一种用于提高铝基复合材料面内各向同性的加工方法与流程

本发明涉及到一种利用低温正交轧制-退火工艺改善铝基复合材料面内各向同性的加工方法，属于金属基复合材料制备技术领域。

背景技术：

铝基复合材料具有比强度、比模量高、导电导热性能较好等优点，在航空航天及民用领域具有广泛的应用需求。采用铸造或者粉末冶金方法制备的复合材料普遍存在致密性较低的缺点，因此常通过挤压或者轧制以进一步改善其力学性能。然而，变形处理虽然可以提高其强度，但也会导致材料各向异性严重，即沿着变形方向，复合材料抗拉强度显著提升，而塑性变形能力下降。以采用粉末冶金法制备的原位氧化铝增强铝合金基复合材料为例，热挤压变形后复合材料的颗粒或者晶粒沿着挤压方向被伸长呈纤维状(如图1(a)所示)，且织构取向明显(如图1(b)所示)。而在实际工程应用中，除特殊构件外，往往需要材料组织性能均一稳定，这就对加工变形工艺提出了更高的要求。

技术实现要素：

针对加工后的复合材料面内力学性能各向异性显著的缺点，本发明的目的在于提供一种低温正交轧制-退火处理的新工艺，用于提升复合材料的各向同性。技术方案如下：

一种用于提高铝基复合材料面内各向同性的加工方法，包括以下过程：

(1)机械加工待轧制样品；

(2)正交轧制变形

将待轧制块体置于液氮环境中保温一段时间，沿一个方向进行第一次轧制，轧制后将样品再次置于液氮环境中保温一段时间，并在水平方向倾转90°再进行轧制，单次下扎量保持不变，如此循环往复，直至样品总下扎量为50～70％。

(3)对轧制后的样品进行退火处理。

优选地，步骤(2)中，单次下扎量为样品总厚度的5～10％。样品总下扎量为50～70％。步骤(3)中，退火温度80～150℃，退火处理时间1～2h。

低温正交轧制-退火机理：

单一方向轧制处理后，复合材料的颗粒或者晶粒沿着轧制方向被伸长，在下一次轧制前将样品倾转90°，可以促使复合材料的微观组织沿上一次轧制方向的垂直方向被拉伸，尽可能保证微观组织均匀变形。同时低温轧制这种冷加工变形的方式，使得复合材料样品中累积大量变形能和位错。经过后续退火处理，复合材料发生充分的再结晶，从而获得致密度优良，组织均一稳定的复合材料。

本发明提供了的轧制工艺可以有效改善复合材料面内微观组织和力学性能各向异性的缺点。与现有的热加工工艺相比，利用本方法加工的复合材料组织均一性大幅提高，同时对加工后的样品，在平面内分别沿着加工方向0°、45°和90°方向取拉伸样品，其拉伸结果表明复合材料具有较好的各向同性(不同取向的样品拉伸强度差值小于25mpa，断裂延伸率差值小于1％)。

附图说明

图1挤压态复合材料微观组织.(a)扫描图像下显示颗粒和晶粒沿挤压方向呈纤维状；(b)取向分布图；

图2低温正交轧制工艺流程图；

图3为低温正交轧制-退火处理后复合材料的微观组织；

图4为低温正交轧制-退火处理后面内不同取向的复合材料的拉伸性能。

具体实施方式

下面结合实例进一步说明本发明，这些实例只用于说明本发明，并不限制本发明。

实施例1

对粉末冶金烧结的复合材料进行线切割加工，待轧制样品的尺寸为20mmx10mmx4mm。液氮环境中保温10min后，首先沿着样品的长度方向进行轧制，单次下扎量为5％。将轧制后的样品沿着水平方向倾转90°再进行第二道次的轧制，下扎量同样为5％，如此循环至样品的总下扎量为50％。120℃下退火处理1.5h。低温正交轧制的工艺流程如图2所示。其微观组织形貌如图3所示，样品的晶界或颗粒界呈现近等轴状(如图3(a))，同时不同晶粒的未表现明显的择优取向(如图3(b))。对轧制后的样品在水平平面上分别取与初始轧制方向呈0°、45°和90°的三组样品进行拉伸性能测试，其力学性能如图4所示，不同方向抗拉强度差值小于25mpa，断裂延伸率差值小于1％。

实施例2

对粉末冶金烧结的复合材料进行线切割加工，待轧制样品的尺寸为20mmx20mmx5mm。液氮环境中保温10min后，首先沿着样品的长度方向进行轧制，单次下扎量为5％。将轧制后的样品沿着水平方向倾转90°，液氮中保温10min后再进行第二道次的轧制，下扎量同样为5％，如此循环至样品的总下扎量为50％。120℃下退火处理2h。对轧制后的样品在水平平面上分别取与初始轧制方向呈0°、45°和90°的三组样品进行拉伸性能测试。

实施例3

对粉末冶金烧结的复合材料进行线切割加工，待轧制样品的尺寸为15mmx15mmx4mm。液氮环境中保温10min后，首先沿着样品的长度方向进行轧制，单次下扎量为6％。将轧制后的样品沿着水平方向倾转90°，液氮中保温10min后再进行第二道次的轧制，下扎量同样为6％，如此循环至样品的总下扎量为60％。120℃下退火处理1.5h。对轧制后的样品在水平平面上分别取与初始轧制方向呈0°、45°和90°的三组样品进行拉伸性能测试。

实施例4

对粉末冶金烧结的复合材料进行线切割加工，待轧制样品的尺寸为10mmx10mmx4mm。液氮环境中保温10min后，首先沿着样品的长度方向进行轧制，单次下扎量为5％。将轧制后的样品沿着水平方向倾转90°，液氮中保温10min后再进行第二道次的轧制，下扎量同样为5％，如此循环至样品的总下扎量为60％。120℃下退火处理2h。对轧制后的样品在水平平面上分别取与初始轧制方向呈0°、45°和90°的三组样品进行拉伸性能测试。

技术特征：

1.一种用于提高铝基复合材料面内各向同性的加工方法，包括以下过程：

(1)机械加工待轧制样品；

(2)正交轧制变形

将待轧制块体置于液氮环境中保温一段时间，沿一个方向进行第一次轧制，轧制后将样品再次置于液氮环境中保温一段时间，并在水平方向倾转90°再进行轧制，单次下扎量保持不变，如此循环往复，直至样品总下扎量为50～70％。

(3)对轧制后的样品进行退火处理。

2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，步骤(2)中，单次下扎量为样品总厚度的5～10％。

3.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，步骤(2)中，样品总下扎量为50～70％。

4.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，步骤(3)中，退火温度80～150℃，退火处理时间1～2h。

技术总结
本发明涉及一种用于提高铝基复合材料面内各向同性的加工方法，包括以下过程：(1)机械加工待轧制样品；(2)正交轧制变形：将待轧制块体置于液氮环境中保温一段时间，沿一个方向进行第一次轧制，轧制后将样品再次置于液氮环境中保温一段时间，并在水平方向倾转90°再进行轧制，单次下扎量保持不变，如此循环往复，直至样品总下扎量为50～70％。(3)对轧制后的样品进行退火处理。

技术研发人员：赵乃勤;戎旭东;何春年;师春生;刘恩佐;赵冬冬
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2020.08.31
技术公布日：2020.11.13