CN104190895A - 一种铝基复合材料小变形耐压件的成形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种铝基复合材料小变形耐压件的成形方法，首先对铝基复合材料进行熔炼；其次铝基复合材料耐压件的液固高压成形；最后后序处理。本发明方法将液固高压成形技术应用于铝基复合材料耐压件上，解决了铝基复合材料的成型问题，复合材料液固高压成形技术克服了因复合相的加入材料流动性差而成形难的问题，提高材料的成形性。采用电磁搅拌的方法，使得增强体分布均匀，金属液在压力下凝固，细化晶粒同时增强凝固补缩能力，避免的缩松、缩孔，提高了铝基复合材料耐压件的综合性能。

Description

一种铝基复合材料小变形耐压件的成形方法
技术领域
本发明属于铝基复合材料的成形技术领域，涉及一种铝基复合材料耐压件在液态压力下充型，高压下凝固、塑性变形的方法，具体涉及一种铝基复合材料小变形耐压件的成形方法。
背景技术
在使用过程中耐压件要求承受很大压力情况下变形量较小，因此对材料的综合性能及成形提出了较高的要求。采用一般的铸造成形工艺生产的铝基复合材料耐压件易产生缩孔、缩松、组织粗大、缺陷多，不利于材料综合性能提高，无法满足使用要求。而将液固高压成形技术应用于铝基复合材料耐压件，可以对液态金属施加一定的机械静压力实现金属液态充型，利用金属铸造凝固成形时易流动和锻造技术使已凝固的封闭部位进行塑性变形，让金属液在压力作用下结晶凝固并强制消除因凝固收缩形成的缩孔，从而获得无任何铸造缺陷的零件毛坯。该工艺具有许多优点，但其适用范围主要是常规的铝及其它合金。而铝基复合材料是多相材料，其成形能力不仅取决于基体合金性质和工艺参数，还取决于材料复合相在熔体中的浓度和分布状态。由于复合材料熔体与基体合金粘度相差很大，铸造过程中流动性差，因此常规铝合金的成形工艺不能用于成形铝基复合材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种铝基复合材料小变形耐压件的成形方法，将液固高压成形技术应用到铝基复合材料耐压件的制备中，同时可以提高材料的综合性能，制备出满足性能的铝基复合材料耐压件。
本发明所采用的技术方案是，一种铝基复合材料小变形耐压件的成形方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1：对铝基复合材料进行熔炼；
步骤2：铝基复合材料耐压件的液固高压成形；
步骤3：后序处理。
本发明的特点还在于，
其中的步骤1具体按照以下步骤实施：将铝基复合材料放入锭子中，将锭子放置于坩埚中加热，待铝基复合材料熔体温度达到720～760℃，保温并对熔体进行电磁搅拌处理，电磁搅拌时间为15～30min，然后用氩气除气精炼5～10min，之后去除液面上的浮渣。
其中的步骤2具体按照以下步骤实施：将模具安装在液压机上，模具加热至150～180℃，向模具内腔喷涂涂料，待模具加热到200～230℃，将铝基复合材料熔体浇注到模具型腔内，铝基复合材料熔体浇注温度为720～760℃；浇注速度为10-30毫米/秒，液固高压成形压力为80～100MPa，凝固保压时间为15～20s。
其中的模具包括凸模和凹模，凸模置于上模板和上固定板上，凹模模套与下模板通过调节螺栓连接，凹模置于凹模模套中，耐压件通过顶杆顶出。
其中的步骤3具体按照以下步骤实施：取出的零件经过清理，再经过热处理，切削加工后制得满足要求的耐压件。
本发明的有益效果是，将液固高压成形技术应用于铝基复合材料耐压件上，解决了铝基复合材料的成型问题，复合材料液固高压成形技术克服了因复合相的加入材料流动性差而成形难的问题，提高材料的成形性。采用电磁搅拌的方法，使得增强体分布均匀，金属液在压力下凝固，细化晶粒同时增强凝固补缩能力，避免的缩松、缩孔，提高了铝基复合材料耐压件的综合性能。
附图说明
图1是本发明铝基复合材料小变形耐压件的成形方法的工艺流程图；
图2是本发明方法中采用的液固高压成形模具的结构示意图。
图中，1.上固定板，2.上模板，3.导套，4.凸模，5.保温套，6.液态合金，7.凹模模套，8.凹模，9.顶杆，10.调节螺栓，11.下模板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明铝基复合材料小变形耐压件的成形方法，如图1所示，具体按照以下步骤实施：
步骤1：铝基复合材料的熔炼过程，将铝基复合材料锭子清理干净，放置于坩埚中加热，待铝基复合材料熔体温度达到720～760℃，保温并对熔体进行电磁搅拌处理，电磁搅拌时间为15～30min，然后用氩气除气精炼5～10min，之后去除液面上的浮渣；
步骤2：铝基复合材料耐压件的液固高压成形过程，将设计的模具安装在液压机上，模具加热至150～180℃，向模具内腔喷涂涂料，待模具加热到200～230℃，将铝基复合材料熔体浇注到模具型腔内，铝基复合材料熔体浇注温度为720～760℃；液固高压成形压力为80～100MPa，浇注速度10～30mm/s，凝固保压时间为15～20s；其中设计的模具的结构，如图2所示，该模具包括相配合的凸模4和凹模8，凸模4置于上模板2和上固定板1上，凹模模套7与下模板11通过调节螺栓10连接，凹模8置于凹模模套7中，耐压件通过顶杆9顶出；
步骤3：后序处理，取出的零件经过清理，再经过热处理，切削加工后即制得满足要求耐压件。
实施例1
将铝基复合材料锭子置于坩埚中，待熔体温度760℃，电磁搅拌时间30min，然后用氩气除气精炼10min，去除液面上的浮渣；待模具加热到230℃，将铝基复合材料熔体浇注到模具型腔内，浇注温度为760℃，浇注速度为30mm/s；当熔体倒入型腔后，液固高压成形压力为100MPa，凝固保压时间20s；通过顶杆取出耐压件，经过清理、热处理和切削加工后即制得满足要求耐压件。
实施例2
将铝基复合材料锭子置于坩埚中，待熔体温度720℃，电磁搅拌时间15min，然后用氩气除气精炼5min，去除液面上的浮渣；待模具加热到200℃，将铝基复合材料熔体浇注到模具型腔内，浇注温度为720℃，浇注速度为20mm/s；当熔体倒入型腔后，液固高压成形压力为80MPa，凝固保压时间15s；通过顶杆取出耐压件，经过清理、热处理和切削加工后即制得满足要求耐压件。
实施例3
将铝基复合材料锭子置于坩埚中，待熔体温度740℃，电磁搅拌时间20min，然后用氩气除气精炼8min，去除液面上的浮渣；待模具加热到220℃，将铝基复合材料熔体浇注到模具型腔内，浇注温度为740℃，浇注速度为10mm/s；当熔体倒入型腔后，液固高压成形压力为90MPa，凝固保压时间20s；通过顶杆取出耐压件，经过清理、热处理和切削加工后即制得满足要求耐压件。
本发明是铝基复合材料耐压件的液固高压成形工艺，可以解决铝基复合材料耐压件铸造成形过程中易产生缩孔、缩松、组织粗大、缺陷多等问题，提高了材料的成形性，同时铝基复合材料在压力下成形，有利于晶粒细化，提高耐压件的综合性能。
以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
本发明铝基复合材料熔体浇注温度根据合金的液相线温度、凝固范围以及考虑复合相对合金凝固影响，确定铝基复合材料的浇注温度为720～760℃。浇注温度过高，使金属中吸气比较多，且晶粒粗大，加压时容易使金属液喷溅或产生毛刺而把模具卡住，严重时，会使模具出现热裂纹而降低模具寿命。浇注温度过低，则合金流动性差，塑性变形抗力增大，易造成热裂纹，给成形造成困难。
浇注速度与模具设计有关，对于铝基复合材料，其流动性差，因此浇注速度取较高值10-30mm/s。若浇注速度过快，则熔体就会流动不平稳，型腔内的气体无法及时排出，从而造成构件出现气孔、缩松、针孔等缺陷。若浇注速度过慢，则热量在充型过程中损失就较大，其结果就是会使构件表面产生冷隔、斑纹等缺陷。
合适的压力值与浇注温度、工件形状尺寸以及加压方式等因素有关，根据试验确定铝基复合材料液固高压成形压力为80～100MPa。压力过高，对构件的性能提高会有很大的作用，但压力提高往往受到设备的限制，过高的压力会使模具的寿命降低，增加动力消耗。压力过低，会使未凝固的熔体在完全凝固的封闭壳层内自由凝固，又液态熔体的收缩率大，使最后凝固的部位得不到补缩而产生缩松、缩孔缺陷，不利于材料性能提高。
保压时间的长短，主要取决于构件断面的最大壁厚和材质，同时也与铸件的形状、浇注温度等因素有关，在保证构件成形致密和完全结晶凝固条件下，保压时间愈短愈好，对于铝基复合材料的耐压件取15～20s。保压时间过长，增加了构件的内应力，可能造成构件脱型困难和因凝固收缩而产生壁裂，影响表面质量。保压时间过短，构件心部尚未完全凝固，会使构件内部得不到补缩而产生缩孔、缩松等缺陷。

Claims (5)

1.一种铝基复合材料小变形耐压件的成形方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1：对铝基复合材料进行熔炼；
步骤2：铝基复合材料耐压件的液固高压成形；
步骤3：后序处理。
2.根据权利要求1所述的铝基复合材料小变形耐压件的成形方法，其特征在于，所述的步骤1具体按照以下步骤实施：将铝基复合材料放入锭子中，将锭子放置于坩埚中加热，待铝基复合材料熔体温度达到720～760℃，保温并对熔体进行电磁搅拌处理，电磁搅拌时间为15～30min，然后用氩气除气精炼5～10min，之后去除液面上的浮渣。
3.根据权利要求1所述的铝基复合材料小变形耐压件的成形方法，其特征在于，所述的步骤2具体按照以下步骤实施：将模具安装在液压机上，模具加热至150～180℃，向模具内腔喷涂涂料，待模具加热到200～230℃，将铝基复合材料熔体浇注到模具型腔内，铝基复合材料熔体浇注温度为720～760℃；浇注速度为10-30毫米/秒，液固高压成形压力为80～100MPa，凝固保压时间为15～20s。
4.根据权利要求3所述的铝基复合材料小变形耐压件的成形方法，其特征在于，所述的模具包括凸模(4)和凹模(8)，凸模(4)置于上模板(2)和上固定板(1)上，凹模模套(7)与下模板(11)通过调节螺栓(10)连接，凹模(8)置于凹模模套(7)中，耐压件通过顶杆(9)顶出。
5.根据权利要求1所述的铝基复合材料小变形耐压件的成形方法，其特征在于，所述的步骤3具体按照以下步骤实施：取出的零件经过清理，再经过热处理，切削加工后制得满足要求的耐压件。
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