CN106736269A - 一种圆形铝基复合材料丝材的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种圆形铝基复合材料丝材的制备方法，其特征在于：对增强体体积含量为1～30％的中低体分颗粒增强铝基复合材料，将其轧制成长度大于1米、厚度为2－5mm的板材，然后沿长度方向剪切成宽度与厚度相同的方形线材，用搅拌摩擦焊的方法将多根方形线材连接起来形成方形拉拔坯料，经热处理退火后，采用热拉拔模式，通过圆形模孔拉拔成圆形丝材，所得丝材直径小于5mm。

Description

一种圆形铝基复合材料丝材的制备方法
技术领域：
本发明涉及金属材料，特别提供了一种圆形铝基复合材料丝材的制备方法，适用于中低体分颗粒增强铝基复合材料圆形丝材的制备，所得丝材直径小于5mm。
背景技术：
金属基复合材料是由金属基体与增强体(多为陶瓷颗粒)经设计、复合而成的新材料，综合了金属良好的强度、韧性与易成型性等优点与陶瓷的高强、高模等优点。颗粒增强铝基复合材料是研究与应用较为广泛的一类复合材料，不仅比强度、比刚度高，还具有较好的抗疲劳、抗高温蠕变、耐热、耐磨、减振等优点以及热物性优异等特性。铝基复合材料具有很强的可设计性，通过添加不同特性与含量的增强体可使材料体现出不同性能。颗粒含量小于30％的铝基复合材料具有良好的强韧性综合性能，多用作结构材料，通常硬度与强度随颗粒含量增加而增加，而延伸率与断裂韧性则下降。
作为国防安全和国民经济发展的重要结构与功能材料，铝基复合材料在航空航天、电子、军工、交通、体育及核工业领域应用前景广泛。铝基复合材料品种随着工业产品不断发展更新而不断丰富，用量呈现逐年增长的态势。
目前，铝基复合材料的产品多为铸造方法生产的铸件，并有一定量粉末冶金方法制备的锻件、挤压件、轧制板材，而丝材非常少。这是因为丝材主要通过拉拔工艺制备，材料变形量大，材料多为具有良好塑性变形能力的钢材、钛合金、铜合金、铝合金等，而铝基复合材料中由于添加了大量的陶瓷颗粒，塑性变形能力较差，常规认为不适合于拉拔变形加工。
由于铝基复合材料中含有大量陶瓷颗粒，采用常规熔化焊时，高温下陶瓷颗粒易出现团聚、与铝合金反应生成有害化合物、吸气形成气孔等现象，因此铝基复合材料的焊接一直是制约其发展的技术难题。近年来，搅拌摩擦焊的发展为铝基复合材料的连接提供了新思路，这是一种固相焊接技术，焊缝区材料发生剧烈塑性变形，通过动态再结晶实现冶金结合。由于无材料熔化与凝固过程，从而避免了熔化时存在的各种焊接缺陷，因此是铝基复合材料的理想焊接方法。
本申请基于我国各领域对高性能铝基复合材料丝材的广阔市场前景，针对其塑性变形能力差、不适合于常规拉拔变形工艺特点，提出结合复合材料板材轧制、板材剪切与搅拌摩擦焊接技术，制备方形拉拔坯料，然后经过少量变形拉拔即可生产出圆形丝材。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种圆形铝基复合材料丝材制备方法，适用于增强体颗粒体积含量为1～30％，增强体为SiC、TiB2、B4C等颗粒，直径小于5mm的铝基复合材料丝材制备。
本发明提供了一种圆形铝基复合材料丝材的制备方法，其特征在于：将中低体分颗粒增强铝基复合材料轧制成板材，然后沿长度方向剪切成方形线材，用搅拌摩擦焊将多根方形线材连接起来形成方形拉拔坯料，经热处理退火后，采用热拉拔模式，通过圆形模孔拉拔成圆形丝材。由于只需经过少量变形即可加工出圆形丝材，从而解决了传统上铝基复合材料难于拉拔变形加工成丝材的难题。
作为优选的技术方案，所述铝基复合材料的增强体颗粒体积含量为1～30％，其板材长度大于1米，厚度为2－5mm。将铝基复合材料沿长度方向剪切成宽度与厚度相等的方形线材。采用搅拌摩擦焊方法，在焊接工具的旋转速度为400-4000转/分钟(优选600-2500转/分钟)、焊接速度为50-1000毫米/分钟(优选200-600毫米/分钟)的工艺下将多段方形线材连接起来，制成拉拔坯料。将拉拔坯料进行420-500℃、保温0.5-2小时的退火热处理。采用热拉拔模式，拉拔模孔为圆形，拉拔坯料预热温度为350-480℃，预热时间为0.5-2小时，拉拔速度为0.5m/min～50m/min。每道次拉拔时减面率小于15％，所得铝基复合材料丝材直径小于5mm。
本发明提出了一种圆形铝基复合材料丝材的制备方法，其工艺流程短、成本低、易于操作，有理由相信这种新工艺将有着广阔的工业应用前景。
附图说明
图1为圆形铝基复合材料丝材制备过程示意图，其中，1为铝基复合材料轧制板材，2为剪切后的方形线材，3为通过搅拌摩擦焊焊接方法将线材连接成方形拉拔坯料，4为拉拔模具，5为拉拔生成的圆形复合材料丝材。
具体实施方式
下面的实施例将对本发明予以进一步的说明，但并不因此而限制本发明。
实施例1
将SiC颗粒体积含量为20％的铝基复合材料轧制成长度为1.5米、宽度为0.5米、厚度为5mm的板材，沿长度方向切成宽度为5mm的方形线材，采用搅拌摩擦焊方法在工具转速1000转/分钟、焊接速度200毫米/分钟的工艺参数下将三根方形线材焊接成长度为4.5米的方形拉拔坯料。将拉拔坯料进行450℃、保温2小时的退火热处理，在400℃下经圆形模孔拉拔，拉拔速度为25m/min，预热时间为1小时，经3道次拉拔后加工成直径为4.5mm的圆形丝材。
对比例1
将SiC颗粒体积含量为20％的铝基复合材料轧制成长度为1.5米、宽度为0.5米、厚度为5mm的板材，沿长度方向切成宽度为5mm的方形线材，采用熔化焊将三根方形线材焊接成长度为4.5米的方形拉拔坯料。将拉拔坯料进行450℃、保温2小时的退火热处理，在400℃下经圆形模孔拉拔，由于熔化焊接头性能低，拉拔时在该处断裂。
实施例2
将SiC颗粒体积含量为10％的铝基复合材料轧制成长度为2.0米、宽度为0.5米、厚度为4mm的板材，沿长度方向切成宽度为4mm的方形线材，采用搅拌摩擦焊方法在工具转速1500转/分钟、焊接速度300毫米/分钟的工艺参数下将三根方形线材焊接成长度为6米的方形拉拔坯料。将拉拔坯料进行420℃、保温1小时的退火热处理，在450℃下经圆形模孔拉拔，拉拔速度为40m/min，预热时间为1小时，经3道次拉拔后加工成直径为3.5mm的圆形丝材。
实施例3
将TiB2颗粒体积含量为15％的铝基复合材料轧制成长度为3米、宽度为0.5米、厚度为3mm的板材，沿长度方向切成宽度为3mm的方形线材，采用搅拌摩擦焊方法在工具转速2000转/分钟、焊接速度500毫米/分钟的工艺参数下将三根方形线材焊接成长度为9米的方形拉拔坯料。将拉拔坯料进行480℃、保温1小时的退火热处理，在450℃下经圆形模孔拉拔，拉拔速度为10m/min，预热时间为0.5小时，经2道次拉拔后加工成直径为2mm的圆形丝材。
实施例4
将TiB2颗粒体积含量为25％的铝基复合材料轧制成长度为1米、宽度为0.5米、厚度为3mm的板材，沿长度方向切成宽度为3mm的方形线材，采用搅拌摩擦焊方法在工具转速2500转/分钟、焊接速度300毫米/分钟的工艺参数下将三根方形线材焊接成长度为3米的方形拉拔坯料。将拉拔坯料进行450℃、保温1小时的退火热处理，在480℃下经圆形模孔拉拔，拉拔速度为5m/min，预热时间为1小时，经3道次拉拔后加工成直径为2.5mm的圆形丝材。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种圆形铝基复合材料丝材的制备方法，其特征在于：将中低体分颗粒增强铝基复合材料轧制成板材，然后沿长度方向剪切成方形线材，用搅拌摩擦焊将多根方形线材连接起来形成方形拉拔坯料，经热处理退火后，采用热拉拔模式，通过圆形模孔拉拔成圆形丝材。
2.按照权利要求1所述圆形铝基复合材料丝材的制备方法，其特征在于：所述铝基复合材料的增强体颗粒体积含量为1～30％，增强体为SiC、TiB2、B4C颗粒。
3.按照权利要求1所述圆形铝基复合材料丝材的制备方法，其特征在于：所述铝基复合材料板材长度大于1米，厚度为2－5mm。
4.按照权利要求1所述圆形铝基复合材料丝材的制备方法，其特征在于：将铝基复合材料沿长度方向剪切成宽度与厚度相等的方形线材。
5.按照权利要求1所述圆形铝基复合材料丝材的制备方法，其特征在于：采用搅拌摩擦焊方法将多段铝基复合材料方形线材连接起来，焊接工具的旋转速度为400-4000转/分钟，焊接速度为50-1000毫米/分钟。
6.按照权利要求1所述圆形铝基复合材料丝材的制备方法，其特征在于：将拉拔坯料进行420-500℃、保温0.5-2小时的退火热处理。
7.按照权利要求1所述圆形铝基复合材料丝材的制备方法，其特征在于：采用热拉拔模式，拉拔坯料预热温度为350-480℃，预热时间为0.5-2小时。
8.按照权利要求1所述圆形铝基复合材料丝材的制备方法，其特征在于：拉拔速度为0.5m/min～50m/min。
9.按照权利要求1所述圆形铝基复合材料丝材的制备方法，其特征在于：每道次拉拔时减面率小于15％，所得丝材直径小于5mm。
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