[发明专利]一种连续挤压单质混合粉末制备合金半固态触变坯料的方法

说明书

本发明公开了一种连续挤压单质混合粉末制备合金半固态触变坯料的方法，属于材料加工技术领域。本发明所述方法将两种或以上单质混合粉末混合均匀，输送进入连续挤压轮凹槽内，凹模内粉末发生破碎、摩擦、挤压与焊合，通过凹模后，形成块体材料，按目标零件等体积进行截取，在低熔点的单质金属熔点附近保温一定时间，低熔点粉末开始熔化，高熔点粉末焊合区发生回复再结晶，形成高熔点固相作为骨架，低熔点液相分布其间的半固态组织。本发明将金属粉末连续挤压和应变诱发熔化激活法结合起来，实现了短流程、批量半固态合金制坯方法，并且该方法能够降低合金的半固态触变温度，减少能耗和工装模具的费用。

技术领域

本发明涉及一种连续挤压单质混合粉末制备合金半固态触变坯料的方法，特别是一种高效、连续的制备合金半固态坯料，同时降低合金半固态触变成形温度的方法，属于材料加工技术领域。

背景技术

半固态成形技术，简称SSM，于20世纪70年代初由美国麻省理工学院的M.C.Flemings教授首创以来，得到广泛的关注和深入的研究。半固态成形技术与传统铸造相比，其液相中含有一定体积分数的固相，结晶潜热小，凝固收缩小。所以其成形的零件组织致密，力学性能高，尺寸精度高能实现近终成形，对模具热冲击小，可以提高模具使用寿命。与传统锻造相比，其含有一定量的液相，变形抗力小，成形力低，可降低成形对设备及模具的要求，所以可成形复杂零件。正是由于半固态成形具有以上一系列优点，其研究和应用引起了世界的广泛关注和高度重视。

工程应用合金如铝、铜、镍、铁、钛基合金复杂构件的近净成形技术主要围绕精密铸造开展，特别是其薄壁零件加工设备复杂、昂贵，模具材料特殊且加工成本高，工艺参数控制严格，成品率低，导致成本较高；而其锻件的加工难以一次成形复杂结构，需要进行车、铣等多道工序的加工，流程长且成本依然较高；半固态触变成形能够一次获得复杂结构零件，且性能接近锻件，但合金的半固态触变成形温度多接近合金液相线，变形温度高，高温保温难度大，对模具热冲击大，需要特殊材质模具等要求。甚至部分合金无固液区间，无法进行半固态加工。因此，无论从工模具材料高温性能要求和操作可行性，均限制了合金的半固态触变成形技术的推广和发展；因此需要提出一种高效、连续的制备合金半固态坯料以及能够降低合金触变成形温度的方法，缩短合金半固态制坯流程，降低半固态触变成形工艺窗口，减少工模具材料成本，并提高模具使用寿命。同时，要保证较短和易于操作的工艺流程。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种高效、连续的合金半固态制坯技术，并能够降低合金（铝锌合金、铜铝合金、钛铝合金等）半固态触变成形温度的方法，本发明的技术方案为：

一种连续挤压单质混合粉末制备合金半固态触变坯料的方法，具体包括以下步骤：

（1）将两种或以上高熔点和低熔点的单质混合粉末在混粉机中混合均匀，输送进入连续挤压轮凹槽内，在轧辊旋转运动中，将混合粉末带入挤压凹模靴槽；随后在摩擦力的作用下，凹模内粉末发生破碎、摩擦、挤压与焊合，通过凹模后，形成块体材料（如棒状、杆状），

（2）将截取的块状材料在加热炉中进行二次重熔，加热至低熔点的金属熔化，高熔点金属再结晶，形成高熔点等轴晶作为骨架，晶粒间分布着熔化液相的半固态坯料；其中，所述高熔点和低熔点的单质应满足高熔点金属的再结晶温≤低熔点金属熔点（例如铝粉与锌粉的混合粉末，纯铝再结晶温度约为350℃，锌熔点约为420℃；铜粉与铝粉的混合粉末，纯铜的再结晶约为450℃，铝熔点约为660℃）。

优选的，本发明所述单质混合混合粉末中：以高熔点金属粉末为基材，低熔点金属粉末为次主金属，高熔点金属粉末的质量百分比为80-95%，低熔点金属粉末的质量百分比为5-20%。

优选的，本发明所述二次重熔的条件为：（1）达到低熔点金属粉末融化点，并保温10-30分钟，确保半固态坯料中至少存在体积分数5%以上的液相；（2）高熔点金属粉末焊合基体在再结晶温度以上发生再结晶转变，确保高温固相再结晶变为等轴晶。