一種鋁基復(fù)合材料小變形耐壓件的成形方法
【專利摘要】本發(fā)明公開的一種鋁基復(fù)合材料小變形耐壓件的成形方法，首先對鋁基復(fù)合材料進(jìn)行熔煉；其次鋁基復(fù)合材料耐壓件的液固高壓成形；最后后序處理。本發(fā)明方法將液固高壓成形技術(shù)應(yīng)用于鋁基復(fù)合材料耐壓件上，解決了鋁基復(fù)合材料的成型問題，復(fù)合材料液固高壓成形技術(shù)克服了因復(fù)合相的加入材料流動性差而成形難的問題，提高材料的成形性。采用電磁攪拌的方法，使得增強(qiáng)體分布均勻，金屬液在壓力下凝固，細(xì)化晶粒同時增強(qiáng)凝固補(bǔ)縮能力，避免的縮松、縮孔，提高了鋁基復(fù)合材料耐壓件的綜合性能。
【專利說明】一種鋁基復(fù)合材料小變形耐壓件的成形方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋁基復(fù)合材料的成形【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種鋁基復(fù)合材料耐壓件在液態(tài)壓力下充型，高壓下凝固、塑性變形的方法，具體涉及一種鋁基復(fù)合材料小變形耐壓件的成形方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在使用過程中耐壓件要求承受很大壓力情況下變形量較小，因此對材料的綜合性能及成形提出了較高的要求。采用一般的鑄造成形工藝生產(chǎn)的鋁基復(fù)合材料耐壓件易產(chǎn)生縮孔、縮松、組織粗大、缺陷多，不利于材料綜合性能提高，無法滿足使用要求。而將液固高壓成形技術(shù)應(yīng)用于鋁基復(fù)合材料耐壓件，可以對液態(tài)金屬施加一定的機(jī)械靜壓力實現(xiàn)金屬液態(tài)充型，利用金屬鑄造凝固成形時易流動和鍛造技術(shù)使已凝固的封閉部位進(jìn)行塑性變形，讓金屬液在壓力作用下結(jié)晶凝固并強(qiáng)制消除因凝固收縮形成的縮孔，從而獲得無任何鑄造缺陷的零件毛坯。該工藝具有許多優(yōu)點，但其適用范圍主要是常規(guī)的鋁及其它合金。而鋁基復(fù)合材料是多相材料，其成形能力不僅取決于基體合金性質(zhì)和工藝參數(shù)，還取決于材料復(fù)合相在熔體中的濃度和分布狀態(tài)。由于復(fù)合材料熔體與基體合金粘度相差很大，鑄造過程中流動性差，因此常規(guī)鋁合金的成形工藝不能用于成形鋁基復(fù)合材料。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種鋁基復(fù)合材料小變形耐壓件的成形方法，將液固高壓成形技術(shù)應(yīng)用到鋁基復(fù)合材料耐壓件的制備中，同時可以提高材料的綜合性能，制備出滿足性能的鋁基復(fù)合材料耐壓件。
[0004]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種鋁基復(fù)合材料小變形耐壓件的成形方法，具體按照以下步驟實施:
[0005]步驟1:對鋁基復(fù)合材料進(jìn)行熔煉；
[0006]步驟2:鋁基復(fù)合材料耐壓件的液固高壓成形；
[0007]步驟3:后序處理。
[0008]本發(fā)明的特點還在于，
[0009]其中的步驟I具體按照以下步驟實施:將鋁基復(fù)合材料放入錠子中，將錠子放置于坩堝中加熱，待鋁基復(fù)合材料熔體溫度達(dá)到720?760°C，保溫并對熔體進(jìn)行電磁攪拌處理，電磁攪拌時間為15?30min,然后用気氣除氣精煉5?1min,之后去除液面上的浮洛。
[0010]其中的步驟2具體按照以下步驟實施:將模具安裝在液壓機(jī)上，模具加熱至150?180°C，向模具內(nèi)腔噴涂涂料，待模具加熱到200?230°C，將鋁基復(fù)合材料熔體澆注到模具型腔內(nèi)，鋁基復(fù)合材料熔體澆注溫度為720?760V ;澆注速度為10-30毫米/秒，液固高壓成形壓力為80?lOOMPa，凝固保壓時間為15?20s。
[0011]其中的模具包括凸模和凹模，凸模置于上模板和上固定板上，凹模模套與下模板通過調(diào)節(jié)螺栓連接，凹模置于凹模模套中，耐壓件通過頂桿頂出。
[0012]其中的步驟3具體按照以下步驟實施:取出的零件經(jīng)過清理，再經(jīng)過熱處理，切削加工后制得滿足要求的耐壓件。
[0013]本發(fā)明的有益效果是，將液固高壓成形技術(shù)應(yīng)用于鋁基復(fù)合材料耐壓件上，解決了鋁基復(fù)合材料的成型問題，復(fù)合材料液固高壓成形技術(shù)克服了因復(fù)合相的加入材料流動性差而成形難的問題，提高材料的成形性。采用電磁攪拌的方法，使得增強(qiáng)體分布均勻，金屬液在壓力下凝固，細(xì)化晶粒同時增強(qiáng)凝固補(bǔ)縮能力，避免的縮松、縮孔，提高了鋁基復(fù)合材料耐壓件的綜合性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明鋁基復(fù)合材料小變形耐壓件的成形方法的工藝流程圖；
[0015]圖2是本發(fā)明方法中采用的液固高壓成形模具的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖中，1.上固定板，2.上模板，3.導(dǎo)套，4.凸模，5.保溫套，6.液態(tài)合金，7.凹模模套，8.凹模，9.頂桿，10.調(diào)節(jié)螺栓，11.下模板。

【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0018]本發(fā)明鋁基復(fù)合材料小變形耐壓件的成形方法，如圖1所示，具體按照以下步驟實施:
[0019]步驟1:鋁基復(fù)合材料的熔煉過程，將鋁基復(fù)合材料錠子清理干凈，放置于坩堝中加熱，待鋁基復(fù)合材料熔體溫度達(dá)到720?760°C，保溫并對熔體進(jìn)行電磁攪拌處理，電磁攪拌時間為15?30min,然后用気氣除氣精煉5?1min,之后去除液面上的浮洛；
[0020]步驟2:鋁基復(fù)合材料耐壓件的液固高壓成形過程，將設(shè)計的模具安裝在液壓機(jī)上，模具加熱至150?180°C，向模具內(nèi)腔噴涂涂料，待模具加熱到200?230°C，將鋁基復(fù)合材料熔體澆注到模具型腔內(nèi)，鋁基復(fù)合材料熔體澆注溫度為720?760V ;液固高壓成形壓力為80?lOOMPa，澆注速度10?30mm/s，凝固保壓時間為15?20s ;其中設(shè)計的模具的結(jié)構(gòu)，如圖2所示，該模具包括相配合的凸模4和凹模8，凸模4置于上模板2和上固定板I上，凹模模套7與下模板11通過調(diào)節(jié)螺栓10連接，凹模8置于凹模模套7中，耐壓件通過頂桿9頂出；
[0021]步驟3:后序處理，取出的零件經(jīng)過清理，再經(jīng)過熱處理，切削加工后即制得滿足要求耐壓件。
[0022]實施例1
[0023]將鋁基復(fù)合材料錠子置于坩堝中，待熔體溫度760V’電磁攪拌時間30min，然后用氬氣除氣精煉lOmin，去除液面上的浮渣；待模具加熱到230°C，將鋁基復(fù)合材料熔體澆注到模具型腔內(nèi)，澆注溫度為760°C，澆注速度為30mm/s ;當(dāng)熔體倒入型腔后，液固高壓成形壓力為lOOMPa，凝固保壓時間20s ;通過頂桿取出耐壓件，經(jīng)過清理、熱處理和切削加工后即制得滿足要求耐壓件。
[0024]實施例2
[0025]將鋁基復(fù)合材料錠子置于坩堝中，待熔體溫度720V’電磁攪拌時間15min，然后用氬氣除氣精煉5min，去除液面上的浮渣；待模具加熱到200°C，將鋁基復(fù)合材料熔體澆注到模具型腔內(nèi)，澆注溫度為720°C，澆注速度為20mm/s ;當(dāng)熔體倒入型腔后，液固高壓成形壓力為80MPa，凝固保壓時間15s ;通過頂桿取出耐壓件，經(jīng)過清理、熱處理和切削加工后即制得滿足要求耐壓件。
[0026]實施例3
[0027]將鋁基復(fù)合材料錠子置于坩堝中，待熔體溫度740°C，電磁攪拌時間20min，然后用氬氣除氣精煉8min，去除液面上的浮渣；待模具加熱到220°C，將鋁基復(fù)合材料熔體澆注到模具型腔內(nèi)，澆注溫度為740°C，澆注速度為10mm/S ;當(dāng)熔體倒入型腔后，液固高壓成形壓力為90MPa，凝固保壓時間20s ;通過頂桿取出耐壓件，經(jīng)過清理、熱處理和切削加工后即制得滿足要求耐壓件。
[0028]本發(fā)明是鋁基復(fù)合材料耐壓件的液固高壓成形工藝，可以解決鋁基復(fù)合材料耐壓件鑄造成形過程中易產(chǎn)生縮孔、縮松、組織粗大、缺陷多等問題，提高了材料的成形性，同時招基復(fù)合材料在壓力下成形，有利于晶粒細(xì)化，提聞耐壓件的綜合性能。
[0029]以上僅是本發(fā)明的具體應(yīng)用范例，對本發(fā)明的保護(hù)范圍不構(gòu)成任何限制，故凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實例所作的任何細(xì)微修改、等同變化與修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
[0030]本發(fā)明鋁基復(fù)合材料熔體澆注溫度根據(jù)合金的液相線溫度、凝固范圍以及考慮復(fù)合相對合金凝固影響，確定鋁基復(fù)合材料的澆注溫度為720?760°C。澆注溫度過高，使金屬中吸氣比較多，且晶粒粗大，加壓時容易使金屬液噴濺或產(chǎn)生毛刺而把模具卡住，嚴(yán)重時，會使模具出現(xiàn)熱裂紋而降低模具壽命。澆注溫度過低，則合金流動性差，塑性變形抗力增大，易造成熱裂紋，給成形造成困難。
[0031]澆注速度與模具設(shè)計有關(guān)，對于鋁基復(fù)合材料，其流動性差，因此澆注速度取較高值10-30mm/s。若澆注速度過快，則熔體就會流動不平穩(wěn)，型腔內(nèi)的氣體無法及時排出，從而造成構(gòu)件出現(xiàn)氣孔、縮松、針孔等缺陷。若澆注速度過慢，則熱量在充型過程中損失就較大，其結(jié)果就是會使構(gòu)件表面產(chǎn)生冷隔、斑紋等缺陷。
[0032]合適的壓力值與澆注溫度、工件形狀尺寸以及加壓方式等因素有關(guān)，根據(jù)試驗確定鋁基復(fù)合材料液固高壓成形壓力為80?lOOMPa。壓力過高，對構(gòu)件的性能提高會有很大的作用，但壓力提高往往受到設(shè)備的限制，過高的壓力會使模具的壽命降低，增加動力消耗。壓力過低，會使未凝固的熔體在完全凝固的封閉殼層內(nèi)自由凝固，又液態(tài)熔體的收縮率大，使最后凝固的部位得不到補(bǔ)縮而產(chǎn)生縮松、縮孔缺陷，不利于材料性能提高。
[0033]保壓時間的長短，主要取決于構(gòu)件斷面的最大壁厚和材質(zhì)，同時也與鑄件的形狀、澆注溫度等因素有關(guān)，在保證構(gòu)件成形致密和完全結(jié)晶凝固條件下，保壓時間愈短愈好，對于鋁基復(fù)合材料的耐壓件取15?20s。保壓時間過長，增加了構(gòu)件的內(nèi)應(yīng)力，可能造成構(gòu)件脫型困難和因凝固收縮而產(chǎn)生壁裂，影響表面質(zhì)量。保壓時間過短，構(gòu)件心部尚未完全凝固，會使構(gòu)件內(nèi)部得不到補(bǔ)縮而產(chǎn)生縮孔、縮松等缺陷。
【權(quán)利要求】
1.一種鋁基復(fù)合材料小變形耐壓件的成形方法，其特征在于，具體按照以下步驟實施: 步驟1:對鋁基復(fù)合材料進(jìn)行熔煉； 步驟2:鋁基復(fù)合材料耐壓件的液固高壓成形； 步驟3:后序處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁基復(fù)合材料小變形耐壓件的成形方法，其特征在于，所述的步驟I具體按照以下步驟實施:將鋁基復(fù)合材料放入錠子中，將錠子放置于坩堝中加熱，待鋁基復(fù)合材料熔體溫度達(dá)到720?760°C，保溫并對熔體進(jìn)行電磁攪拌處理，電磁攪拌時間為15?30min,然后用気氣除氣精煉5?1min,之后去除液面上的浮洛。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁基復(fù)合材料小變形耐壓件的成形方法，其特征在于，所述的步驟2具體按照以下步驟實施:將模具安裝在液壓機(jī)上，模具加熱至150?180°C，向模具內(nèi)腔噴涂涂料，待模具加熱到200?230°C，將鋁基復(fù)合材料熔體澆注到模具型腔內(nèi)，鋁基復(fù)合材料熔體澆注溫度為720?760V ;澆注速度為10-30毫米/秒，液固高壓成形壓力為80?lOOMPa，凝固保壓時間為15?20s。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋁基復(fù)合材料小變形耐壓件的成形方法，其特征在于，所述的模具包括凸模⑷和凹模⑶，凸模⑷置于上模板⑵和上固定板⑴上，凹模模套(7)與下模板(11)通過調(diào)節(jié)螺栓(10)連接，凹模(8)置于凹模模套(7)中，耐壓件通過頂桿(9)頂出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁基復(fù)合材料小變形耐壓件的成形方法，其特征在于，所述的步驟3具體按照以下步驟實施:取出的零件經(jīng)過清理，再經(jīng)過熱處理，切削加工后制得滿足要求的耐壓件。
【文檔編號】B22D17/00GK104190895SQ201410461927
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月11日
【發(fā)明者】汪勇, 余申衛(wèi), 王慧梅, 范玉虎, 付淑艷 申請人:中國船舶重工集團(tuán)公司第十二研究所