[發(fā)明專(zhuān)利]一種用于提高鋁基復(fù)合材料面內(nèi)各向同性的加工方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010892803.8
• 申請(qǐng)日: 2020-08-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111926271A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-11-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙乃勤;戎旭東;何春年;師春生;劉恩佐;趙冬冬
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C22F1/04
• 分類(lèi)號(hào): C22F1/04;B21B1/00;B21B45/02;B21B15/00;C21D1/26
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專(zhuān)利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 程毓英

本發(fā)明涉及一種用于提高鋁基復(fù)合材料面內(nèi)各向同性的加工方法，包括以下過(guò)程：(1)機(jī)械加工待軋制樣品；(2)正交軋制變形：將待軋制塊體置于液氮環(huán)境中保溫一段時(shí)間，沿一個(gè)方向進(jìn)行第一次軋制，軋制后將樣品再次置于液氮環(huán)境中保溫一段時(shí)間，并在水平方向傾轉(zhuǎn)90°再進(jìn)行軋制，單次下扎量保持不變，如此循環(huán)往復(fù)，直至樣品總下扎量為50～70％。(3)對(duì)軋制后的樣品進(jìn)行退火處理。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及到一種利用低溫正交軋制-退火工藝改善鋁基復(fù)合材料面內(nèi)各向同性的加工方法，屬于金屬基復(fù)合材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鋁基復(fù)合材料具有比強(qiáng)度、比模量高、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能較好等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天及民用領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用需求。采用鑄造或者粉末冶金方法制備的復(fù)合材料普遍存在致密性較低的缺點(diǎn)，因此常通過(guò)擠壓或者軋制以進(jìn)一步改善其力學(xué)性能。然而，變形處理雖然可以提高其強(qiáng)度，但也會(huì)導(dǎo)致材料各向異性嚴(yán)重，即沿著變形方向，復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度顯著提升，而塑性變形能力下降。以采用粉末冶金法制備的原位氧化鋁增強(qiáng)鋁合金基復(fù)合材料為例，熱擠壓變形后復(fù)合材料的顆粒或者晶粒沿著擠壓方向被伸長(zhǎng)呈纖維狀(如圖1(a)所示)，且織構(gòu)取向明顯(如圖1(b)所示)。而在實(shí)際工程應(yīng)用中，除特殊構(gòu)件外，往往需要材料組織性能均一穩(wěn)定，這就對(duì)加工變形工藝提出了更高的要求。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)加工后的復(fù)合材料面內(nèi)力學(xué)性能各向異性顯著的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種低溫正交軋制-退火處理的新工藝，用于提升復(fù)合材料的各向同性。技術(shù)方案如下：

一種用于提高鋁基復(fù)合材料面內(nèi)各向同性的加工方法，包括以下過(guò)程：

(1)機(jī)械加工待軋制樣品；

(2)正交軋制變形

將待軋制塊體置于液氮環(huán)境中保溫一段時(shí)間，沿一個(gè)方向進(jìn)行第一次軋制，軋制后將樣品再次置于液氮環(huán)境中保溫一段時(shí)間，并在水平方向傾轉(zhuǎn)90°再進(jìn)行軋制，單次下扎量保持不變，如此循環(huán)往復(fù)，直至樣品總下扎量為50～70％。

(3)對(duì)軋制后的樣品進(jìn)行退火處理。

優(yōu)選地，步驟(2)中，單次下扎量為樣品總厚度的5～10％。樣品總下扎量為50～70％。步驟(3)中，退火溫度80～150℃，退火處理時(shí)間1～2h。

低溫正交軋制-退火機(jī)理：

單一方向軋制處理后，復(fù)合材料的顆粒或者晶粒沿著軋制方向被伸長(zhǎng)，在下一次軋制前將樣品傾轉(zhuǎn)90°，可以促使復(fù)合材料的微觀組織沿上一次軋制方向的垂直方向被拉伸，盡可能保證微觀組織均勻變形。同時(shí)低溫軋制這種冷加工變形的方式，使得復(fù)合材料樣品中累積大量變形能和位錯(cuò)。經(jīng)過(guò)后續(xù)退火處理，復(fù)合材料發(fā)生充分的再結(jié)晶，從而獲得致密度優(yōu)良，組織均一穩(wěn)定的復(fù)合材料。

本發(fā)明提供了的軋制工藝可以有效改善復(fù)合材料面內(nèi)微觀組織和力學(xué)性能各向異性的缺點(diǎn)。與現(xiàn)有的熱加工工藝相比，利用本方法加工的復(fù)合材料組織均一性大幅提高，同時(shí)對(duì)加工后的樣品，在平面內(nèi)分別沿著加工方向0°、45°和90°方向取拉伸樣品，其拉伸結(jié)果表明復(fù)合材料具有較好的各向同性(不同取向的樣品拉伸強(qiáng)度差值小于25MPa，斷裂延伸率差值小于1％)。

附圖說(shuō)明

圖1擠壓態(tài)復(fù)合材料微觀組織.(a)掃描圖像下顯示顆粒和晶粒沿?cái)D壓方向呈纖維狀；(b)取向分布圖；

圖2低溫正交軋制工藝流程圖；

圖3為低溫正交軋制-退火處理后復(fù)合材料的微觀組織；

圖4為低溫正交軋制-退火處理后面內(nèi)不同取向的復(fù)合材料的拉伸性能。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，這些實(shí)例只用于說(shuō)明本發(fā)明，并不限制本發(fā)明。

實(shí)施例1