铝基复合材料锻造

统一下载-小罗

　　通过铸锭-熔炼或铸造法或者粉末冶金(P/M)技术，在铝基合金中添加陶瓷颗粒或晶须，则开发出一系列新的优质铝材料，称之为不连续的金属基复合材。在这些材料中，强化材料(例如碳化硅、碳化硼或氮化硼)是非连续体，以分散的颗粒存在于铝合金基体中。与连续金属基复合材料(连续纤维增强)不同，不连续金属基复合材料可以用所有现有金属加工技术，其中包括锻压技术，进行加工。通常在铝合金基体中添加10%～40%体积分数的强化材料，将显著地改变合金的性能。与基体合金相比，这类添加物通常能显著增加弹性和动态模量，增加强度，降低延性和断裂韧性，增加抗磨损性，提高高温性能，但并不显著影响抗腐蚀性。一些试验性的不连续金属基复合材，这些材料正在锻件中接受检验。这些材料尚没有哪一种已得到明显的工业应用，但合金和锻压工艺的研究开发正在继续中。
　　锻造试验表明，非连续增强的铝基复合材料的强化添加物改变了变形行为和增高了流动应力。这些材料的加工历史对其锻压变形行为和最终力学性能同样也是关键的。大部分材料的锻造温度已基本确定，一般比表11中基体金属的锻造温度要高一些。实践表明，以现有2×、6×和7×系列锻造铝合金为基的不连续金属基复合材料，能成功地锻压成所有类型的锻件，包括高精度的精密模锻件。但这些材料对模具耗损较大，因而模具寿命比锻压其母材要短些。
　　虽然铝基复合材料是金属基复合材料中研究最多、塑性较好的复合材料，但塑性差仍是其应用于工程的主要障碍之一。例如，6061-T6基体的室温延伸率为20%，而6061+SiC(W)挤压T6的延伸率为3.5%,6061+15%SiC(P)的延伸率为7.5%，6061+40%SiC(P)的延伸率仅为2%。将这些复合材料的板料进行室温弯曲和成形实际上是不可能的。
　　为了解决铝基复合材料成形性较差的问题，近年来对其超塑性进行了大量研究。为了获得超塑性，通常是通过热变形加适当的热处理来获得微细等轴晶粒。
　　电镜观察发现，铝基复合材料在超塑性拉伸时晶粒绕增强体发生转动，并产生滑移。同时增强体也参与配合基体晶粒的这种运动，显示了明显的超塑性流动特征。铝基复合材料在超塑性变形过程中，除发现出现大量空洞外，还显示出高密度的位错组态。在粉末冶金法制得的SiC(P)/Al中，SiC颗粒作为一种增强体弥散地分布在粉末颗粒之间，本身并不发生变形。
　　对于一些铝基复合材料，在高应变速率以及变形温度约高于基体固相线温度的情况下，材料具有超塑性。这时，在晶间产生液相薄层，使变形在固液两相共存状态下进行。通过液相薄层剪切实现晶粒间和晶粒与增强体间彼此滑动，液相薄层像润滑剂一样，使增强体与基体晶粒间滑动更容易，从而提高了延伸率。
　　近年来对铝合金的电致超塑性也进行了许多研究。在脉冲电流或电磁场的作用下，铝合金的塑性可增长2～3倍，超塑性变形量提高1倍以上。将脉冲电流应用于2091铝-锂合金的超塑性变形，可使超塑性延伸率由530%提高到620%。LY12CZ铝合金强电场中超塑性变形时的最佳工艺参数是：变形温度为490℃，初始应变速率为1.8×10-4s-1，电场强度为2.0kV/cm。在此最佳超塑性条件下，LY12CZ合金的极限延伸率(δL≈200%)比无电场时提高约30%。在490℃和2.0kV/cm的变形条件下，初始应变速率ε0提高到4.5×10-4s-1时的极限延伸率(158%)仍高于490℃、无电场和1.8×10-4s-1变形条件下的极限延伸率(150%)。由此可知，合适的电场强度可以提高超塑性加工速度。


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