CN104138921A - 一种原位自生铝基复合材料棒材制备方法 - Google Patents

一种原位自生铝基复合材料棒材制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104138921A
CN104138921A CN201410267233.8A CN201410267233A CN104138921A CN 104138921 A CN104138921 A CN 104138921A CN 201410267233 A CN201410267233 A CN 201410267233A CN 104138921 A CN104138921 A CN 104138921A
Authority
CN
China
Prior art keywords
matrix composite
aluminum matrix
melting
tib
vacuum consumable
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201410267233.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104138921B (zh
Inventor
周中波
林琳
刘娣
张利军
薛祥义
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xi'an Supercrystalline Technology Co ltd
Original Assignee
Xi'an Super Crystal Science & Technology Development Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xi'an Super Crystal Science & Technology Development Co Ltd filed Critical Xi'an Super Crystal Science & Technology Development Co Ltd
Priority to CN201410267233.8A priority Critical patent/CN104138921B/zh
Publication of CN104138921A publication Critical patent/CN104138921A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104138921B publication Critical patent/CN104138921B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Abstract

一种原位自生铝基复合材料棒材制备方法，采用混合盐法制备TiB2增强的铝基复合材料坯锭；将铝基复合材料坯锭组焊形成截面为Φ150mm～Φ500mm的自耗电极，然后进行熔炼，熔炼后获得Φ200mm～Φ600mm的真空自耗铸锭；将真空自耗铸锭送入电阻炉中加热并保温，将真空自耗铸锭进行锻造，获得Φ150mm～Φ500mm铝基复合材料棒材。本发明制得的铝基复合材料棒材经高低倍金相检查，TiB2增强相分布十分均匀、组织十分致密，经超声波检验棒材中无夹杂缺陷，其拉伸强度达到415MPa，断裂延伸率达到2.5％。

Description

一种原位自生铝基复合材料棒材制备方法
技术领域
本发明属于金属基复合材料技术领域，涉及一种金属复合材料的制备方法，具体涉及一种原位自生铝基复合材料棒材制备方法。
背景技术
航空航天飞行器、空间装置、空间探测等系统中关键零部件要求所使用的材料同时具有高比强度、高比模量、高导热性、低热膨胀性、高抗热变形能力等综合性能。传统的单一金属、高分子、陶瓷材料已难于满足如此高的综合性能要求，由高性能增强体(颗粒、晶须、短纤维)和铝合金复合而成的非连续增强铝基复合材料，既具有铝合金的优良性能，又可通过选择加入合适的增强体获得所需的优异综合性能，可满足对综合性能要求较高的使用需求。
原位自生铝基复合材料由于增强体在基体内部原位合成，增强体颗粒尺寸细小，基体与增强体界面结合较好且界面干净，工艺简便、成本低，从而获得了大量的研究及应用。ZL200310122739.1、ZL200510028209.X介绍了采用混合盐法制备了原位自生铝基复合材料，然而，这些方法仅解决了增强相在复合材料熔融状态下的均匀分布问题。由于熔融状态的复合材料在结晶过程中将增强相排斥到晶界处，使得增强相富集、偏聚，造成复合材料的不均匀性，极大地恶化了材料性能。特别是要生产Φ150mm以上的大棒材时，由于采用砂套等常规铸型成形，熔融状态的复合材料凝固十分缓慢，增强相在复合材料中不均匀的情况显得十分严重，同时由于铸锭偏向于同时凝固，在材料中心易形成缩松、缩孔等缺陷，材料中的夹渣也难以浮出表面，铸锭质量难以控制。
发明内容
本发明的目的在于克服上述问题，提供一种原位自生铝基复合材料棒材制备方法，制得的铝基复合材料棒材中TiB2增强相分布十分均匀、组织十分致密、无夹杂缺陷。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
步骤一、采用混合盐法制备TiB2增强的铝基复合材料坯锭；
步骤二、将步骤一中的铝基复合材料坯锭组焊形成截面为Φ150mm～Φ500mm的自耗电极，再将自耗电极装入真空自耗电弧熔炼炉中进行熔炼，熔炼后获得Φ200mm～Φ600mm的真空自耗铸锭；
步骤三、将真空自耗铸锭送入电阻炉中加热至450℃～490℃并保温，将经过保温后的真空自耗铸锭在450℃～490℃下进行锻造，获得Φ150mm～Φ500mm铝基复合材料棒材。
所述采用混合盐法制备TiB2增强的铝基复合材料坯锭的具体过程如下：按照铝基复合材料的名义化学成分计算该复合材料的中合金元素的质量比，然后按照计算出的质量比将KBF4和K2TiF6混合均匀后加入到纯铝液中，反应生成TiB2增强相，然后再向纯铝液中加入中间合金获得液态的铝基复合材料；将液态的铝基复合材料浇注到砂套或者金属模中形成铝基复合材料坯锭。
所述铝基复合材料坯锭为长方体状，截面为30mm×30mm～100mm×100mm。
所述铝基复合材料具体为ZL101/TiB2、ZL105/TiB2或ZL201/TiB2铝基复合材料。
所述步骤二中熔炼前先将自耗电极进行组焊，然后再放入到真空自耗电弧熔炼炉中进行熔炼，并且熔炼全过程采用水冷进行冷却。
所述步骤二中熔炼过程中的熔炼电流为5～26KA，熔炼电压28～38V，稳弧电流为5～14A的交流电流，真空度为3×10-1～8×10-1Pa。
所述步骤三中将真空自耗铸锭送入电阻炉中加热前将真空自耗铸锭扒皮至表面光洁，并进行锯切冒口。
所述步骤三中保温时间为12～24小时。
所述步骤三中锻造具体为2～3火次锻造。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果：本发明通过将采用混合盐法制备TiB2增强的铝基复合材料坯锭再经过真空自耗电弧熔炼进行重熔，一方面可以获得大尺寸铸锭，另一方面由于真空自耗电弧熔炼有稳弧电流产生的磁场对熔池进行搅拌，使TiB2增强相的分布更为均匀，两方面的作用使得TiB2增强相在真空自耗铸锭中的分布非常均匀。同时，铝基复合材料坯锭中的氧化物、氮化物等杂质会随着磁场搅拌的作用聚集在铸锭表面，这些杂质会在随后的扒皮工序中被去除，从而获得高品质的铝基复合材料铸锭，最后经过锻造，获得铝基复合材料棒材，本发明制得的铝基复合材料棒材经高低倍金相检查，TiB2增强相分布十分均匀、组织十分致密，经超声波检验棒材中无夹杂缺陷，其拉伸强度达到415MPa，断裂延伸率达到2.5％。本发明制备的是Φ150mm～Φ500mm的铝基复合材料棒材，克服了现有技术中制备较大尺寸铝基复合材料棒材质量差的问题。
进一步的，同时采用水冷冷却，可以获得很高的凝固速度，TiB2增强相在金属液凝固过程中不易发生偏聚。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
ZL101/TiB2铝基复合材料棒材的制备
步骤一、采用混合盐法制备TiB2增强的铝基复合材料坯锭，具体过程为：按照ZL101/TiB2铝基复合材料的名义化学成分Al-7Si-0.3Mg-15TiB2计算出该铝基复合材料的合金元素质量比，按照计算出的质量比将KBF4和K2TiF6混合均匀后加入到纯铝液中，反应生成TiB2增强相，然后再向纯铝液加入中间合金AlSi12A及纯Mg，获得符合ZL101/TiB2成分要求的液态的铝基复合材料。将液态的铝基复合材料浇注到砂套中形成截面为30mm×30mm的长方体状的铝基复合材料坯锭；
步骤二、将铝基复合材料坯锭组焊形成截面为Φ150mm的自耗电极，将自耗电极放入坩埚中，再将坩埚装入真空自耗电弧熔炼炉中进行熔炼，所述熔炼过程中的熔炼电流为5KA，熔炼电压28V，稳弧电流为交流5A，真空度为3×10-1Pa，熔炼全过程中采用水冷对坩埚进行冷却，获得Φ200mm的真空自耗铸锭。
步骤三、将真空自耗铸锭扒皮至表面光洁无缺陷，锯切冒口后送入电阻炉中加热至450℃保温12小时，将经过保温后的真空自耗铸锭进行2火次锻造，获得Φ150mm铝基复合材料棒材。
铝基复合材料棒材经高低倍金相检查，TiB2增强相分布十分均匀、组织十分致密，经超声波检验棒材中无夹杂缺陷，其拉伸强度达到425MPa，断裂延伸率达到3.5％。
实施例2
ZL105/TiB2铝基复合材料棒材的制备
步骤一、采用混合盐法制备TiB2增强的铝基复合材料坯锭，具体过程为：按照ZL105/TiB2铝基复合材料的名义化学成分Al-5Si-1.25Cu-0.5Mg-10TiB2计算出该铝基复合材料的合金元素质量比，按照计算出的质量比将将KBF4和K2TiF6混合均匀后加入到纯铝液中，反应生成TiB2增强相，然后再向纯铝液加入AlSi12A、AlCu50A中间合金及纯Mg获得符合成分要求的液态的铝基复合材料。将液态的铝基复合材料浇注到金属模中形成截面为50mm×50mm的长方体状的铝基复合材料坯锭；
步骤二、将铝基复合材料坯锭组焊形成截面为Φ300mm的自耗电极，将自耗电极放入坩埚中，再将坩埚装入真空自耗电弧熔炼炉中进行熔炼，所述熔炼过程中的熔炼电流为11KA，熔炼电压32V，稳弧电流为交流9A，真空度为5×10-1Pa，熔炼过程中采用水冷对坩埚进行冷却，获得Φ450mm的真空自耗铸锭。
步骤三、将真空自耗铸锭扒皮至表面光洁无缺陷，锯切冒口后送入电阻炉中加热至470℃保温16小时，将经过保温后的真空自耗铸锭进行3火次锻造，获得Φ300mm铝基复合材料棒材。
成品铝基复合材料棒材经高低倍金相检查，TiB2增强相分布十分均匀、组织十分致密，经超声波检验棒材中无夹杂缺陷，其拉伸强度达到415MPa，断裂延伸率达到2.5％。
实施例3
ZL201/TiB2铝基复合材料棒材的制备
步骤一、采用混合盐法制备TiB2增强的铝基复合材料坯锭，具体过程为：按照ZL201/TiB2铝基复合材料的名义化学成分Al-5Cu-0.8Mn-0.25Ti-10TiB2计算出该铝基复合材料的合金元素质量比，按照计算出的质量比将采用KBF4及K2TiF6混合均匀后加入到纯铝液中，反应生成TiB2增强相，然后再向纯铝液加入AlCu50A、AlMn10A、AlTi4BA中间合金获得符合成分要求的液态的铝基复合材料。将液态的铝基复合材料浇注到砂套形成截面为100mm×100mm的长方体状的铝基复合材料坯锭；
步骤二、将铝基复合材料坯锭组焊形成截面为Φ500mm的自耗电极，将自耗电极放入坩埚中，再将坩埚装入真空自耗电弧熔炼炉中进行熔炼，所述熔炼过程中的熔炼电流为26KA，熔炼电压38V，稳弧电流为交流14A，真空度为8×10-1Pa，熔炼过程中采用水冷对坩埚进行冷却，获得Φ600mm的真空自耗铸锭。
步骤三、将真空自耗铸锭扒皮至表面光洁无缺陷，锯切冒口后送入电阻炉中加热至490℃保温24小时，将经过保温后的真空自耗铸锭进行3火次锻造，获得Φ500mm铝基复合材料棒材。
本发明制得的铝基复合材料棒材经高低倍金相检查，TiB2增强相分布十分均匀、组织十分致密，经超声波检验棒材中无夹杂缺陷，其拉伸强度达到515MPa，断裂延伸率达到2.5％。
由传统方法制备的铝基复合材料金属液在尺寸较小的砂套或者是金属模中凝固成坯锭，由于冷却速度较快，TiB2增强相不易发生偏聚。坯锭再经过真空自耗电弧熔炼进行重熔，一方面可以获得大尺寸铸锭，另一方面由于真空自耗电弧熔炼有稳弧电流产生的磁场对熔池进行搅拌，TiB2增强相的分布更为均匀，同时坩埚采用水冷冷却，可以获得很高的凝固速度，TiB2增强相在金属液凝固过程中不易发生偏聚，两方面的作用使得TiB2增强相在真空自耗铸锭中的分布非常均匀。同时，铝基复合材料坯锭中的氧化物、氮化物等杂质会随着磁场搅拌的作用聚集在铸锭表面，这些杂质会在随后的扒皮工序中被去除，从而获得高品质的铝基复合材料铸锭，最后经过锻造，获得TiB2增强相分布十分均匀、组织十分致密、无夹杂缺陷的高品质铝基复合材料棒材。

Claims (9)

1.一种原位自生铝基复合材料棒材制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、采用混合盐法制备TiB2增强的铝基复合材料坯锭；
步骤二、将步骤一中的铝基复合材料坯锭组焊形成截面为Φ150mm～Φ500mm的自耗电极，再将自耗电极装入真空自耗电弧熔炼炉中进行熔炼，熔炼后获得Φ200mm～Φ600mm的真空自耗铸锭；
步骤三、将真空自耗铸锭送入电阻炉中加热至450℃～490℃并保温，将经过保温后的真空自耗铸锭在450℃～490℃下进行锻造，获得Φ150mm～Φ500mm铝基复合材料棒材。
2.根据权利要求1所述的一种原位自生铝基复合材料棒材制备方法，其特征在于，所述采用混合盐法制备TiB2增强的铝基复合材料坯锭的具体过程如下：按照铝基复合材料的名义化学成分计算该复合材料的中合金元素的质量比，然后按照计算出的质量比将KBF4和K2TiF6混合均匀后加入到纯铝液中，反应生成TiB2增强相，然后再向纯铝液中加入中间合金获得液态的铝基复合材料；将液态的铝基复合材料浇注到砂套或者金属模中形成铝基复合材料坯锭。
3.根据权利要求1或2所述的一种原位自生铝基复合材料棒材制备方法，其特征在于，所述铝基复合材料坯锭为长方体状，截面为30mm×30mm～100mm×100mm。
4.根据权利要求2所述的一种原位自生铝基复合材料棒材制备方法，其特征在于，所述铝基复合材料具体为ZL101/TiB2、ZL105/TiB2或ZL201/TiB2铝基复合材料。
5.根据权利要求1所述的一种原位自生铝基复合材料棒材制备方法，其特征在于，所述步骤二中熔炼前先将自耗电极进行组焊，然后再放入到真空自耗电弧熔炼炉中进行熔炼，并且熔炼全过程采用水冷进行冷却。
6.根据权利要求1所述的一种原位自生铝基复合材料棒材制备方法，其特征在于，所述步骤二中熔炼过程中的熔炼电流为5～26KA，熔炼电压28～38V，稳弧电流为5～14A的交流电流，真空度为3×10-1～8×10-1Pa。
7.根据权利要求1所述的一种原位自生铝基复合材料棒材制备方法，其特征在于，所述步骤三中将真空自耗铸锭送入电阻炉中加热前将真空自耗铸锭扒皮至表面光洁，并进行锯切冒口。
8.根据权利要求1所述的一种原位自生铝基复合材料棒材制备方法，其特征在于，所述步骤三中保温时间为12～24小时。
9.根据权利要求1所述的一种原位自生铝基复合材料棒材制备方法，其特征在于，所述步骤三中锻造具体为2～3火次锻造。
CN201410267233.8A 2014-06-16 2014-06-16 一种原位自生铝基复合材料棒材制备方法 Active CN104138921B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410267233.8A CN104138921B (zh) 2014-06-16 2014-06-16 一种原位自生铝基复合材料棒材制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410267233.8A CN104138921B (zh) 2014-06-16 2014-06-16 一种原位自生铝基复合材料棒材制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104138921A true CN104138921A (zh) 2014-11-12
CN104138921B CN104138921B (zh) 2016-03-02

Family

ID=51848355

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410267233.8A Active CN104138921B (zh) 2014-06-16 2014-06-16 一种原位自生铝基复合材料棒材制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104138921B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109082546A (zh) * 2018-08-24 2018-12-25 海门市沪海有色铸造有限公司 一种ZAlCu5Mn铸造铝合金熔炼工艺
CN112501479A (zh) * 2020-11-13 2021-03-16 辽宁忠旺集团有限公司 一种铝合金棒材端面粗晶控制方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2259308A (en) * 1991-09-09 1993-03-10 London Scandinavian Metall Metal matrix alloys
CN1552930A (zh) * 2003-12-19 2004-12-08 上海交通大学 TiB2/AI高阻尼复合材料及其制备工艺
CN1727505A (zh) * 2005-07-28 2006-02-01 上海交通大学 原位颗粒增强铝基复合材料的制备方法
CN101597705A (zh) * 2009-05-26 2009-12-09 宝鸡钛业股份有限公司 一种Ф600mm以上大规格锆铸锭的生产方法
CN102312111A (zh) * 2011-09-07 2012-01-11 上海交通大学 采用真空自耗电弧炉熔炼TiAl合金的方法
CN103290260A (zh) * 2013-06-28 2013-09-11 西北有色金属研究院 一种含钽的钛铝基合金铸锭及其制备方法
CN103555961A (zh) * 2013-11-07 2014-02-05 哈尔滨工业大学 一种制备大尺寸钛铝合金铸锭的熔炼方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2259308A (en) * 1991-09-09 1993-03-10 London Scandinavian Metall Metal matrix alloys
CN1552930A (zh) * 2003-12-19 2004-12-08 上海交通大学 TiB2/AI高阻尼复合材料及其制备工艺
CN1727505A (zh) * 2005-07-28 2006-02-01 上海交通大学 原位颗粒增强铝基复合材料的制备方法
CN101597705A (zh) * 2009-05-26 2009-12-09 宝鸡钛业股份有限公司 一种Ф600mm以上大规格锆铸锭的生产方法
CN102312111A (zh) * 2011-09-07 2012-01-11 上海交通大学 采用真空自耗电弧炉熔炼TiAl合金的方法
CN103290260A (zh) * 2013-06-28 2013-09-11 西北有色金属研究院 一种含钽的钛铝基合金铸锭及其制备方法
CN103555961A (zh) * 2013-11-07 2014-02-05 哈尔滨工业大学 一种制备大尺寸钛铝合金铸锭的熔炼方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109082546A (zh) * 2018-08-24 2018-12-25 海门市沪海有色铸造有限公司 一种ZAlCu5Mn铸造铝合金熔炼工艺
CN112501479A (zh) * 2020-11-13 2021-03-16 辽宁忠旺集团有限公司 一种铝合金棒材端面粗晶控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN104138921B (zh) 2016-03-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2021018203A1 (zh) 一种非真空下引连铸铜铁合金扁锭的生产工艺
Dong et al. High performance Al/TiB2 composites fabricated by nanoparticle reinforcement and cutting-edge super vacuum assisted die casting process
AU2010239014B2 (en) High-elongation rate aluminum alloy material for cable and preparation method thereof
CN103773981B (zh) 一种高Nb-TiAl基合金的熔炼方法
CN104550960B (zh) 应用冷床熔炼的金属增材制造方法及金属零件和应用
CN104805319A (zh) 一种2xxx系超大规格铝合金圆锭的制造方法
CN104313363A (zh) 一种钛铌合金铸锭的熔炼方法
CN104561704A (zh) 大尺寸7055铝合金圆铸锭生产工艺
Yang et al. Balance of strength and plasticity of additive manufactured Ti-6Al-4V alloy by forming TiB whiskers with cyclic gradient distribution
Cao et al. Achieving equiaxed microstructure and isotropic mechanical properties of additively manufactured AZ31 magnesium alloy via ultrasonic frequency pulsed arc
CN106521250B (zh) 一种大载流耐热铝合金导线的制备方法
CN102127652B (zh) 一种超因瓦合金超纯电渣重熔方法
CN103031463A (zh) 一种制备纳米陶瓷颗粒增强铝基复合材料的装置及方法
CN104928507A (zh) 一种混合熔盐体系中铝热还原制备铝钪中间合金的方法
Tong et al. Microstructural evolution and strengthening mechanism of Mg-Y-RE-Zr alloy fabricated by quasi-directed energy deposition
CN102133629A (zh) 一种轻合金电磁悬浮铸造装置和方法
KR20120079638A (ko) 마그네슘계 합금 및 그 제조방법
CN106148739A (zh) 一种含铌Ti3Al合金铸锭的制备方法
Li et al. Microstructures and mechanical properties of WCP/Ti-6Al-4V composite coatings by laser melt injection and laser-induction hybrid melt injection
CN105154725A (zh) 一种高端铝锆中间合金及产业化制备方法
Liu et al. Effect of SiC addition on microstructure and properties of Al–Mg alloy fabricated by powder and wire cold metal transfer process
CN104138921B (zh) 一种原位自生铝基复合材料棒材制备方法
Meng et al. Wire arc additive manufacturing of Ni-Al intermetallic compounds through synchronous wire-powder feeding
Li et al. Effect of post-heat treatment on Ti2AlNb-based alloy fabricated by twin-wire alternating dual-electron beam additive manufacturing technology
Niu et al. Synchronous-hammer-forging-assisted wire arc additive manufacturing Al-Mg alloy

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CP01 Change in the name or title of a patent holder
CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: 710016 Fengcheng 7th Road, Xi'an Economic and Technological Development Zone, Shaanxi Province

Patentee after: Xi'an Supercrystalline Technology Co.,Ltd.

Address before: 710016 Fengcheng 7th Road, Xi'an Economic and Technological Development Zone, Shaanxi Province

Patentee before: XI'AN SUPERCRYSYAL SCI-TECH DEVELOPMENT Co.,Ltd.

CP02 Change in the address of a patent holder
CP02 Change in the address of a patent holder

Address after: 710299 No. 10, East Section of Jinggao North Road, Jingwei New City, Xi'an Economic and Technological Development Zone, Shaanxi Province

Patentee after: Xi'an Supercrystalline Technology Co.,Ltd.

Address before: 710016 Fengcheng 7th Road, Xi'an Economic and Technological Development Zone, Shaanxi Province

Patentee before: Xi'an Supercrystalline Technology Co.,Ltd.