一种颗粒增强铝基复合材料管材的旋压变形制备方法

摘要

本发明公开了一种颗粒增强铝基复合材料管材的旋压变形制备方法，属于金属基复合材料加工技术领域。采用粉末冶金法制备的旋压坯料，经热旋压开坯、温旋压成品制备得到复合材料管材，所述热旋压开坯的变形温度为290‑450℃，旋压道次为5道次，且每旋压道次之间，进行在线退火处理。该方法前两旋压道次变形量较小，保证坯料内表面不开裂；旋压道次间采用线退火工艺，消除了加工硬化。本发明采用旋压方法制备的颗粒增强铝基复合材料大直径薄壁管材，广泛应用于航空航天用飞行器。

说明书

技术领域

本发明属于金属基复合材料管材加工技术领域，具体涉及一种颗粒增强铝基复合材料管材的旋压变形制备方法。

背景技术

目前国内某舰船用管材多使用铝合金或钢制造，其存在的主要问题是铝合金刚度低，而钢件则增加了筒体的重量，均严重制约了该产品在复杂环境(如海水)下的使用。颗粒增强铝基复合材料具有比密度小、比刚度高、比强度高等优点，近年来国外多采用铝基复合材料制造该管材，而国内目前仍然没有开展相关的工作，制约了改产品进一步升级换代。

强力旋压工艺是借助旋轮作进给运动，加压于随芯模沿同一轴线旋转的金属坯料，使其产生连续的局部塑性变形而成为所需要的空芯回转体零件。旋压加工方法常用来加工大尺寸薄壁的筒形件。

发明内容

本发明针对颗粒增强铝基复合材料热等静压坯料塑性差，变形时易开裂的问题，提供了一种颗粒增强铝基复合材料的旋压变形制备方法，原料粉末混合后经冷压、热等静压处理制备成旋压坯料，其特征在于，热等静压制备的旋压坯料直接热旋压开坯。

所述旋压坯料的基体为铝合金；颗粒增强体为硅、金钢石、碳化硅、氮化硅中的一种或一种以上，颗粒增强体的体积分数小于40％；旋压坯料的塑性5-8％。

所述热旋压开坯变形区的温度为150℃-450℃。

所述热旋压开坯的旋压道次为5道次，进给速度为70-100mm/min，坯料外表面线速度19-21m/min；其中，第1道次的减薄率10-20％，变形区温度为370-450℃；第2道次的减薄率15-25％，变形区温度为370-410℃；第3道次的减薄率25-35％，变形区温度为320-350℃；第4道次的减薄率20-30％，变形区温度为310-340℃；第5道次的减薄率25-30％，变形区温度为150-330℃。

所述热旋压开坯每旋压道次之间，进行在线退火处理，退火工艺：将坯料加热至450℃-500℃，自然冷却至旋压变形区温度，开始下一道次旋压。

本发明的优点为：

(1)旋压变形过程对温度高度敏感，本发明在考虑旋压变形加热温度时考虑了如下因素：(a)坯料加热温度采用表面测温计或红外测温仪测量，所测的温度为工件表面的温度，与坯料整个变形区的变形温度有区别；(b)旋压变形时，工件与芯模，旋轮与工件之间均存在较大的摩擦力，由于相互的摩擦会产生大量的摩擦热，导致变形区温度有一定的上升；(c)旋压变形属于大变形量高速变形，易在变形区产生绝热带，导致变形区温度有一定的上升。

(2)本方法所述的旋压坯料采用热等静压制备而成，塑性较差，前两旋压道次变形量较小，保证坯料内表面不开裂，当经过两道次旋压变形后，坯料内的颗粒分布、界面结合、基体组织等都有一定的改善，塑性变形能力得到提高，后续旋压变形量较大。

(3)热旋压变形过程是动态软化与动态硬化相互作用的过程，颗粒增强铝基复合材料由于增强体颗粒的存在，加工硬化率大大提高，本方法旋压道次间采用线退火工艺以消除加工硬化。

颗粒增强铝基复合材料具有高比强度、高比刚度、密度小等优点等综合性能，广泛应用于航空航天用飞行器。本发明采用旋压方法加工颗粒增强铝基复合材料大直径薄壁管材，目的是为开发某航空器用综合性能优异的大直径薄壁管材。

具体实施方式

本发明提供了一种颗粒增强铝基复合材料的旋压变形制备方法，下面具体实施例对本发明做进一步说明。

采用热等静压制备的旋压坯料尺寸为：内径80.5±0.2mm，壁厚16±0.1mm，长度300±5mm；内径240±0.2mm，壁厚32±0.1mm，长度400±5mm；内径530±0.2mm，壁厚50±0.1mm，长度600±5mm。

坯料旋压变形的步骤如下：

(1)将芯模加热至450±10℃；

(2)将坯料装在芯模上，加热坯料至450±10℃；

(3)第一道次减薄率15％，进给速度80mm/min，转速80r/min，变形区温度保证控制在370-450℃；

(4)将坯料加热至500±10℃，自然冷却至450±10℃，进行退火；

(5)第二道次减薄率20％，进给80mm/min，转速80r/min，变形区温度保证控制在370-410℃；

(6)重复过程(4)；

(7)第三道次减薄率35％，进给80mm/min，转速80r/min，变形区温度保证控制在350-350℃；

(8)重复过程(4)；

(9)第四道次减薄率35％，进给80mm/min，转速80r/min，变形区温度保证控制在340-340℃；

(10)重复过程(4)；

(11)第五道次减薄率30％，进给80mm/min，转速80r/min，变形区温度保证控制在150-330℃。