CN106939383A - 一种变形铍铝合金板增塑挤压成形制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种变形铍铝合金板增塑挤压成形制备方法，该制备方法的步骤包括：配料‑混炼‑挤压出坯‑脱脂‑轧制,该制备方法解决了铍铝合金板材的比重偏析与成分偏析等问题，解决了铍铝合金微观尺度上的不均匀问题，得到组织致密、性能良好的铍铝合金坯料，并且有利于提高铍铝坯料的后续塑性变形能力。

Description

一种变形铍铝合金板增塑挤压成形制备方法
技术领域
本发明涉及金属材料加工工艺领域，具体是一种变形铍铝合金板增塑挤压成形制备方法。
背景技术
铍铝合金具有质量轻、比强度高、比刚度高、热稳定性好、高韧性、抗腐蚀等特点，结合了铍的低密度与铝的易加工性等优良特点，在航空航天、计算机制造业、汽车工业等领域得到大量应用。
目前，铍铝合金板材生产工艺主要有三种。第一种方法是传统铸锭浇注和轧制变形，将熔融铍铝合金倒入氧化铝坩埚中，冷却后得到固态铸锭，去除表层氧化皮后进行轧制变形得到铍铝合金板材，常规铸造过程中铍铝合金基体中存在明显成分偏析和比重偏析，由于铍和铝互相几乎不互溶，无法通过均匀化热处理消除偏析，专利201510390214.9中提及在熔炼过程中通过电磁场消除成分偏析，但电磁铸造无法消除比重偏析，因此该方法无法从根本上避免粗大树枝晶在铍铝基体中的存在，从而无法明显提高铍铝铸锭的塑性变形能力和加工硬化能力。
第二种方法是采用粉末等静压方法制备坯料(专利201510171665.3)，之后采用挤压成形。该方法先预制粉末，之后冷等静压制坯，再经热等静压成形，最后经挤压进一步提高密度制成板材，该方法制备的铍铝合金虽然无成分偏析和比重偏析，制成的板材也具有较好的各向同性，但是由于等静压本身的技术限制，在制品中易存在残余孔隙，其烧结的理论密度仅为80％～90％左右，并且生产成本较高。
第三种方法为半固态近净成型技术(专利95190242.3)，该技术将铍粉与液态铝混合，产生半固态浆料，原位凝固得到半固态铍铝合金坯料，通过闭模锻造、半固态锻造以及半固态模压进一步成形，由于铍与铝的比重不同，此种方法存在重力分层，从而使得铍与铝不能充分均匀混合以及宏观上的成分不均匀分布梯度。
本发明提到的通过粉末增塑挤压成形是将粉末与一定量的增塑剂混合后在一定温度下挤压成形，然后通过混炼、挤压、脱脂、烧结等工序制成制品的方法，采用此方法制备铍铝合金坯料，相较于其他方法具有以下优点：
(1)与熔炼铸造方法和半固态方法相比，铍粉与铝粉均匀混合，无比重偏析与成分偏析；
(2)与等静压方法相比，本方法能极大提高粉末冶金制品的致密化程度，致密度可达98％，有利于后续塑性变形得到力学性能更高的铍铝板材。
发明内容
发明目的：为了解决现有技术的不足，本发明提供一种变形铍铝合金板增塑挤压成形制备方法,解决了铍铝合金板材的比重偏析与成分偏析等问题，得到组织致密、性能良好的铍铝合金坯料，并且有利于提高铍铝坯料的后续塑性变形能力。
技术方案：为了实现以上目的，本发明所述的一种短流程高纯铍箔制备方法，其特征在于：该制备方法的具体步骤如下：
步骤一：配料
铍粉与铝粉的混合物中，铍的质量百分比为40％～60％，其余为铝，增塑剂为石蜡，铍粉与铝粉的混合物与增塑剂按照30～50:3～8的比例在真空下混合均匀，获得混合原料；
步骤二：混炼
将混合原料在真空混炼造粒机中进行真空混炼，混炼温度为30℃～80℃，混炼时间为20min～200min，混炼后真空混炼造粒机进行造粒，造粒后的粒径为10mm～30mm；
步骤三：挤压出坯
在真空状态下，将造粒后的混合料放入挤压机中进行挤压，挤压筒和模具内设的恒温烘箱使其温度维持在60℃～80℃，挤压速度为0.5m/min～10m/min，压强为10MPa～30MPa，得到板状挤出坯；
步骤四：脱脂
对挤出坯料采用真空热脱脂，温度时间达到一定程度后，石蜡熔化或挥发而金属不熔化，因此可以脱脂，脱脂温度为130℃～160℃，时间为10h～30h，脱脂后采用真空微波烧结炉对其进行烧结，烧结温度为600℃～650℃，烧结时间为40min～200min；
步骤五：轧制
将真空烧结后的板坯进行2～3道次的热轧变形处理和3～4道次冷轧变形处理，轧制总变形量在50％～80％，最终制得厚5mm-15mm，宽50mm-100mm，抗拉强度≥260MPa，弹性模量≥150GPa的铍铝合金板材。
作为本发明的进一步优选，所述的步骤一中的金属粉末粒径为250目～350目。
作为本发明的进一步优选，所述的步骤二中造粒长度为20mm。
作为本发明的进一步优选，所述的步骤三的挤压机为扁型挤压筒的柱塞式挤压机。
有益效果：本发明所述的一种变形铍铝合金板增塑挤压成形制备方法，与现有技术相比，具有以下优点：
(1)通过该方法制得的铍铝合金板解决了铍铝合金板材的比重偏析与成分偏析等问题；
(2)该方法制得的铍铝合金板解决了铍铝合金微观尺度上的不均匀问题；
(3)该工艺方法得到组织致密、性能良好的铍铝合金坯料；
(4)该使用方法有利于提高铍铝坯料的后续塑性变形能力。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图，进一步阐明本发明。
如附图所示，本发明所述的一种变形铍铝合金板增塑挤压成形制备方法，该制备方法的步骤包括：配料-混炼-挤压出坯-脱脂-轧制。
实施例1
步骤一：配料
铍粉与铝粉的混合物中，铍的质量百分比为40％，其余为铝，增塑剂为石蜡，铍粉与铝粉的混合物与增塑剂按照30:3的比例在真空下混合均匀，获得混合原料，其中，金属粉末粒径为250目～350目；
步骤二：混炼
将混合原料在真空混炼造粒机中进行真空混炼，混炼温度为30℃，混炼时间为20min，混炼后真空混炼造粒机进行造粒，造粒后的粒径为10mm，长度为20mm；
步骤三：挤压出坯
在真空状态下，将造粒后的混合料放入扁型挤压筒的柱塞式挤压机中进行挤压，挤压筒和模具内设的恒温烘箱使其温度维持在60℃，挤压速度为0.5m/min，压强为10MPa，得到板状挤出坯；
步骤四：脱脂
对挤出坯料采用真空热脱脂，脱脂温度为130℃，时间为10h，脱脂后采用真空微波烧结炉对其进行烧结，烧结温度为600℃，烧结时间为40min；
步骤五：轧制
将真空烧结后的板坯进行2道次的热轧变形处理和3道次冷轧变形处理，轧制总变形量在50％，最终制得厚5mm，宽50mm，抗拉强度260MPa，弹性模量150GPa的铍铝合金板材。
实施例2
步骤一：配料
铍粉与铝粉的混合物中，铍的质量百分比为50％，其余为铝，增塑剂为石蜡，铍粉与铝粉的混合物与增塑剂按照40:5的比例在真空下混合均匀，获得混合原料，其中，金属粉末粒径为300目；
步骤二：混炼
将混合原料在真空混炼造粒机中进行真空混炼，混炼温度为50℃，混炼时间为100min，混炼后真空混炼造粒机进行造粒，造粒后的粒径为20mm，长度为20mm；
步骤三：挤压出坯
在真空状态下，将造粒后的混合料放入扁型挤压筒的柱塞式挤压机中进行挤压，挤压筒和模具内设的恒温烘箱使其温度维持在70℃，挤压速度为5m/min，压强为20MPa，得到板状挤出坯；
步骤四：脱脂
对挤出坯料采用真空热脱脂，脱脂温度为150℃，时间为20h，脱脂后采用真空微波烧结炉对其进行烧结，烧结温度为630℃，烧结时间为100min；
步骤五：轧制
将真空烧结后的板坯进行3道次的热轧变形处理和3道次冷轧变形处理，轧制总变形量在70％，最终制得厚10mm，宽60mm，抗拉强度265MPa，弹性模量155GPa的铍铝合金板材。
实施例3
步骤一：配料
铍粉与铝粉的混合物中，铍的质量百分比为60％，其余为铝，增塑剂为石蜡，铍粉与铝粉的混合物与增塑剂按照50:8的比例在真空下混合均匀，获得混合原料，其中，金属粉末粒径为350目；
步骤二：混炼
将混合原料在真空混炼造粒机中进行真空混炼，混炼温度为80℃，混炼时间为200min，混炼后真空混炼造粒机进行造粒，造粒后的粒径为30mm，长度为20mm；
步骤三：挤压出坯
在真空状态下，将造粒后的混合料放入扁型挤压筒的柱塞式挤压机中进行挤压，挤压筒和模具内设的恒温烘箱使其温度维持在80℃，挤压速度为10m/min，压强为30MPa，得到板状挤出坯；
步骤四：脱脂
对挤出坯料采用真空热脱脂，脱脂温度为160℃，时间为30h，脱脂后采用真空微波烧结炉对其进行烧结，烧结温度为650℃，烧结时间为200min；
步骤五：轧制
将真空烧结后的板坯进行3道次的热轧变形处理和4道次冷轧变形处理，轧制总变形量在80％，最终制得厚15mm，100mm，抗拉强度280MPa，弹性模量160GPa的铍铝合金板材。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的是让熟悉该技术领域的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此来限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做出的等同变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种短流程高纯铍箔制备方法，其特征在于：该制备方法的具体步骤如下：
步骤一：配料
铍粉与铝粉的混合物中，铍的质量百分比为40％～60％，其余为铝，增塑剂为石蜡，铍粉与铝粉的混合物与增塑剂按照30～50:3～8的比例在真空下混合均匀，获得混合原料；
步骤二：混炼
将混合原料在真空混炼造粒机中进行真空混炼，混炼温度为30℃～80℃，混炼时间为20min～200min，混炼后通过真空混炼造粒机进行造粒，造粒后的粒径为10mm～30mm；
步骤三：挤压出坯
在真空状态下，将造粒后的混合料放入挤压机中进行挤压，挤压筒和模具内设的恒温烘箱使其温度维持在60℃～80℃，挤压速度为0.5m/min～10m/min，压强为10MPa～30MPa，得到板状挤出坯；
步骤四：脱脂
对挤出坯料采用真空加热脱脂，脱脂温度为130℃～160℃，时间为10h～30h，脱脂后采用真空微波烧结炉对其进行烧结，烧结温度为600℃～650℃，烧结时间为40min～200min；
步骤五：轧制
将真空烧结后的板坯进行变形处理，轧制总变形量在50％～80％，最终制得厚5mm-15mm，宽50mm-100mm，抗拉强度≥260MPa，弹性模量≥150GPa的铍铝合金板材。
2.根据权利要求1所述的一种短流程高纯铍箔制备方法，其特征在于：所述的步骤一中的金属粉末粒径为250目～350目。
3.根据权利要求1所述的一种短流程高纯铍箔制备方法，其特征在于：所述的步骤二中造粒长度为20mm。
4.根据权利要求1所述的一种短流程高纯铍箔制备方法，其特征在于：所述的步骤三的挤压机为扁型挤压筒的柱塞式挤压机。
5.根据权利要求1所述的一种短流程高纯铍箔制备方法，其特征在于：所述的步骤五中的变形处理为2～3道次的热轧变形处理和3～4道次冷轧变形处理。
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