[发明专利]一种碳化硅晶须增强铝基复合材料等温多向锻造方法

说明书

本发明提供了一种碳化硅晶须增强铝基复合材料等温多向锻造方法，属于材料成型技术领域。为解决碳化硅晶须增强铝基复合材料锻造时铸锭塑性较差、容易产生裂纹、晶须严重断裂且组织不均匀，锻坯组织粗大、晶须分布不均匀以及延伸率较低、材料力学性能严重下降等问题，本发明提供的方法将铝基复合材料表面包覆，使用润滑剂、添加铝垫等方式实现晶须增强铝基复合材料大累积应变的多向锻造，获得了表面质量良好、晶须分布均匀、力学性能改善的锻坯。

技术领域

本发明属于材料成型技术领域，具体涉及一种碳化硅晶须增强铝基复合材料等温多向锻造方法。

背景技术

碳化硅(SiC)晶须增强铝基复合材料不仅具有高的比强度，比刚度等优异的力学性能，同时还有良好的导热性，低膨胀和尺寸稳定性好的特点，已成为军事国防、航空航天等高技术领域重要的轻量化结构材料。此外在交通、电子和能源等国民经济领域也有广泛的应用前景。

晶须增强铝基复合材料一般使用挤压铸造法制备，随后将制备的铸锭经过热挤压、轧制、锻造等热成型方法加工成粗坯，最终机械加工形成构件。其中锻造是铝合金及铝基复合材料重要的热加工方法之一。但目前仅有少量关于颗粒增强铝基复合材料的锻造工艺专利(ZL200910241853，ZL201510932548，201611113534)，这些专利主要是非等温条件下的锻造，同时由于颗粒为等轴状(长度直径比值接近1)，在颗粒增强铝基复合材料锻造过程中往往不用考虑颗粒的断裂。较颗粒增强铝基复合材料而言，晶须长度与直径比值大(几十-几百)，晶须增强体对铝基体的变形阻力更大，锻造过程容易在表面出现裂纹缺陷；另外锻造过程中需要考虑晶须发生断裂造成材料强化效果降低的问题。因此使用目前的锻造工艺，不能够解决碳化硅晶须增强铝基复合材料锻造时铸锭塑性较差、容易产生裂纹、晶须严重断裂且组织不均匀，锻坯组织粗大、晶须分布不均匀以及延伸率较低、材料力学性能严重下降。

发明内容

为解决碳化硅晶须增强铝基复合材料锻造时铸锭塑性较差、容易产生裂纹、晶须严重断裂且组织不均匀，锻坯组织粗大、晶须分布不均匀以及延伸率较低、材料力学性能严重下降等问题，本发明提供了一种碳化硅晶须增强铝基复合材料等温多向锻造方法，将铝基复合材料表面包覆，使用润滑剂、添加铝垫等方式实现晶须增强铝基复合材料大累积应变的多向锻造，获得了表面质量良好、晶须分布均匀、力学性能改善的锻坯。具体技术方案包括以下步骤：

1)制备碳化硅晶须预制块：采用碳化硅晶须制造晶须预制块；

2)包覆铝合金：晶须预制块放入模具中，浇铸铝合金熔化液体填充预制块与模具之间的缝隙；

3)制备复合材料铸锭：继续向模具中浇铸铝合金熔化液体，加压，压力条件下降温凝固，将所得复合材料铸锭取出；

4)复合材料铸锭机械加工：将所得复合材料铸锭上表面的铝合金层车削掉，露出复合材料，并将铸锭外径包裹的铝合金层厚度车削到预制块直径的5％-15％；最终圆柱上下端面的边处倒角R2；

5)高温下镦粗：将步骤4)所得复合材料铸锭预热，上下加垫预热后的铝合金软垫，放入上下砧预热后的压力机的上下砧之间镦粗；所述镦粗，首先沿着铸锭轴向镦粗，压下率为20％～35％，应变速率为0.03～0.08/s，然后依次沿着任意两个互相垂直的径向进行侧向镦粗，压下率为10％～20％，应变速率为0.02～0.04/s；

6)降温后镦粗：压力机上砧和下砧温度降低10℃，再次镦粗；所述再次镦粗，首先沿着铸锭轴向镦粗，压下率为15％～35％，应变速率为0.03～0.08/s，然后依次沿着任意两个互相垂直的径向进行侧向镦粗，压下率为20％～30％，应变速率为0.02～0.04/s；

7)重复步骤6)3-12次，当变形量达到要求的累积变形量时，停止锻造，获得晶须增强铝基复合材料锻坯。

所述晶须预制块的制备方法具体为：