铝基层状复合材料半固态轧制成型的方法与流程

本发明涉及金属成型技术。具体涉及铝基层状复合材料半固态成型的技术。

背景技术：

汽车零部件主要材料多为钢铁件，但这类材料由于密度大，加工繁琐等缺点，加大了汽车燃油的消耗和温室气体的排放。资料显示，如果整车质量减少10%，就可以节油5%~8%；在温室效应方面，汽车重量每减轻100kg，可以减少co2排放12.5g/km。铝合金密度小，同时其具有较好的力学性能、铸造性能和切削性能，以不同材料与铝（合金）复合而成的铝基复合材料可作为车用材料，换热器等重要零部件，可以提高发动机效率和车速、提升操控性和可靠性、减轻汽车自重和降低能耗、减少尾气排放及噪音污染有显著作用，结构材料的轻量化，对于提高能源的利用率，降低环境污染具有十分重大的意义。但使用液-液复合铸造，在熔铸过程中容易卷入空气以及凝固过程中的体积收缩而产生缩松缩孔等常见铸造缺陷，难以满足其性能要求。如刘林峰等发明的一种双液复合铸造的方法（cn105798273a）可以使得双液复合铸造的过程中,两种铸造液在浇注过程中互不干扰、不冲混,因此提高了双金属复合铸件的质量。但不可避免带来缩松缩孔等常见铸造缺陷，而且由于铝的化学活性高，在高温下成型容易形成较厚的氧化膜，影响复合效果，另外高温液体到固体很容易引起较大的体积收缩，引起零件变形，因此为了解决这一传统工艺中的难题，提高铝基复合板性能，逐步降低制造成本，就需要提出有效的技术方法。但是目前为止，尚未有类似的技术方面的报导。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种铝基层状复合材料半固态轧制成型的方法。

本发明是铝基层状复合材料半固态成型的方法，其步骤为：

（1）利用轧制装置并通过倾斜板制备铝合金半固态浆料，铝合金半固态浆料直接进入第一组凹-凸轧辊组成的封闭的矩形辊缝中，在摩擦力的作用下铝合金半固态浆料发生流动，轧制成板，作为基底材料；

（2）借助轧辊的推力，铝合金板继续向前运动，在遇到第二道轧辊时，将第二种铝合金浆料从坩埚倒入倾斜板并基底板材上铺展一并同送入封闭的矩形辊缝中轧制成型；

（3）在整个铝合金板复合过程完成后在其上重复上述步骤进行下一层的轧制成型，直到到达所需层数，制作双层或者多层铝合金复合板材。

本发明的有益之处是：由于成型的温度低可以有效减少凝固时的体积收缩，减少了缩松缩孔缺陷，减少板材成型时氧化膜的厚度提高复合效果，从而进一步增强材料性能：该方法实用强，还可以用于锌合金，铜合金，镁合金等合金的轧制复合。

附图说明

图1为半固态轧制成型方法的示意图，图2为半固态轧制成型a356/2024铝合金双层复合板显微组织。图3为半固态轧制成型a356/2024铝合金三层复合板显微组织。

具体实施方式

本发明是铝基层状复合材料半固态成型的方法，其步骤为：如图1所示：

（1）利用轧制装置并通过倾斜板制备铝合金半固态浆料，铝合金半固态浆料直接进入第一组凹-凸轧辊组成的封闭的矩形辊缝中，在摩擦力的作用下铝合金半固态浆料发生流动，轧制成板，作为基底材料；

（2）借助轧辊的推力，铝合金板继续向前运动，在遇到第二道轧辊时，将第二种铝合金浆料从坩埚倒入倾斜板并基底板材上铺展一并同送入封闭的矩形辊缝中轧制成型；

（3）在整个铝合金板复合过程完成后在其上重复上述步骤进行下一层的轧制成型，直到到达所需层数，制作双层或者多层铝合金复合板材。

以上所述的铝基层状复合材料半固态成型方法，所述的轧制装置是由两组组凹凸组成具有封闭的矩形辊缝的轧机，第一组轧辊中心距离第二组轧辊中心距离为60cm，使用过程中腔内温度控制在300℃-500℃，轧辊旋转速度为20-30r/min，轧制压力为30-60mpa。

以上所述的铝基层状复合材料半固态轧制成型方法，所述的倾斜板是指双流股导流器搭接在轧机上，与水平线夹角为30°~60°，双流股倒流器长60cm，中间有一道长40cm的熔体分流面。

以上所述的铝基层状复合材料半固态轧制成型方法，所述的凹-凸轧辊组成的封闭的矩形辊缝是指一对直径为30cm的凹凸轧辊组成，在轧制过程中形成封闭的、能够防止金属液外溢的矩形辊缝，矩形辊缝内腔宽都为40cm，第一组矩形辊缝高度为0.2~0.7cm，第二组矩形辊缝高度为0.5~1.5cm。

以上所述的铝基层状复合材料半固态轧制成型方法，所述的铝合金半固态浆料是指在铝合金液相线40℃-50℃时沿着导流板浇注最后得到为直径为80-150μm的近球状颗粒组织的铝合金半固态浆料，其固相率为30％-40％。

以上所述的铝基层状复合材料半固态轧制成型方法，所述的铝合金浆料再基体板材上的铺展是指点与点之间的紧密连接，前一个压接点紧贴着后一个压接点，实现基体和复合材料的紧密接触。

以上所述的铝基层状复合材料半固态轧制成型方法，所述的复合过程指基底板材通过第二组凹-凸轧辊组成的封闭的矩形辊缝中与第二种半固态铝合金浆料一同在轧机的压力下和铝合金凝固所释放的结晶潜热作用下实现连接。

本发明可以根据以下实例实施，但不局限以下实例；在本发明中使用的术语，除非另有说明外，一般具有本领域普通技术人员通常理解的含义；应理解，这些实例只是为了举例说明本发明，而非以任何方式限制本发明的范围；在以下实施例中，未详细描述的各种过程和方法是本领域中公知的常规方法。

实施例1：

本实施例是具体实施铝基层状复合材料半固态成型的方法，其具体过程为：将a356铝合金与2024铝合金铸锭分别放入预热好的石墨坩埚中，并将石墨坩埚分别放入7.5kw的井式坩埚电阻炉中，熔炼温度为750℃，合金熔体温度达到750℃时，使用c2cl6分别金熔体进行精炼、除气，c2cl6的加入量为合金总质量的1％，精炼完成之后，扒渣静置处理。用热电偶对合金熔体分别测温，当a356温度达到660℃，2024温度达到680℃分别放入电阻炉中保温，将轧制机调试好后，将a356合金熔体从电阻炉内取出浇到双流股导流板上与水平线夹角为30°，矩形辊缝腔内温度控制为300℃，将合金溶体浇到双流股导流板上端，经过斜流板分流和汇流后流到凹-凸轧辊组成的封闭的矩形辊缝，矩形辊缝内腔宽40cm，第一组矩形辊缝的高为0.2cm，此时轧机转速为20r/min，轧机压力为30mpa，在成型板件接触到第二组轧机轧辊时，2024合金熔体以同样步骤浇入，第二组矩形辊缝高0.5cm，与板件同时进入轧机，轧制成双层复合板。

如图2所示，为半固态轧制成型a356/2024铝合金双层复合板显微组织。

实施例2：

本实施例是具体实施铝基层状复合材料半固态成型的方法，其具体过程为：将a356铝合金与2024铝合金铸锭分别放入预热好的石墨坩埚中，并将石墨坩埚分别放入7.5kw的井式坩埚电阻炉中，熔炼温度为750℃，合金熔体温度达到750℃时，使用c2cl6分别金熔体进行精炼、除气，c2cl6的加入量为合金总质量的1％，精炼完成之后，扒渣静置处理。用热电偶对合金熔体分别测温，当a356温度达到660℃，2024温度达到680℃分别放入电阻炉中保温，将轧制机调试好后，将a356合金熔体从电阻炉内取出浇到双流股导流板上与水平线夹角为45°，矩形辊缝腔内温度控制为400℃，将合金溶体浇到双流股导流板上端，经过斜流板分流和汇流后流到凹-凸轧辊组成的封闭的矩形辊缝，矩形辊缝内腔宽40cm，第一组矩形辊缝的高为0.5cm，此时轧机转速为25r/min，轧机压力为45mpa，在成型板件接触到第二组轧机轧辊时，2024合金熔体以同样步骤浇入，第二组矩形辊缝高1cm，与板件同时进入轧机，轧制成双层复合板。

实施例3：

本实施例是具体实施铝基层状复合材料半固态成型的方法，其具体过程为：将a356铝合金与2024铝合金铸锭分别放入预热好的石墨坩埚中，并将石墨坩埚分别放入7.5kw的井式坩埚电阻炉中，熔炼温度为750℃，合金熔体温度达到750℃时，使用c2cl6分别金熔体进行精炼、除气，c2cl6的加入量为合金总质量的1％，精炼完成之后，扒渣静置处理。用热电偶对合金熔体分别测温，当a356温度达到660℃，2024温度达到680℃分别放入电阻炉中保温，将轧制机调试好后，将a356合金熔体从电阻炉内取出浇到双流股导流板上与水平线夹角为60°，矩形辊缝腔内温度控制为500℃，将合金溶体浇到双流股导流板上端，经过斜流板分流和汇流后流到凹-凸轧辊组成的封闭的矩形辊缝，矩形辊缝内腔宽40cm，第一组矩形辊缝的高为0.7cm，此时轧机转速为30r/min，轧机压力为60mpa，在成型板件接触到第二组轧机轧辊时，2024合金熔体以同样步骤浇入，第二组矩形辊缝高1.5cm，与板件同时进入轧机，轧制成双层复合板。

实施例4：

本实施例的具体过程为：将a356铝合金与2024铝合金铸锭分别放入预热好的石墨坩埚中，并将石墨坩埚分别放入7.5kw的井式坩埚电阻炉中，熔炼温度为750℃，合金熔体温度达到750℃时，使用c2cl6分别金熔体进行精炼、除气，c2cl6的加入量为合金总质量的1％，精炼完成之后，扒渣静置处理。用热电偶对合金熔体分别测温，当a356温度达到660℃，2024温度达到680℃分别放入电阻炉中保温，将轧制机调试好后，将2024合金熔体从电阻炉内取出浇到双流股导流板上与水平线夹角为45°，矩形辊缝腔内温度控制为400℃，将合金溶体浇到双流股导流板上端，经过斜流板分流和汇流后流到凹-凸轧辊组成的封闭的矩形辊缝，矩形辊缝内腔宽40cm，矩形辊缝高0.2cm，此时轧机转速为25r/min，轧机压力为50mpa，在成型板件接触到第二组轧机轧辊时，a356合金熔体以同样步骤浇入，与板件同时进入轧机，矩形辊缝高0.5cm，轧制成复合板。将轧制成型的复合板取出重复轧制，在第一组轧机的双流股导流板浇入2024合金熔体，在其它参数不变的条件下，第一组辊缝与第二组矩形辊缝高均为0.7cm，叠轧成三层复合板。

如图3所示，为半固态轧制成型a356/2024铝合金三层复合板显微组织。