CN101168177A - 喷射沉积多孔材料的梯温楔压变形方法及装置 - Google Patents

Abstract

喷射沉积多孔材料的梯温楔压变形方法与装置，是将坯料置于由上至下温度逐步增加的梯温模具中，坯料底面接触加热的底板，待坯料由上至下也存在一定的温度梯度时，使用楔形压头对其进行局部压制，坯料逐步由局部变形积累为整体的大变形。喷射沉积多孔材料的梯温楔压变形装置包括：带有加热与冷却装置的模具，带有加热管的底板，楔形压头。本发明结构合理，工艺简单，引入梯温后，使坯件从上至下变形抗力减弱，克服了大型坯件在模压致密化过程中由于模具壁的摩擦力使得压制压力衰减所造成坯料底部致密化效果不佳的现象，特别适合于大型喷射沉积材料的致密化加工过程，扩展了喷射沉积材料的大型件的应用前景。

Description

喷射沉积多孔材料的梯温楔压变形方法及装置

技术领域

本发明公开了一种金属材料致密化加工方法及装置，特别是指一种对大型喷射沉积材料进行致密化加工的喷射沉积多孔材料的梯温楔压变形方法及装置。

背景技术

喷射沉积作为一种新型的材料制备技术，喷射沉积技术具有一系列优越性，如沉积坯的冷却速度高，组织细小均匀，合金成分偏析程度小。材料的氧化程度小，工艺流程短，减轻了材料的污染程度；近净成形，生产率高，生产成本低等。喷射沉积技术尤其适用于制造由于严重的偏析难以或无法利用通常铸造技术制造、利用粉末冶金技术制造成本过高、难以制备的大尺寸的材料，喷射沉积技术作为一种先进的材料制备新技术，已经被广泛应用于制备合金及金属基复合材料。然而喷射沉积坯件通常存在一定量的孔隙，溅射颗粒表面存在一定厚度的氧化膜，颗粒之间未能完全达到良好的冶金结合状态。因此喷射沉积坯件属一种多孔材料，需要进行后续致密化和塑性变形才能获得理想的组织和性能。

可用于喷射沉积多孔坯件致密化塑性变形的主要方法有：热等静压、热挤压、热轧、热压实等，这些工艺通常涉及设备昂贵、生产工艺复杂、生产周期长，生产成本高，限制了其大规模的应用；特别是在大型喷射沉积多孔材料，通过模压致密化对压力机的吨位要求很高，在小吨位压力机上致密化大件喷射沉积材料一直是一个难以解决的问题。采用均温楔压(坯件各部分温度均匀)的方法在一定程度上解决了上述问题，在小吨位压机实现了大件喷射沉积材料的致密化，特别是在厚度不大的宽板型坯件上具有优越性，但在压制厚度较大的坯件时，变形主要会集中在坯料的上部，整体坯料尤其是底部并未达到完全的致密化，这主要是由于坯件与模具壁之间的存在摩擦力，使得压制力沿坯料高向从上至下逐渐衰减所致。也就是说，当坯料的整体温度均匀分布时，坯料的变形抗力一致，其上部所受的压制力达到了致密化所需的压制，而坯料下部的压制力已被模壁摩擦力消耗并未达到坯料致密化所需的压制力，由此而造成了坯件底部没有完全致密化。

发明内容

本发明的目的在于克服普通楔压工艺难以使厚坯件底部直接致密化的局限性，提供一种实现在小吨位压机完全致密化大件喷射沉积材料，明显提高喷射沉积多孔材料的致密度及综合性能的梯温楔压变形方法及装置。

本发明----喷射沉积多孔材料的梯温楔压变形方法是采用下述方案实现的：将坯件置于带有加热与冷却装置的模具中，压制所用的压头为楔形，利用楔形压头在模具中对存在温度梯度的坯料进行局部加热，循环压制后使得坯料产生整体变形。

本发明中，采用热压工艺，压制前在模具高向不同部位进行加热或冷却处理，使得模具至上而下存在一定的温度梯度，同时坯料在放入模具前进行预热，放入模具中通过模具的热辐射使坯料产生与模具同样的温度梯度，模具与坯料的温度由所压制的坯料本身决定。

本发明中，坯料的加热温度为其熔点的2/3左右。

本发明----喷射沉积多孔材料的梯温楔压变形装置是采用下述方案实现的：包括压机、楔压模具、楔形压头，其特征在于：所述模具的底部设有加热底板，模具侧壁上设置有加热和冷却装置；所述模具的方形箱体的四壁设有冷却水管与电加热装置；所述楔形压头端面为平面、侧面为斜面光滑过度连接组成。

本发明----喷射沉积多孔材料的梯温楔压变形方法及装置的工作原理简述于下：先将坯料和模具分别加热到所需的温度，然后开启模具上的冷却装置(水管)，对模具进行冷却，待模具整体温度产生由上至下逐渐变大的梯度时，将坯料放入模具中保持一段时间，利用模具的热辐射使坯料产生与模具一样的温度梯度时，采用普通压机对楔形压头施压，从坯料的一端开始对其进行压制，对模具中欲致密化的大型喷射沉积坯件进行局部小变形，坯料与楔形压头端面小平面接触部分为主变形区，与楔形压头端面斜面为预变形区，楔形压头逐步向斜面方向推进，进行逐次压制，最后实现喷射沉积坯件的整体压制。逐次压制过程中，采用楔形冲头移动或模具及喷射沉积坯件反向移动的方式，每次移动的距离小于楔形冲头小平面宽度。由上述压制过程可见，楔形压制为局部小变形，逐步进行使喷射沉积大型坯件整体单道次小变形，经多道次累计实现整体大变形直至完全致密化的过程。局部小变形时，所需压力较小，可根据使用的压机吨位和坯件特点设计小变形区的面积。本发明由于采用上述工艺方法及装置，使坯料下部温度较上部的温度高，因此，在压制时，坯料下部与上部同时发生变形，实现坯料整体致密化的目的，综上所述：本发明其模具结构简单，制造方便、性能可靠，操作简便，坯件尺寸不受压力机吨位和工作台尺寸限制，压制坯件密度分布均匀；可有效消除产品的组织缺陷，使得产品组织、性能均匀；工艺可重复性高，生产成本低，可以实现大规模连续生产。为大型喷射沉积坯件致密化加工提供了一种切实可行的加工方法及装置。

附图说明

附图1为本发明---喷射沉积多孔材料的梯温楔压变形装置示意图。

附图2为本发明---喷射沉积多孔材料的梯温楔压变形装置的工作原理示意图。

附图3为本发明实施例梯温楔压后坯料外观图。

附图4为常温楔压后坯料外观图。

图1中：1-楔形压头，3-坯料，2-模具，6---加热装置，4-冷却装置。

具体实施方式

参见附图1、2、3、4，将梯温楔压所用模具2放在压机工作台上，模具2的四壁装有冷却装置4，底板设有加热装置6，楔形压头1安装在压机压头上，调整压头与模具之间的相对位置关系，使得楔形压头1可以在模具2中自由运动，压制所选坯料3为喷射沉积态SiC增强7075铝基复合材料，坯料的原始相对密度为85％，硬度为75HB，尺寸为157×112×200mm，在压制前将坯料加热到450℃，开启模具上的加热装置6，待模具整体达到一定温度时，开启模具上部的冷却装置4，对模具进行局部冷却，待模具本身自上而下呈现出逐渐增大的温度梯度时，将加热好的坯料放入模具中，保持一定时间，分别对坯料上、中、下三个部位进行温度测试，待坯料与模具温度梯度一致时，对坯料进行压制，压制过程为首先将楔形压头与模具的侧壁接触，从坯料的一端进行第一次压制，压下量为5mm，抬起压头，将压头向前平移一小段距离，进行第二次压制，随后重复以上操作，单次压下量均为5mm，压头前进距离小于压头的压制平面长度，待高向尺寸为150mm时停止压制。压制后坯料如图3所示。压制后对坯料进行密度及硬度测试，相对密度最大处可达99.2％。硬度最大处可达92HB，较原始坯料均有很大的提高，梯温楔压工艺在喷射沉积材料致密化的工艺上效果明显，若采用传统的均温楔压方法重复上述的压制过程，压制后坯料的外观如图4所示。比较可知，通过梯温楔压后的坯料下部发生较大的流动与变形，致密化效果明显，采用均温楔压，坯料的变形只集中在上部，下部并没有得到致密化。因此，梯温楔压工艺在一定程度上对均温楔压工艺进行了改进，解决了均温楔压工艺中存在的下部变形不明显的问题，是一种较好的大型喷射沉积多孔材料致密化的好方法。

Claims (6)

1.喷射沉积多孔材料的梯温楔压变形方法，其特征在于：将坯件置于带有加热与冷却装置的模具中，压制所用的压头为楔形，利用楔形压头在模具中对存在温度梯度的坯料进行局部加热，循环压制后使得坯料产生整体变形。

2.根据权利要求1所述的喷射沉积多孔材料的梯温楔压变形方法，其特征在于：采用热压工艺，压制前在模具高向不同部位进行加热或冷却处理，使得模具自上而下存在一定的温度梯度，同时坏料在放入模具前进行预热，放入模具中通过模具的热辐射使坯料产生与模具同样的温度梯度，模具与坯料的温度由所压制的坯料本身决定。

3.根据权利要求1所述的喷射沉积多孔材料的梯温楔压变形方法，其特征在于：坯料的加热温度为其熔点的2/3左右。

4.喷射沉积多孔材料的梯温楔压变形装置，包括压机、楔压模具、楔形压头，其特征在于：所述模具的底部设有加热底板，模具侧壁上设置有加热和冷却装置。

5.根据权利要求4所述的喷射沉积多孔材料的梯温楔压变形装置，其特征在于：所述模具的方形箱体的四壁设有冷却水管与电加热装置。

6.根据权利要求4所述的喷射沉积多孔材料的梯温楔压变形装置，其特征在于：所述楔形压头端面为平面、侧面为斜面光滑过度连接组成。

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