本發(fā)明屬于金屬基復(fù)合材料管材加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料管材的旋壓變形制備方法。

背景技術(shù)：

目前國(guó)內(nèi)某艦船用管材多使用鋁合金或鋼制造，其存在的主要問(wèn)題是鋁合金剛度低，而鋼件則增加了筒體的重量，均嚴(yán)重制約了該產(chǎn)品在復(fù)雜環(huán)境(如海水)下的使用。顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料具有比密度小、比剛度高、比強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)國(guó)外多采用鋁基復(fù)合材料制造該管材，而國(guó)內(nèi)目前仍然沒(méi)有開(kāi)展相關(guān)的工作，制約了改產(chǎn)品進(jìn)一步升級(jí)換代。

強(qiáng)力旋壓工藝是借助旋輪作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，加壓于隨芯模沿同一軸線旋轉(zhuǎn)的金屬坯料，使其產(chǎn)生連續(xù)的局部塑性變形而成為所需要的空芯回轉(zhuǎn)體零件。旋壓加工方法常用來(lái)加工大尺寸薄壁的筒形件。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料熱等靜壓坯料塑性差，變形時(shí)易開(kāi)裂的問(wèn)題，提供了一種顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的旋壓變形制備方法，原料粉末混合后經(jīng)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(kāi)坯。

所述旋壓坯料的基體為鋁合金；顆粒增強(qiáng)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(qiáng)體的體積分?jǐn)?shù)小于40％；旋壓坯料的塑性5-8％。

所述熱旋壓開(kāi)坯變形區(qū)的溫度為150℃-450℃。

所述熱旋壓開(kāi)坯的旋壓道次為5道次，進(jìn)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(qū)溫度為370-450℃；第2道次的減薄率15-25％，變形區(qū)溫度為370-410℃；第3道次的減薄率25-35％，變形區(qū)溫度為320-350℃；第4道次的減薄率20-30％，變形區(qū)溫度為310-340℃；第5道次的減薄率25-30％，變形區(qū)溫度為150-330℃。

所述熱旋壓開(kāi)坯每旋壓道次之間，進(jìn)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(qū)溫度，開(kāi)始下一道次旋壓。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為：

(1)旋壓變形過(guò)程對(duì)溫度高度敏感，本發(fā)明在考慮旋壓變形加熱溫度時(shí)考慮了如下因素：(a)坯料加熱溫度采用表面測(cè)溫計(jì)或紅外測(cè)溫儀測(cè)量，所測(cè)的溫度為工件表面的溫度，與坯料整個(gè)變形區(qū)的變形溫度有區(qū)別；(b)旋壓變形時(shí)，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?xí)a(chǎn)生大量的摩擦熱，導(dǎo)致變形區(qū)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(qū)產(chǎn)生絕熱帶，導(dǎo)致變形區(qū)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(nèi)表面不開(kāi)裂，當(dāng)經(jīng)過(guò)兩道次旋壓變形后，坯料內(nèi)的顆粒分布、界面結(jié)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(xù)旋壓變形量較大。

(3)熱旋壓變形過(guò)程是動(dòng)態(tài)軟化與動(dòng)態(tài)硬化相互作用的過(guò)程，顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料由于增強(qiáng)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(qiáng)鋁基復(fù)合材料具有高比強(qiáng)度、高比剛度、密度小等優(yōu)點(diǎn)等綜合性能，廣泛應(yīng)用于航空航天用飛行器。本發(fā)明采用旋壓方法加工顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料大直徑薄壁管材，目的是為開(kāi)發(fā)某航空器用綜合性能優(yōu)異的大直徑薄壁管材。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供了一種顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的旋壓變形制備方法，下面具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。

采用熱等靜壓制備的旋壓坯料尺寸為：內(nèi)徑80.5±0.2mm，壁厚16±0.1mm，長(zhǎng)度300±5mm；內(nèi)徑240±0.2mm，壁厚32±0.1mm，長(zhǎng)度400±5mm；內(nèi)徑530±0.2mm，壁厚50±0.1mm，長(zhǎng)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(jìn)給速度80mm/min，轉(zhuǎn)速80r/min，變形區(qū)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(jìn)行退火；

(5)第二道次減薄率20％，進(jìn)給80mm/min，轉(zhuǎn)速80r/min，變形區(qū)溫度保證控制在370-410℃；

(6)重復(fù)過(guò)程(4)；

(7)第三道次減薄率35％，進(jìn)給80mm/min，轉(zhuǎn)速80r/min，變形區(qū)溫度保證控制在350-350℃；

(8)重復(fù)過(guò)程(4)；

(9)第四道次減薄率35％，進(jìn)給80mm/min，轉(zhuǎn)速80r/min，變形區(qū)溫度保證控制在340-340℃；

(10)重復(fù)過(guò)程(4)；

(11)第五道次減薄率30％，進(jìn)給80mm/min，轉(zhuǎn)速80r/min，變形區(qū)溫度保證控制在150-330℃。