CN114293114A - 一种细化原位自生颗粒增强铝基复合材料晶粒组织的方法 - Google Patents

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但承益
施奇伟
张丰果
黎阳
崔宇驰
马思鸣
陈哲
王浩伟
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Shanghai Jiaotong University
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Anhui Huaibei Ceramic Aluminum New Material Research Institute Shanghai Jiaotong University
Shanghai Jiaotong University
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Abstract

本发明涉及一种细化原位自生颗粒增强铝基复合材料晶粒组织的方法，将原位自生合成的颗粒增强铝基复合材料进行高温均匀化处理；将均匀化后的原位自生颗粒增强铝基复合材料进行温轧变形；将温轧变形后的原位自生颗粒铝基复合材料进行多道次冷轧变形；将冷轧变形后的原位自生颗粒铝基复合材料进行再结晶热处理，即完成工艺。本发明采用温轧和冷轧两步变形工艺，有利于促进复合材料内颗粒的均匀分散，制备出较小的铝基体变形晶粒；再结晶热处理引发由颗粒促进的再结晶行为，进一步细化并得到等轴状态的铝基体晶粒。

Description

一种细化原位自生颗粒增强铝基复合材料晶粒组织的方法
技术领域
本发明属于材料技术领域，尤其是涉及一种细化原位自生颗粒增强铝基复合材料晶粒组织的方法。
背景技术
高强高韧是工程结构材料追求的永恒主题。铝合金因其密度低、塑性好、易加工、抗腐蚀性能好等优点而成为工业中应用广泛的金属结构材料。例如航空航天方向，迄今为止，民用飞机的铝化率约占75％，我国运载火箭箭体结构铝合金使用比例甚至达到90％以上。然而，传统铝合金的强度和弹性模量较低，难以满足未来航空航天装备(例如在研的重型运载火箭)对材料高强高韧的要求。细晶强化可以在提高铝合金强度的同时，改善铝合金的塑性。
塑性变形是一种常见的铝合金晶粒细化方法。传统的塑性变形手段，如单向的轧制、挤压和铸造，对铝合金的细化效果并不明显。同时，这些变形工艺会引起铝合金晶粒的择优取向，其得到的变形板织构或丝织构会引起铝合金的各项异性，进而限制其应用。变形后的热处理会促进铝合金的再结晶和晶粒长大：再结晶有利于消除合金内部的变形织构，同时形成等轴状的晶粒；但随之而来的晶粒长大会粗化晶粒，无法实现晶粒细化的目的。因此，急需一种既能消除铝合金变形织构，又能实现制备等轴细晶铝合金的方法。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有的技术缺陷，而提供的一种制备等轴细晶铝基材料的方法，通过原位自生的方法在铝合金中引入第二相陶瓷颗粒，通过多道次的温扎和冷轧对复合材料进行塑性变形同时提升颗粒的分散度，利用颗粒促进再结晶的机制在热处理过程中实现晶粒的等轴化，分散的颗粒会阻碍再结晶晶粒的长大，从而得到等轴细晶组织。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种细化原位自生颗粒增强铝基复合材料晶粒组织的方法，其包括以下步骤：
(1)将原位自生合成的颗粒增强铝基复合材料进行高温均匀化热处理；
(2)将均匀化后的原位自生颗粒增强铝基复合材料进行温轧变形；
(3)将温轧变形后的原位自生颗粒铝基复合材料进行多道次冷轧变形；
(4)将冷轧变形后的原位自生颗粒铝基复合材料进行再结晶热处理，即完成工艺。
步骤1所述的颗粒增强铝基复合材料为含有3～8wt％TiB2增强铝基复合材料，均匀化热处理的温度控制在400～550℃，热处理时间为24～48h。
步骤(2)中温扎变形温度控制在200～300℃，变形量大于等于30％。
步骤(3)中多道次冷轧的次数大于等于8次，每次轧制变形量小于等于10％，材料总变形量大于等于80％。
步骤(4)中再结晶热处理时温度控制在300～450℃，时间为30～120min。
本发明提供的细化原位自生颗粒增强铝基复合材料晶粒组织的方法的有益效果在于：
与现有技术相比，本发明采用温扎和冷轧两步变形工艺，有利于促进复合材料内颗粒的均匀分散，制备出较小的铝基体变形晶粒；再结晶热处理引发由颗粒促进的再结晶行为，进一步细化并得到等轴状态的铝基体晶粒，从而改善原位增强铝基复合材料组织性能的均匀性。本发明方法工艺操作简单易行，低成本高效率，可以实现大规模生产。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种细化原位自生颗粒增强铝基复合材料晶粒组织的方法，通过高温均匀化处理，制备出均匀化的原位自生TiB2颗粒增强Al-6Zn-2 Mg-1.8Cu合金复合材料，再利用温扎与多道次冷轧过程，实现原位自生TiB2颗粒增强Al-6Zn-2 Mg-1.8Cu合金复合材料内TiB2颗粒的均匀分散，进而得到均匀弥散分布的微纳米颗粒和细小等轴的基体晶粒组织；，再结合Al-6Zn-2Mg-1.8Cu合金的再结晶热处理，制备出了同时具有高强高塑性的TiB2颗粒增强Al-6Zn-2Mg-1.8Cu合金复合材料。
具体采用以下步骤：
(1)将原位自生含有5wt％TiB2颗粒增强的Al-6Zn-2 Mg-1.8Cu合金复合材料进行高温均匀化处理，温度控制在500℃，热处理时间为24h；
(2)将均匀化后的原位自生TiB2颗粒增强Al-6Zn-2 Mg-1.8Cu合金复合材料在250℃下进行温轧变形，变形量为30％；
(3)将温轧变形后的原位自生TiB2颗粒增强Al-6Zn-2 Mg-1.8Cu合金复合材料进行8次多道次冷轧变形，每次轧制变形量10％，材料总变形量为80％；
(4)最后将冷轧变形后的原位自生TiB2颗粒增强Al-6Zn-2 Mg-1.8Cu合金复合材料进行再结晶热处理，控制温度为400℃，时间为90min。
实施例2
一种细化原位自生颗粒增强铝基复合材料晶粒组织的方法，通过高温均匀化处理，制备出均匀化的原位自生TiB2颗粒增强Al-6Mg-0.2Sc-0.1Zr合金复合材料，再利用温扎与多道次冷轧过程，实现原位自生TiB2颗粒增强Al-6Mg-0.2Sc-0.1Zr合金复合材料内TiB2颗粒的均匀分散，进而得到均匀弥散分布的微纳米颗粒和细小等轴的基体晶粒组织；，再结合Al-6Mg-0.2Sc-0.1Zr合金的再结晶热处理，制备出了同时具有高强高塑性的TiB2颗粒增强Al-6Mg-0.2Sc-0.1Zr合金复合材料。
具体采用以下步骤：
(1)将原位自生含有4wt％TiB2颗粒增强的Al-6Mg-0.2Sc-0.1Zr合金复合材料进行高温均匀化处理，温度控制在450℃，热处理时间为48h；
(2)将均匀化后的原位自生TiB2颗粒增强Al-6Mg-0.2Sc-0.1Zr合金复合材料在300℃下进行温轧变形，变形量为35％；
(3)将温轧变形后的原位自生TiB2颗粒增强Al-6Mg-0.2Sc-0.1Zr合金复合材料进行10次多道次冷轧变形，每次轧制变形量10％，材料总变形量为100％；
(4)最后将冷轧变形后的原位自生TiB2颗粒增强Al-6Mg-0.2Sc-0.1Zr合金复合材料进行再结晶热处理，控制温度为300℃，时间为120min。

Claims (6)

1.一种细化原位自生颗粒增强铝基复合材料晶粒组织的方法，其特征在于，该方法采用以下步骤：
(1)将原位自生合成的颗粒增强铝基复合材料进行高温均匀化热处理；
(2)将均匀化后的原位自生颗粒增强铝基复合材料进行温轧变形；
(3)将温轧变形后的原位自生颗粒铝基复合材料进行多道次冷轧变形；
(4)将冷轧变形后的原位自生颗粒铝基复合材料进行再结晶热处理，即完成工艺。
2.根据权利要求1所述的一种细化原位自生颗粒增强铝基复合材料晶粒组织的方法，其特征在于，所述的颗粒增强铝基复合材料为含有3～8wt％TiB2增强铝基复合材料。
3.根据权利要求1所述的一种细化原位自生颗粒增强铝基复合材料晶粒组织的方法，其特征在于，所述步骤(1)中均匀化热处理的温度控制在400～550℃，热处理时间为24～48h。
4.根据权利要求1所述的一种细化原位自生颗粒增强铝基复合材料晶粒组织的方法，其特征在于，所述步骤(2)中温扎变形温度控制在200～300℃，变形量大于等于30％。
5.根据权利要求1所述的一种细化原位自生颗粒增强铝基复合材料晶粒组织的方法，其特征在于，所述步骤(3)中多道次冷轧的次数大于等于8次，每次冷轧轧制变形量小于等于10％，所述材料总变形量大于等于80％。
6.根据权利要求1所述的一种细化原位自生颗粒增强铝基复合材料晶粒组织的方法，其特征在于，所述步骤(4)中再结晶热处理时温度控制在300～450℃，时间为30～120min。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150114522A1 (en) * 2013-10-24 2015-04-30 Korea Institute Of Machinery And Materials Method of manufacuring grain-refined aluminum-zinc-magnesium-copper alloy sheet
CN106282862A (zh) * 2016-08-31 2017-01-04 上海交通大学 改善原位颗粒增强铝基复合材料组织性能均匀性的方法

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