本發(fā)明涉及一種一體化模鍛成型工藝。
背景技術(shù)：
：：液態(tài)模鍛雖然綜合了傳統(tǒng)鑄造、鍛造的優(yōu)點(diǎn)，但仍然是以凝固為主的成形，因此與固態(tài)模鍛生產(chǎn)出的鍛件相比在性能上仍然存在著一定的差距，主要原因是塑性變形量小，組織狀態(tài)不是經(jīng)變形的細(xì)晶組織。為了提高兩種成形技術(shù)制件的性能，近年來(lái)一些學(xué)者提出采用先鑄造制坯，然后進(jìn)行普通熱模鍛，這種方法只適用于簡(jiǎn)單形狀零件，主要目的是節(jié)約材料。有鑒于上述的缺陷，本設(shè)計(jì)人積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設(shè)一種一體化模鍛成型工藝，使其更具有產(chǎn)業(yè)上的利用價(jià)值。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種提高和精確控制液態(tài)模鍛制件組織性能的一體化模鍛成型工藝。本發(fā)明一體化模鍛成型工藝，用于制備t型件，所述的工藝需采用t型件成型系統(tǒng)完成，其中所述的t型件成型系統(tǒng)包括：鍛模模具、壓力控制裝置，所述鍛模模具至少包括t型成組件，所述t型成組件包括：凸模、左凹模、右凹模以及左滑塊、右滑塊，在所述的左滑塊、右滑塊上分別壓設(shè)有的液壓活塞；所述壓力控制裝置控制所述的左滑塊、右滑塊的移動(dòng)，并通過(guò)調(diào)節(jié)壓力控制裝置的壓力大小實(shí)現(xiàn)不同的速度；所述的工藝至少包括如下步驟：制備鋁基復(fù)合材料；鍛模模具進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為250℃±10℃；根據(jù)鋁基復(fù)合材料的液相溫度確定澆筑溫度，將熔融成液相的金屬倒入容置液態(tài)鋁基復(fù)合材料的空腔內(nèi)，液態(tài)金屬液填充t型件軸線垂直的圓柱體，在第一壓力下進(jìn)行液態(tài)填充，沖頭壓力小于或等于壓在左滑塊、右滑塊上的液壓活塞，沖頭加載速度為15mm/s，沖頭加載完成后保壓20s，鋁基復(fù)合材料凝固后在第二壓力下繼續(xù)加載沖頭，使已凝固的金屬部分推動(dòng)所述的左滑塊、右滑塊向外移動(dòng)，所述的左滑塊、右滑塊到達(dá)設(shè)定位置后，停止沖頭加載，通過(guò)塑性變形完成兩個(gè)軸線水平不等徑地圓柱部分的成形；其中，第一壓力小于第二壓力。鋁基復(fù)合材料的制備方法包括：基體材料為2a50鍛鋁合金，增強(qiáng)體材料為sicp顆粒，sicp顆粒顆粒度為7μm，體積分?jǐn)?shù)8％；對(duì)sicp顆粒進(jìn)行預(yù)處理，得到備用的增強(qiáng)體顆粒；熔煉2a50鋁合金：用坩堝熔煉鋁合金到640℃～660℃，加入精煉劑，精煉5分鐘后除渣，除渣時(shí)對(duì)鋁合金液進(jìn)行攪拌，并上、下移動(dòng)；在鋁合金液中加入1.5wt％～2wt％的純mg；sicp顆粒預(yù)熱：將sicp顆粒用10g鋁箔包裹起來(lái)，放入加熱爐的坩堝中加熱至600℃，并保溫30min至60min；先將預(yù)熱后的sicp顆粒加入攪拌坩堝內(nèi)，然后加入鋁合金液，進(jìn)行加熱，當(dāng)溫度加熱至680℃以上時(shí)、保溫30min以上后開(kāi)始攪拌，攪拌時(shí)，依據(jù)坩堝內(nèi)的材料含量調(diào)節(jié)攪拌棒的上下位置，每攪拌3至5分鐘后改變攪拌棒旋轉(zhuǎn)方向；攪拌溫度680℃～700℃，攪拌時(shí)間：60min，攪拌速度：875r/min。進(jìn)一步地，對(duì)sicp顆粒進(jìn)行預(yù)處理具體包括：酸洗：用10％的hf溶液浸泡sicp顆粒24h進(jìn)行酸洗；清洗：對(duì)酸洗24h后的sicp懸濁液用大量蒸餾水多次清洗，每1～2小時(shí)換一次蒸餾水，直至溶液達(dá)到中性；烘干：把sicp液體表面的清水除去，在烘干箱中140℃～160℃的條件下烘干24h～28h；研磨：烘干后的sicp出現(xiàn)結(jié)塊現(xiàn)象，用研缽進(jìn)行研磨，使其成為粉末狀，研磨之后密封保存；燒結(jié)：經(jīng)過(guò)上述過(guò)程處理的sicp需要在800℃±5℃高溫下燒結(jié)2～3小時(shí)。進(jìn)一步地，所述的燒結(jié)過(guò)程具體為：將坩堝放入加熱爐中隨爐預(yù)熱到100℃～150℃，將sicp顆粒放入坩堝中隨爐加熱到300℃～400℃，保溫30min左右，并不斷攪拌；加熱到800℃進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)過(guò)程中需要不斷攪拌；隨爐冷卻至室溫。進(jìn)一步地，所述鍛模模具包括下模板通過(guò)螺塞固定在下模板上的墊板，對(duì)置在所述墊板上的凹模固定套，所述左凹模、右凹模分別通過(guò)左法蘭、右法蘭連接在所述凹模固定套上，所述左滑塊設(shè)置在所述左凹模上，所述右滑塊設(shè)置在所述右滑塊上，在所述的左滑塊、右滑塊上分別壓設(shè)有的液壓活塞，所述的凸模與左凹模、右凹模單邊間隙為0.06至0.1mm；還包括上模板通過(guò)螺栓固定在上模板上的凸模固定板，所述凸模固定板和上模板之間設(shè)有凸模墊板。進(jìn)一步地，壓力控制裝置包括：油箱、液壓泵、溢流閥、節(jié)流閥、換向閥和液壓缸；啟動(dòng)后，通過(guò)節(jié)流閥調(diào)節(jié)油壓的壓力，以不同地速率帶動(dòng)油缸活塞移動(dòng)，直到滿足壓力機(jī)繼續(xù)施壓后的行程為止，壓力控制裝置由兩個(gè)油缸來(lái)控制左、右兩個(gè)滑塊。進(jìn)一步地，還包括固定連接裝置，所述固定連接裝置包括：平行間距設(shè)置的固定環(huán)和移動(dòng)環(huán)，所述的固定環(huán)、移動(dòng)環(huán)均與兩根導(dǎo)柱連接，所述導(dǎo)柱上設(shè)有螺紋，所述移動(dòng)環(huán)上套設(shè)有導(dǎo)套，所述導(dǎo)套內(nèi)設(shè)有于所述導(dǎo)柱上螺紋配合的螺紋，所述導(dǎo)套下方的導(dǎo)柱上設(shè)有螺母，所述的移動(dòng)環(huán)通過(guò)兩根帶螺紋的導(dǎo)柱和螺母支撐起來(lái)，所述壓力控制裝置的液壓缸設(shè)置在所述移動(dòng)環(huán)上，所述移動(dòng)環(huán)可通過(guò)螺紋調(diào)節(jié)高度，控制液壓缸的中心與鍛模模具的左、右滑塊的中心在同一水平高度。進(jìn)一步地，t型件成型系統(tǒng)還包括：液壓機(jī)、加熱爐、溫控儀、可控硅溫度儀；采用可控溫度儀和開(kāi)式加熱爐做為加熱熔化金屬，開(kāi)式加熱爐的功率為10kw，溫度傳感器材料為鎳鉻-鎳硅合金，采用4根電阻絲加熱模具；在電阻絲內(nèi)外加裝瓷管，并在加熱時(shí)包裹耐火的石棉材料來(lái)減少模具與環(huán)境的熱交換；采用xmt-101數(shù)顯溫度控制儀器測(cè)量模具的溫度，溫度控制裝置的測(cè)量范圍是1-1300攝氏度，誤差小于等于1攝氏度；線圈電壓380v，可以實(shí)現(xiàn)過(guò)電壓和過(guò)電流保護(hù)；所述液壓機(jī)為2000kn液態(tài)模鍛液壓機(jī)。進(jìn)一步地，采用機(jī)油石墨潤(rùn)滑劑對(duì)所述鍛模模具進(jìn)行潤(rùn)滑，將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％的石墨粉加入到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95％的機(jī)油中，均勻攪拌后用噴槍噴涂在模具型腔表面，其厚度為0.05-0.1mm。進(jìn)一步地，所述第一壓力為10mpa、20mpa或30mpa；所述t型成組件的材質(zhì)為5crnimo。進(jìn)一步地，還包括將t型件固溶在溫度525℃保溫了2個(gè)小時(shí)，取出后淬火，再在175℃時(shí)效8小時(shí)，對(duì)所述t型件進(jìn)行硬度測(cè)試。借由上述方案，本發(fā)明一體化模鍛成型工藝至少具有以下優(yōu)點(diǎn)：在一個(gè)模具形腔中，液態(tài)金屬首先在一個(gè)較低壓力作用下完成充型、凝固，獲得與成形零件形狀相近的毛坯；繼續(xù)增加壓力后已成形金屬會(huì)迫使一些活動(dòng)模塊產(chǎn)生移動(dòng)，釋放出一些模具空間，同時(shí)使預(yù)段毛坯在壓力作用下實(shí)現(xiàn)了真正意義上的塑性變形，最后獲得成形零件。此技術(shù)對(duì)提高和精確控制液態(tài)和半固態(tài)模鍛制件組織性能有重要意義，為汽車輕量化和重型機(jī)械、武器裝備采用輕質(zhì)鋁基復(fù)合材料制件提供一項(xiàng)高效、節(jié)能的近凈成形技術(shù)奠定理論基礎(chǔ)。上述說(shuō)明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說(shuō)明如后。附圖說(shuō)明圖1是本發(fā)明模鍛模具的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明壓力控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明固定連接裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明鋁基復(fù)合材料的制備的流程圖；1-上模板；2-凸模墊板；3-凸模；4-凸模固定板；5、10、17-螺栓；6、9-左、右凹模；7、13-左、右滑塊；8、11-左、右法蘭；12-液壓活塞；14-凹模固定套；15-墊板；16-下模板；21-油箱；22-液壓泵；23-溢流閥；24-節(jié)流閥；25-換向閥；26-液壓缸；31-移動(dòng)環(huán)；32-導(dǎo)柱；33-導(dǎo)套；35-固定環(huán)；36-螺母；37-止轉(zhuǎn)銷定。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。參見(jiàn)圖1至圖4，本發(fā)明一較佳實(shí)施例所述的一種一體化模鍛成型工藝，工藝包括：在一個(gè)模具形腔中，液態(tài)或半固態(tài)金屬首先在第一壓力作用下完成充型、凝固，獲得與成形零件形狀的毛坯；施加第二壓力后已成形金屬會(huì)迫使一些活動(dòng)模塊產(chǎn)生移動(dòng)，釋放出一些模具空間，同時(shí)使預(yù)段毛坯在壓力作用下實(shí)現(xiàn)了真正意義上的塑性變形，最后獲得成形零件，其中，第一壓力值小于第二壓力值。本實(shí)施例選擇形狀簡(jiǎn)單的t形件做為一體化模鍛的典型件，液態(tài)或半固態(tài)充填軸線垂直的圓柱體，兩個(gè)軸線水平不等徑的圓柱部分是在充填金屬凝固后通過(guò)塑性變形而成。一體化成形過(guò)程中即要完成液態(tài)或半固態(tài)充填又要完成塑性變形，所以對(duì)成形裝置要求較高，較復(fù)雜。本實(shí)施例一體化模鍛系統(tǒng)，包括三個(gè)主要部分：模具部分、壓力控制裝置、固定連接裝置。模具部分是成形裝置的主體；壓力控制裝置控制活動(dòng)滑塊的移動(dòng)，并通過(guò)調(diào)節(jié)其壓力大小實(shí)現(xiàn)不同的速度；固定連接裝置是將模具與壓力控制裝置連接起來(lái)并使模具活動(dòng)型芯與液壓缸匹配合適。模具設(shè)計(jì)的要點(diǎn)如下：(1)成形零件的模具材料液態(tài)和半固態(tài)模鍛成形過(guò)程中，成形零件與熔融金屬接觸，要吸收大量的熱量,因此可能因?yàn)闇囟冗^(guò)高而導(dǎo)致強(qiáng)度降低，這就要求選用的材料具有一定的強(qiáng)度、耐熱性和耐蝕性。對(duì)模具鋼進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚硪蕴岣哂捕?，如果硬度不夠，模具可能損傷。本試驗(yàn)成形零件選擇5crnimo。(2)凸、凹摸間隙間隙要適當(dāng)。凹、凸間隙過(guò)小，會(huì)因凸模與凹模產(chǎn)生的裝配誤差而相碰或咬??；過(guò)大，鋁基復(fù)合材料熔液則可通過(guò)模具間隙噴出，①造成危險(xiǎn)，②產(chǎn)生縱向飛邊，減小加壓效果，③阻礙沖頭的下移,造成壓力損失,使鍛件尺寸不足,并加劇模具損傷，使間隙更大,造成惡性循環(huán)。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)單邊間隙為0.06-0.1mm較為合適。(3)脫模結(jié)構(gòu)由于零件的形狀限制不能利用頂桿直接頂出制件，而是需要先頂出組合凹模，然后將組合凹模打開(kāi)取出模鍛件。同時(shí)為了方便取出凹模,在凹模與凹模模套之間需要設(shè)計(jì)一定的斜度。(4)排氣熔融金屬本身和倒入型腔過(guò)程中將會(huì)夾帶一些氣體，這些氣體如果不排型腔,會(huì)阻礙金屬充型，造成鍛件內(nèi)部裹氣、外表面有氣泡凹陷，嚴(yán)重影響制件的質(zhì)量模。一般情形下，模具要設(shè)排氣孔。本試驗(yàn)沒(méi)有但設(shè)置排氣孔，而是利用通過(guò)凸、凹模間隙將氣體排出。t形件成形模具工作原理：在成形時(shí)，首先將熔融金屬倒入組合凹模中，在較小的沖頭3壓力下進(jìn)行液態(tài)填充，在填充時(shí)金屬逐漸凝固。此時(shí)，液壓機(jī)給沖頭的力小于或等于活動(dòng)滑塊外部控制壓力，所以滑塊保持不動(dòng)，型腔保持圖中涂黑區(qū)域。繼續(xù)加大壓力，金屬坯料對(duì)活動(dòng)滑塊的壓力增大，逐漸超過(guò)活動(dòng)滑塊外部控制壓力，已成形部分的金屬將推動(dòng)滑塊6、13向外移動(dòng)，型腔形狀產(chǎn)生變化，型腔空間變大，此時(shí)充填形成的圓柱體(φ50)產(chǎn)生壓縮塑性變形，兩水平柱體(φ20，φ30)通過(guò)變徑角擠亞剪切大塑性變形而成。本實(shí)施例中，(1)改變活動(dòng)型芯的控制方式。原設(shè)計(jì)采用彈簧實(shí)現(xiàn)控制，在工作時(shí)，一可能會(huì)出現(xiàn)失效和壓力隨型芯位移量增大；二是控制壓力??；三是彈簧元件及安裝附件占用空間大，且不能得到大的型芯移動(dòng)量，若要實(shí)現(xiàn)會(huì)使模具尺寸變得很大，因此可以設(shè)計(jì)一套液壓系統(tǒng)來(lái)取代原來(lái)的彈簧。(2)在凹模外側(cè)增加斜度以減小凹模與模套的接觸面積，并用定位銷定位，以控制飛邊的形成，并起到減小成形后的脫模阻力的作用。壓力控制裝置由油箱、液壓泵、溢流閥、節(jié)流閥、換向閥和液壓缸六個(gè)部分組成，圖2為其原理圖。液壓系統(tǒng)啟動(dòng)后，通過(guò)節(jié)流閥調(diào)節(jié)油壓的壓力，以不同地速率帶動(dòng)油缸活塞移動(dòng)，直到滿足壓力機(jī)繼續(xù)施壓后的行程為止。此套系統(tǒng)由兩個(gè)油缸來(lái)控制左、右兩個(gè)滑塊，由于左右兩邊圓柱面直徑不同，所受到的壓力也不一樣，我們可以通過(guò)這套系統(tǒng)來(lái)增加更多的試驗(yàn)條件變化，從而對(duì)一體化模鍛技術(shù)進(jìn)行更充分地研究。為了固定和連接接活動(dòng)滑塊控制油壓缸與成形模具設(shè)計(jì)了輔助設(shè)備，如圖3所示的。這套輔助設(shè)備是由兩個(gè)內(nèi)外直徑相同的大圓環(huán)組成，由兩根帶螺紋的導(dǎo)柱和螺母支撐起來(lái)的。上面的圓環(huán)可通過(guò)螺紋調(diào)節(jié)高度使控制油缸的中心與模具活動(dòng)滑塊的中心在同一水平高度。油壓缸就固定在這個(gè)可以上下移動(dòng)的圓環(huán)上。以鋁基復(fù)合材料為例進(jìn)行本發(fā)明的t型件組織性能的驗(yàn)證。在t型件5個(gè)點(diǎn)截取10mm×10mm×15mm的試樣對(duì)其進(jìn)行密度和硬度測(cè)試。1點(diǎn)為直徑30mm滑塊的接觸端，2點(diǎn)為與直徑20mm滑塊接觸的端面，3點(diǎn)和4點(diǎn)分別為兩不同尺寸的轉(zhuǎn)角處，5點(diǎn)為與沖頭接觸的上表面。微觀組織結(jié)論：晶粒的形貌和大小受到壓力和變形方向的影響，在晶界附近和部分晶粒處出現(xiàn)了一些黑色的點(diǎn)狀物，這些點(diǎn)狀物是一些析出相，由于鋁基復(fù)合材料中mg的的含量較高，所以含有較多的mg2si相。液態(tài)充填模鍛件密度測(cè)試結(jié)果與分析鍛件的密度基本均勻，但仍存在著一定的分布規(guī)律：1、5點(diǎn)是與滑塊接觸位置密度較低，這是因?yàn)樵谑菙D出φ30mm和φ20mm圓柱體的前端部分，擠出時(shí)沒(méi)有參加塑性變形，是在充填時(shí)壓力較小情況下的凝固組織，所以組織較疏松；2、4點(diǎn)位于轉(zhuǎn)角處金屬參與了剪切塑性變形，密度較大；與主沖頭接觸位置3，受到的壓力大，類似鐓粗變形，所以材料較致密；轉(zhuǎn)角處即有上方金屬傳遞的壓力，又受到兩側(cè)已凝固金屬的阻礙及油缸的壓力，密度值較大。側(cè)缸壓力的變化對(duì)1、3、5點(diǎn)的影響規(guī)律不明顯，但可以看到轉(zhuǎn)角處的真密度隨壓力呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)。不同側(cè)缸壓力的真密度(g/cm3)硬度測(cè)試先要將模鍛件進(jìn)行固溶+人工時(shí)效的t6熱處理，固溶在溫度525℃保溫了2個(gè)小時(shí)，取出后淬火，再在175℃時(shí)效8小時(shí)。(1)液態(tài)充填模鍛件硬度測(cè)試結(jié)果下表是測(cè)試力100n，保壓15s的硬度測(cè)量結(jié)果。從測(cè)量的結(jié)果來(lái)看，硬度與密度分布變化趨勢(shì)相似，說(shuō)明致密度是影響材料力學(xué)性能的重要因素之一。側(cè)缸壓力對(duì)與沖頭接觸的位置幾乎不產(chǎn)生影響，而1、2、4、5位置的硬度值隨著測(cè)缸壓力的增加呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)。由于轉(zhuǎn)角處產(chǎn)生了一定的塑性變形，所以此處在整個(gè)制件取點(diǎn)位置中硬度值最大，特別是小直徑端轉(zhuǎn)角處，由金相圖即可知這里的塑性變形程度是最大的，與硬度測(cè)試結(jié)果基本吻合。1、3、5點(diǎn)的硬度值較低，這是因?yàn)槌尚沃羞@幾處實(shí)際上是一定壓力下的凝固而成，這與密度測(cè)量的結(jié)果也是一致的。硬度測(cè)試結(jié)果2a50的性能參數(shù)鋁合金2a50，屬于鋁-鎂-硅-銅系高強(qiáng)度鍛鋁合金，熱態(tài)下可塑性高，易于鍛造、沖壓，成形性能好，在固溶+時(shí)效后強(qiáng)度高，具有良好的抗蝕性能和可切削性能良好，主要用于制作外形復(fù)雜的鍛件。其具體的成分及性能參數(shù)如表2-3、2-4、2-5所示：表2-32a50的化學(xué)成分table2-3composition(wt.％)of2a50aluminumalloy表2-42a50(t6)的力學(xué)性能table2-4mechanicalpropertiesof2a50aluminumalloy(t6)表2-52a50(t6)的物理性能table2-5physicalpropertiesof2a50aluminumalloy(t6)sicp顆粒及預(yù)處理：所用增強(qiáng)體性能參數(shù)如表2-6所示。表2-6sicp的性能指標(biāo)table2-6propertiesofsicpsicp顆粒表面通常吸附著有機(jī)物、氣體、水蒸氣等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)一般會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生不利影響。為保證攪拌均勻，避免發(fā)生sicp顆粒團(tuán)聚現(xiàn)象，在攪拌前需要對(duì)sicp顆粒進(jìn)行預(yù)處理，具體過(guò)程如下：(1)酸洗——用10％的hf溶液浸泡sicp顆粒24h進(jìn)行酸洗，充分去除表面雜質(zhì)。酸洗時(shí)可以看到液體表面有一層黑灰色油狀物質(zhì)，且有大量氣泡產(chǎn)生。(2)清洗——對(duì)酸洗24h后的sicp懸濁液用大量蒸餾水多次清洗，約每1～2小時(shí)換一次蒸餾水，直至溶液達(dá)到中性。是清洗后的sicp顆粒?？梢钥吹?，酸洗過(guò)后sicp呈綠色，表面有一薄層沖洗殘留的黑灰色雜質(zhì)，烘干之前將其除去。(3)烘干——把sicp液體表面的清水除去，在烘干箱中140℃～160℃的條件下烘干24h～28h。(4)研磨——烘干后的sicp出現(xiàn)結(jié)塊現(xiàn)象，需用研缽進(jìn)行研磨，使其成為粉末狀，研磨之后密封保存。此時(shí)的sicp松散干燥，但顏色呈現(xiàn)一定的灰綠色。采用x射線熒光衍射(xrd)分析了酸洗前后的sicp顆粒的成分，發(fā)現(xiàn)酸洗前后成分變化很小，用掃面電子顯微鏡分析(sem)酸洗前后的sicp顆粒，其表面形貌如酸洗過(guò)程中除去了雜質(zhì)，酸洗后sicp顆粒表面變得十分光滑平整，只有一些細(xì)小的顆粒附著，這將改善sicp顆粒與鋁液表面潤(rùn)濕性，增強(qiáng)界面結(jié)合效果。(5)燒結(jié)——經(jīng)過(guò)上述過(guò)程處理的sicp需要在800℃±5℃高溫下燒結(jié)2～3小時(shí)。燒結(jié)過(guò)程為：將坩堝放入加熱爐中隨爐預(yù)熱到100℃～150℃，以除去坩堝中的氣體水分等；將sicp顆粒放入坩堝中隨爐加熱到300℃～400℃，保溫30min左右，并不斷攪拌；加熱到800℃進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)過(guò)程中需要不斷攪拌；隨爐冷卻至室溫。經(jīng)過(guò)酸洗、烘干、高溫焙燒后的sicp為晶瑩的綠色，其表面應(yīng)有一層極薄的sio2，放入袋中，密封保存。通過(guò)高溫?zé)Y(jié)可以去除sicp顆粒表面吸附的o2、co2、co等有害氣體雜質(zhì)，改善sicp顆粒和鋁液的潤(rùn)濕性。高溫?zé)Y(jié)還可以使sicp顆粒和o2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在sicp表面生成一層極薄的sio2薄膜氧化層，改變了sicp顆粒表面的性質(zhì)，當(dāng)其和熔化的al液接觸時(shí)，是sio2和al液接觸，其潤(rùn)濕性提高，可以獲得更高的界面結(jié)合強(qiáng)度，sicp顆粒對(duì)復(fù)合材料的強(qiáng)化效果也會(huì)隨之增加。一般情形下，sio2在高溫下與液態(tài)合金中的al、mg元素發(fā)生反應(yīng)生成鎂鋁尖晶石mgal2o4：改善了sicp和與液相基體合金的潤(rùn)濕性，同時(shí)，可防止sicp和al液直接接觸生成針狀脆性相al4c3。機(jī)械攪拌法制備sicp顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料復(fù)合材料的強(qiáng)度、硬度、耐磨性能等是靠材料的晶界來(lái)傳遞或支撐的，因此基體與增強(qiáng)體之間的界面結(jié)合情況、界面結(jié)構(gòu)和性能等對(duì)材料的力學(xué)性能、導(dǎo)熱、熱膨脹性能、斷裂過(guò)程都起著重要的作用。機(jī)械攪拌法制備鋁基復(fù)合材料在液態(tài)或半固態(tài)下進(jìn)行，不可避免的將發(fā)生不同程度的界面反應(yīng)。輕微的界面反應(yīng)能有效地改善基體與增強(qiáng)體的浸潤(rùn)和結(jié)合，是有利的。劇烈嚴(yán)重的界面反應(yīng)將造成增強(qiáng)體的損傷并易形成脆性界面。因此在制備過(guò)程中要特別注意復(fù)合材料的界面結(jié)合。sicp/al成形特點(diǎn)及界面反應(yīng)問(wèn)題大量的研究結(jié)果表明，sicp和鋁在溫度超過(guò)660℃時(shí)發(fā)生界面反應(yīng)：3sic+4al＝al4c3+3si(2-2)當(dāng)溫度超過(guò)700℃后，反應(yīng)較劇烈。al4c3是較脆且不穩(wěn)定的化合物，在許多環(huán)境下(水、乙醇、hcl)容易腐蝕。al4c3生成條件是(1)一定的反應(yīng)溫度，在660℃以上；(2)一定的保溫時(shí)間，1小時(shí)以上。但是當(dāng)基體合金鋁合金中的si含量達(dá)到10％以上時(shí)，可以完全避免al4c3的生成。采用機(jī)械攪拌法制備sicp顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料時(shí)，攪拌時(shí)間一般小于1h。另外，sicp顆粒增強(qiáng)體經(jīng)過(guò)高溫焙燒的預(yù)處理后，在sicp表面氧化生成sio2，在制備過(guò)程中避免了sicp和al的直接接觸。因此，在sicp同al基體的界面上不會(huì)形成al4c3。即使在材料制備后的一段冷卻過(guò)程中，可能有一定量的al4c3生成，在界面上也是輕微反應(yīng)，有利于界面結(jié)合。大量研究結(jié)果表明，mg屬于表面活性元素，在金屬活動(dòng)性順序中，mg的活性高于al，因此適量的mg將吸附于sicp顆粒增強(qiáng)體表面，在界面處可發(fā)生如下反應(yīng)。上述反應(yīng)的最終產(chǎn)物主要為游離硅和鎂鋁尖晶石mgal2o4，能降低sicp與鋁液的潤(rùn)濕角，使界面張力降低，提高sicp與鋁液的潤(rùn)濕性，同時(shí)反應(yīng)(2-5)能減少攪拌時(shí)鋁的氧化。鎂鋁尖晶石mgal2o4是一種穩(wěn)定的化合物，作為一種良好的界面反應(yīng)物存在于sicp顆粒和基體鋁合金的界面處，當(dāng)分布均勻、厚度適當(dāng)時(shí)，有利于界面結(jié)合。本發(fā)明研究?jī)?nèi)容所用基體材料2a50鋁合金含mg量為0.4％～0.8％，為了控制合適的界面反應(yīng)，需要加入一定量的純mg，為保證合金鎂的成分，加入量控制在1.5％～2％之間。復(fù)合材料制備工藝對(duì)sicp顆粒的預(yù)處理是為了提高其與鋁合金的潤(rùn)濕性而進(jìn)行的，但是單純處理sicp顆粒仍不能保證sicp顆粒與鋁合金之間良好的界面結(jié)合，還需要對(duì)鋁液成分、sicp顆粒加入方式、攪拌等工藝參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格控制。(1)sicp預(yù)熱為使sicp與鋁液更好的結(jié)合，sicp需要預(yù)熱。按預(yù)定的復(fù)合材料體積分?jǐn)?shù)，將稱量好的sicp用10g鋁箔包裹起來(lái)，放入攪拌坩堝底部隨爐加熱至600℃，并保溫30min以上。在此溫度下可以充分除去sicp中的氣體和水分，且加入鋁液攪拌時(shí)能減小兩者的溫差，利于sicp顆粒與鋁液間的潤(rùn)濕，使sicp在基體中的分布更均勻。(2)熔煉鋁合金——用另外一個(gè)坩堝熔煉鋁合金到640℃～660℃，加入精煉劑，精煉5分鐘后除渣，除渣時(shí)用勺子攪拌鋁液，并上、下移動(dòng)，以除去鋁液中的氣體等雜質(zhì)。然后在合金液中加入1.5wt％～2wt％的純mg，以減小sicp顆粒和鋁液的潤(rùn)濕角，降低其表面張力，增加潤(rùn)濕性。(3)機(jī)械攪拌制備復(fù)合材料將熔煉坩堝中鋁液倒入攪拌坩堝中，在680℃、保溫30min以上后開(kāi)始攪拌。攪拌時(shí)，依據(jù)坩堝內(nèi)的材料含量調(diào)節(jié)攪拌棒的上下位置，每攪拌幾分鐘后改變攪拌棒旋轉(zhuǎn)方向，以便葉片產(chǎn)生的漩渦流能使所有材料都被攪到，使其均勻。(4)攪拌參數(shù)為探究攪拌溫度、攪拌時(shí)間、攪拌速度等參數(shù)對(duì)制備復(fù)合材料性能的影響，本發(fā)明做了多組攪拌參數(shù)的材料制備。其參數(shù)范圍為：鋁合金液溫度：600℃～720℃；攪拌時(shí)間：10min～100min；攪拌速度：550r/min，875r/min。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，并不用于限制本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本
技術(shù)領(lǐng)域：
：的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變型，這些改進(jìn)和變型也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁(yè)12當(dāng)前第1頁(yè)12