CN103866212A - 一种不连续增强铝基复合材料薄壁管材的制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种不连续增强铝基复合材料（DRA）薄壁管材的制备工艺，属于铝基复合材料制备技术领域，该工艺采用粉末冶金或搅拌铸造方法制备DRA坯锭，采用热挤压方法制备出DRA管坯。将管坯进行退火处理后，在二辊或多辊轧机上冷轧，每两道次之间进行退火处理。直至管材轧至规定尺寸。对于可热处理强化DRA，冷轧后进行固溶处理及时效处理，得到性能良好的无缝管材。
Description
技术领域
本发明涉及铝基复合材料领域，具体涉及一种不连续增强铝基复合材料薄壁管材的制备工艺。
背景技术
金属基复合材料（MMC）不仅具有轻质、高强的特点，还具有良好的抗疲劳、抗高温蠕变、耐热、耐磨、减振及尺寸稳定等一系列优点，成为国民经济发展和国防安全领域的重要结构材料。不连续增强铝基复合材料（DRA）因其轻质高强，制造工艺简单，成为目前制备成本最低、应用最广泛的一种MMC。美、日等国已成功地将DRA用于飞机机身盖板、转向架，汽车传动轴、活塞、连杆、制动盘及铁道车辆零部件的批量生产，取得显著的经济效益和社会效益（International Materials Reviews,vol.39,No.1(1994)p.1-23）。
管材是轻金属材料中的主要产品。尤其是无缝管材广泛应用在航空、航天、交通运输、建筑等行业。而DRA无缝管材与铝合金相比具有更好的力学及物理性能，具有很大的市场潜力。
但目前关于可变形DRA无缝管材的报道很少，目前仅有一项中国专利（CN101737574）报道采用热强力旋压和温强力旋压的方法制备薄壁DRA无缝管材。此种方法适用于直径较大的工件。而对于直径小于100mm的DRA薄壁管材的制备方法，目前没有报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种不连续增强铝基复合材料薄壁管材的制备工艺，该工艺可制备壁厚均匀、外形公差小、直径小的DRA薄壁无缝管材，而且可采用常规铝合金无缝管材的生产设备，生产成本低。
本发明的技术方案是：
一种不连续增强铝基复合材料薄壁管材的制备工艺，该工艺步骤如下：
（1）管坯制备：采用粉末冶金或搅拌铸造方法制备DRA坯锭，采用热挤压方法制备出DRA管坯。
（2）退火处理：将制备的DRA管坯进行退火处理，退火温度400-500℃，退火时间2-10小时；经退火处理使得DRA处于塑性最好的软化状态。
（3）管材轧制：将步骤（2）退火处理后的DRA管坯在二辊或多辊轧机上冷轧，每两道次之间按步骤（2）工艺进行退火处理，直至轧至规定尺寸制备出DRA薄壁无缝管材。
所述冷轧的工艺参数为：每道次减径量3-15%，减壁量5-20%，轧制速度20-100次/分钟，进给速度2-8mm/次。
对于可热处理强化的DRA，根据基体合金不同，冷轧后进行相应的固溶处理及时效处理，可以得到性能良好的无缝管材。
本发明的有益效果是：
1、本发明工艺制备的DRA薄壁无缝管材规格为直径Φ(5-100)mm×壁厚(0.5-10)mm×管长(10-5000)mm；制得管材的外径公差≤0.05mm，圆度≤0.02mm，壁厚偏差≤0.05mm；
2、可采用常规铝合金无缝管材的生产设备，生产成本低。
具体实施方式
实施例1
采用粉末冶金方法制备15vol.%SiCp/6061Al坯锭，采用热挤压方法制备管坯。制得管坯尺寸为
将制备的DRA管坯进行退火处理，经退火处理使得DRA处于塑性最好的软化状态。采用三辊轧机冷轧，每道次减径量10%，减壁量15％，轧制速度80次/分钟，进给速度8mm/次，轧制6道次，每道次之间退火处理；冷轧前及每两道次之间的退火处理其退火温度500°C，退火时间2小时。将制得的管材在530°C固溶处理1小时，在160°C时效24小时。最终轧制管材尺寸为管材的外径公差≤0.05mm，圆度≤0.02mm，壁厚偏差≤0.05mm。
比较例1
使用
的15vol.%SiCp/6061Al挤压棒材，采用钻孔的方法制备
的管材，制得管材的外径公差为0.2mm，圆度为0.1mm，壁厚偏差为1mm，尺寸偏差较大。
实施例2
采用粉末冶金方法制备15vol.%SiCp/6061Al坯锭，采用热挤压方法制备管坯。制得管坯尺寸为
将制备的DRA管坯进行退火处理，经退火处理使得DRA处于塑性最好的软化状态。采用三辊轧机冷轧，每道次减径量10%，减壁量15％，轧制速度80次/分钟，进给速度8mm/次，轧制6道次，每道次之间退火处理；冷轧前及每道次之间的退火处理其退火温度500°C，退火时间2小时。将制得的管材在530°C固溶处理1小时，在160°C时效24小时。最终轧制管材尺寸为
管材的抗拉强度为420MPa，屈服强度为340MPa，延伸率为10％。
比较例2
采用粉末冶金方法制备15vol.%SiCp/6061Al坯锭，采用热挤压方法制备管坯。制得管坯尺寸为采用三辊轧机冷轧，每道次减径量20%，减壁量15％，轧制速度，150次/分钟，进给速度5mm/次，轧制过程中管材开裂。
实施例3
采用粉末冶金方法制备20vol.%B4Cp/5083Al坯锭，采用热挤压方法制备管坯。制得管坯尺寸为
将制备的DRA管坯进行退火处理，经退火处理使得DRA处于塑性最好的软化状态。采用三辊轧机冷轧，每道次减径量10%，减壁量10%，轧制速度90次/分钟，进给速度5mm/次，轧制13道次，每道次之间退火处理；冷轧前及每道次之间的退火处理其退火温度450°C，退火时间10小时。最终轧制管材尺寸为
管材的抗拉强度为510MPa，屈服强度为400MPa，延伸率为8％。
比较例3
采用粉末冶金方法制备20vol.%B4Cp/5083Al坯锭，采用热挤压方法制备管坯。制得管坯尺寸为
将制备的DRA管坯进行退火处理，经退火处理使得DRA处于塑性最好的软化状态。采用三辊轧机冷轧，每道次减径量2％，减壁量18％，轧制速度120次/分钟，进给速度5mm/次，轧制13道次，每道次之间退火处理；冷轧前及每道次之间的退火处理其退火温度450°C，退火时间10小时。最终轧制管材尺寸为
管材的抗拉强度为450MPa，屈服强度为370MPa，延伸率为3％。
实施例4
采用搅拌铸造方法制备10vol.%SiCp/2009Al坯锭，采用热挤压方法制备管坯。制得管坯尺寸为
将制备的DRA管坯进行退火处理，经退火处理使得DRA处于塑性最好的软化状态。采用二辊轧机冷轧，每道次减径量10%，减壁量20%，轧制速度100次/分钟，进给速度5mm/次，轧制10道次，每道次之间退火处理；冷轧前及两道次之间的退火处理其退火温度470°C，退火时间5小时。将制得的管材在500°C固溶处理1小时，自然时效。最终轧制管材尺寸为
管材的抗拉强度为480MPa，屈服强度为290MPa，延伸率为10％。
比较例4
采用搅拌铸造方法制备10vol.%SiCp/2009Al坯锭，采用热挤压方法制备管坯。制得管坯尺寸为
采用二辊轧机冷轧，每道次减径量25%，减壁量5％，轧制速度，150次/分钟，进给速度5mm/次，轧制过程中管材开裂。
实施例5
采用粉末冶金方法制备12vol.%Al2O3p/7075Al坯锭，采用热挤压方法制备管坯。制得管坯尺寸为
将制备的DRA管坯进行退火处理，经退火处理使得DRA处于塑性最好的软化状态。采用三辊轧机冷轧，每道次减径量10%，减壁量8％，轧制速度50次/分钟，进给速度5mm/次，轧制12道次，每道次之间退火处理；冷轧前及每道次之间的退火处理其退火温度450°C，退火时间5小时。将制得的管材在480°C固溶处理1小时，在120°C时效24小时。最终轧制管材尺寸为
管材的抗拉强度为690MPa，屈服强度为550MPa，延伸率为3％。
比较例5
采用粉末冶金方法制备12vol.%Al2O3p/7075Al坯锭，采用热挤压方法制备管坯。制得管坯尺寸为
将制备的DRA管坯进行退火处理，经退火处理使得DRA处于塑性最好的软化状态。采用三辊轧机冷轧，每道次减径量16%，减壁量2％，轧制速度50次/分钟，进给速度5mm/次，轧制12道次，每道次之间退火处理；冷轧前及每道次之间的退火处理其退火温度450°C，退火时间5小时。将制得的管材在480°C固溶处理1小时，在120°C时效24小时。最终轧制管材尺寸为管材的抗拉强度为600MPa，屈服强度为400MPa，延伸率为1％。
Claims (3)
1.一种不连续增强铝基复合材料薄壁管材的制备工艺，其特征在于：该工艺步骤如下：
（1）管坯制备：采用粉末冶金或搅拌铸造方法制备DRA坯锭，采用热挤压方法制备出DRA管坯；
（2）退火处理：将制备的DRA管坯进行退火处理，退火温度400-500℃，退火时间2-10小时；
（3）管材轧制：将步骤（2）退火处理后的DRA管坯在二辊或多辊轧机上冷轧，两道次之间按步骤（2）工艺进行退火处理，直至轧至规定尺寸制备出DRA薄壁无缝管材。
2.根据权利要求1所述的薄壁管材的制备工艺，其特征在于：所述冷轧的工艺参数为：每道次减径量3-15%，减壁量5-20%，轧制速度20-100次/分钟，进给速度2-8mm/次。
3.根据权利要求1或2所述的薄壁管材的制备工艺，其特征在于：对于能够热处理强化的DRA，根据基体合金不同，冷轧后进行相应的固溶处理及时效处理。
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