也不盡理想，且受板材尺寸限制。因此，專利技術新的合金半固態坯料制備方法就顯得十分重要
技術實現思路
本專利技術的目的在于實現運用攪拌摩擦加工制備未熔晶粒細小，球化程度高的半固態板坯，提供。實現本專利技術步驟的過程為①對采用鑄造制備的原始合金板坯進行均勻化退火處理；②運用攪拌摩擦加工的方法，攪拌工具在高轉速下、低行進速度條件下對所獲得板坯進行多道次連續加工，最終在整個板坯上獲得細晶組織；③剪切、修整攪拌摩擦加工之后的板材；④在加熱爐中將加工后的鋁合金板料快速加熱到半固態溫度區間，并在該半固態溫度保溫至坯料溫度均衡，獲得具有球狀、細小固相構成的半固態觸變成形板坯。本專利技術的有益效果在于1.運用攪拌摩擦加工法制備的半固態坯料經重熔后未熔固相晶粒細小、球化程度高、觸變性能優異，且不需要延長保溫時間。2.本專利技術中所述的合金半固態觸變成形板坯的制備方法工藝簡單、而且不受板材尺寸的限制。附圖說明下面結合附圖和實施例對本專利技術作進一步詳細說明。圖1是攪拌摩擦加工法制備半固態觸變成形板坯的示意圖；圖2是攪拌摩擦加工路徑示意圖。圖中，1為攪拌加工工具的下肩，2為被加工合金板材，3為攪拌加工工具的攪拌針，4攪拌加工工具的上肩。所使用的攪拌加工工具包括上肩4、下肩1和攪拌針3，肩的直徑為b，針的上部直徑為a、針長為C。具體實施例方式參見圖1、圖2。本專利技術所述的制備觸變成形用板坯的方法的步驟如下①對采用鑄造制備的原始合金板坯進行均勻化退火處理；②運用攪拌摩擦加工的方法，攪拌工具在高轉速下、低行進速度條件下對所獲得板坯進行多道次加工，最終在整個板坯上獲得細晶組織；③將攪拌摩擦加工法制備的板材邊角切割掉，獲得用于半固態重熔的板坯；④將加工后的鋁合金板料放在加熱爐中加熱，快速加熱到半固態溫度區間，并在該半固態溫度保溫至溫度均衡，獲得具有球狀、細小固相的半固態觸變成形板坯。實施例1實驗材料為半連續鑄態7075鋁合金，其化學成分為wt % 5. 6Zn-2. 5Mg-l. 6Cu-0. 23Cr_balAl。首先，截取出厚度為15mm的鑄態7075合金板材，對所獲得合金板材在462°C進行保溫24小時，然后以0. 5°C /min的速度升溫至470°C并保溫4 小時，再進行水淬處理；其次，對該7075鋁合金進行攪拌摩擦焊接加工實驗，所采用的攪拌加工工具肩寬為16mm，針為上寬為10mm、下寬為8mm、長為14. 9mm的錐形針，側面開有螺距為0.5mm螺紋，攪拌加工過程中，攪拌工具的傾角為2. 5°。將工件固定后，采用1500rpm 的工具轉動速度和15-25mm/min的行進速度條件下，按照圖2所示加工路徑進行多道次加工；再次，對攪拌摩擦加工之后的板材進行切割、修整；最后，在加熱爐中快速將板坯加熱到562°C (該合金的固相線溫度為535°C，液相線溫度為592°C )，待板料溫度恒定后，獲得固相率為55 %的半固態板坯，該半固態板料未熔固相的直徑為25-40 μ m,球化程度高，具有優良的觸變性能。實施例2實驗材料為A356 合金，A356 的化學成分為 wt % 7Si_0. 32Mg_0. 14Fe_0. 19Cu_0. 08 Mn-0. 09Zn-0. 20Ti_balAl。首先，截取出厚度為IOmm的鑄態A356合金板材，對所獲得合金板材在535°C進行保溫2-4小時，再進行水淬處理；其次，對該A356鋁合金進行攪拌摩擦焊接加工實驗，所采用的攪拌加工工具肩寬為20mm，針為上寬為14mm、下寬為12mm、長為9. 9mm 的錐形針，側面開有螺距為0.5mm螺紋，攪拌加工過程中，攪拌工具的傾角為2. 5°。將工件固定后，采用IOOOrpm的工具轉動速度和10-15mm/min的行進速度條件下，按照圖2所示加工路徑進行多道次加工；再次，對攪拌摩擦加工之后的板材進行切割、修整；最后，在加熱爐中快速將板坯加熱到580°C (該合金的固相線溫度為545°C，液相線溫度為615°C )， 待板料溫度恒定后，獲得固相率為50%的半固態板坯，該半固態板料未熔固相的直徑為 15-35 μ m，球化程度高，具有優良的觸變性能。實施例3實驗材料為鑄態AM60鎂合金材料，其合金成分為wt% 6. 5A1-0. 13Mn_0. 005Fe_0 .OlCu-O. 02Ni-Bal. Mg。首先，截取出厚度為IOmm的AM60鑄態鎂合金板材，對所獲得合金板材在箱式電阻爐中先加熱到350°C，保溫lh，然后加熱到410°C，保溫20h，用70°C的水淬火； 其次，對本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：薛寒松，孫文菊，劉明翔，王開，
申請(專利權)人：重慶大學，
類型：發明
國別省市：
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