一种制备触变成形用板坯的方法技术

本发明专利技术涉及一种制备触变成形用板坯的方法，它可满足合金半固态触变成形的需要。其方法是：首先，对获得的铸态板材进行均匀化退火热处理；然后，运用搅拌摩擦加工的方法，搅拌工具在高旋转转速下、低行进速度条件下对所获得板坯进行多道次加工，最终在整个板坯上获得细晶组织；经过剪切、修整搅拌摩擦加工板材之后，在加热炉中迅速加热制得的合金板材到半固态温度区间，并在该半固态温度保温至温度均衡后，制得半固态合金板坯。采用本发明专利技术所制备的半固态合金材料晶粒细小，球化程度高，触变性能优异，且制备工艺简单、不受板坯尺寸限制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。本专利技术可用于制备触变成形用半固态合金板坯，所制备的半固态合金具有未熔固相晶粒细小、球化程度高，触变性能优良的优点，而且制备工艺简单。
技术介绍
半固态触变成形技术是一项非常好的合金及复合材料近净成形技术。自从20世纪70年代MIT的Flemings教授等提出该技术以来，该技术在汽车、电子和3C等领域得到了广泛应用。半固态触变成形技术通常包括半固态坯料制备、二次加热和半固态触变成形三个工序，其中，最关键的技术就是半固态坯制备。到目前为止，半固态坯的制备方法主要有机械搅拌法，电磁搅拌法，等温处理法和SIMA法(见《哈尔滨工业大学学报》2000年8月， 第32卷，第4期，《半固态浆制备技术的新进展》，作者崔建忠等)。机械搅拌法和电磁搅拌法需要严格的气体保护或者密封措施，且在制备大固相体分率半固态坯方面有很大困难， 整个制坯过程成本较高。等温处理法获得半固态坯组织粗大，晶粒球化程度低，很难制备合格的半固态坯。相比之下，SIMA法制备镁合金半固态坯有一定优势。首先，SIMA法是固态变形诱导，半固态等温处理后直接触变成形，省去了二次加热过程，从工序上、成本上都有一定优势；其次，SIMA法能够获得很高的固相体分率。材料经过应变诱导后在所需的半固态温度进行保温，使得固相体分率很容易控制。但由于镁合金滑移系少，塑性变形困难，因此，传统的SIMA法中变形工序很难进行。采用等径道角挤压为镁合金材料的应变诱导工艺 (见《材料科学与工艺》2010年10月，第18卷，第5期，《大塑性变形的AM60镁合金半固态等温处理研究》，作者王迎等)，很好地解决了镁合金难以获得较大塑性变形量的难题，从而使镁合金材料获得很好的应变诱导效果，且结合半固态等温处理工艺实现应变诱导材料的熔化激活。但是，目前所采用的新SIMA法需要多道次反复加工，工艺操作复杂。搅拌摩擦加工(见《稀有金属材料与工程》2011年1月，第40卷，第1期，183 188页，《搅拌摩擦加工研究进展及前景展望》，作者黄春平等)是在搅拌摩擦焊接的基础上提出的一种用于材料微观组织改性和制造的方法。其基本思想是，利用搅拌头所造成加工区材料的剧烈塑性变形、混合、破碎、破裂和热暴露，实现微观结构的致密化、均勻化和细化。与等通道转角挤压方法相比，搅拌摩擦加工技术，只需一次加工就可以实现合金板材的组织细化，所获得的细晶合金等轴晶度高、高角晶界比例高，而且搅拌摩擦加工方法可以不受板料尺寸限制。由此可见，在运用控制合金凝固的方法制备合金半固态坯的过程中，所制备的复合材料晶粒粗大，球化效果不理想。虽然新SIMA法相比于其他制备半固态坯的方法有一定的优势，但是由于工艺复杂，晶粒球化程度也不尽理想，且受板材尺寸限制。因此，专利技术新的合金半固态坯料制备方法就显得十分重要
技术实现思路
本专利技术的目的在于实现运用搅拌摩擦加工制备未熔晶粒细小，球化程度高的半固态板坯，提供。实现本专利技术步骤的过程为①对采用铸造制备的原始合金板坯进行均勻化退火处理；②运用搅拌摩擦加工的方法，搅拌工具在高转速下、低行进速度条件下对所获得板坯进行多道次连续加工，最终在整个板坯上获得细晶组织；③剪切、修整搅拌摩擦加工之后的板材；④在加热炉中将加工后的铝合金板料快速加热到半固态温度区间，并在该半固态温度保温至坯料温度均衡，获得具有球状、细小固相构成的半固态触变成形板坯。本专利技术的有益效果在于1.运用搅拌摩擦加工法制备的半固态坯料经重熔后未熔固相晶粒细小、球化程度高、触变性能优异，且不需要延长保温时间。2.本专利技术中所述的合金半固态触变成形板坯的制备方法工艺简单、而且不受板材尺寸的限制。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细说明。图1是搅拌摩擦加工法制备半固态触变成形板坯的示意图；图2是搅拌摩擦加工路径示意图。图中，1为搅拌加工工具的下肩，2为被加工合金板材，3为搅拌加工工具的搅拌针，4搅拌加工工具的上肩。所使用的搅拌加工工具包括上肩4、下肩1和搅拌针3，肩的直径为b，针的上部直径为a、针长为C。具体实施例方式参见图1、图2。本专利技术所述的制备触变成形用板坯的方法的步骤如下①对采用铸造制备的原始合金板坯进行均勻化退火处理；②运用搅拌摩擦加工的方法，搅拌工具在高转速下、低行进速度条件下对所获得板坯进行多道次加工，最终在整个板坯上获得细晶组织；③将搅拌摩擦加工法制备的板材边角切割掉，获得用于半固态重熔的板坯；④将加工后的铝合金板料放在加热炉中加热，快速加热到半固态温度区间，并在该半固态温度保温至温度均衡，获得具有球状、细小固相的半固态触变成形板坯。实施例1实验材料为半连续铸态7075铝合金，其化学成分为wt % 5. 6Zn-2. 5Mg-l. 6Cu-0. 23Cr_balAl。首先，截取出厚度为15mm的铸态7075合金板材，对所获得合金板材在462°C进行保温24小时，然后以0. 5°C /min的速度升温至470°C并保温4 小时，再进行水淬处理；其次，对该7075铝合金进行搅拌摩擦焊接加工实验，所采用的搅拌加工工具肩宽为16mm，针为上宽为10mm、下宽为8mm、长为14. 9mm的锥形针，侧面开有螺距为0.5mm螺纹，搅拌加工过程中，搅拌工具的倾角为2. 5°。将工件固定后，采用1500rpm 的工具转动速度和15-25mm/min的行进速度条件下，按照图2所示加工路径进行多道次加工；再次，对搅拌摩擦加工之后的板材进行切割、修整；最后，在加热炉中快速将板坯加热到562°C (该合金的固相线温度为535°C，液相线温度为592°C )，待板料温度恒定后，获得固相率为55 %的半固态板坯，该半固态板料未熔固相的直径为25-40 μ m,球化程度高，具有优良的触变性能。实施例2实验材料为A356 合金，A356 的化学成分为 wt % 7Si_0. 32Mg_0. 14Fe_0. 19Cu_0. 08 Mn-0. 09Zn-0. 20Ti_balAl。首先，截取出厚度为IOmm的铸态A356合金板材，对所获得合金板材在535°C进行保温2-4小时，再进行水淬处理；其次，对该A356铝合金进行搅拌摩擦焊接加工实验，所采用的搅拌加工工具肩宽为20mm，针为上宽为14mm、下宽为12mm、长为9. 9mm 的锥形针，侧面开有螺距为0.5mm螺纹，搅拌加工过程中，搅拌工具的倾角为2. 5°。将工件固定后，采用IOOOrpm的工具转动速度和10-15mm/min的行进速度条件下，按照图2所示加工路径进行多道次加工；再次，对搅拌摩擦加工之后的板材进行切割、修整；最后，在加热炉中快速将板坯加热到580°C (该合金的固相线温度为545°C，液相线温度为615°C )， 待板料温度恒定后，获得固相率为50%的半固态板坯，该半固态板料未熔固相的直径为 15-35 μ m，球化程度高，具有优良的触变性能。实施例3实验材料为铸态AM60镁合金材料，其合金成分为wt% 6. 5A1-0. 13Mn_0. 005Fe_0 .OlCu-O. 02Ni-Bal. Mg。首先，截取出厚度为IOmm的AM60铸态镁合金板材，对所获得合金板材在箱式电阻炉中先加热到350°C，保温lh，然后加热到410°C，保温20h，用70°C的水淬火； 其次，对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：薛寒松，孙文菊，刘明翔，王开，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：