专利名称：：喷射沉积多孔材料的陶粒轧制变形方法及装置的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种金属材料材料致密化加工方法及装置，特别是涉及一种对喷射沉积板材进行致密化加工的方法及装置。
背景技术：
：喷射沉积多孔材料是用喷射沉积技术制备的一种多孔金属材料。作为一种新型的材料制备技术，喷射沉积技术具有一系列优越性，如沉积坯的冷却速度高，组织细小均匀，合金成分偏析程度小。材料的氧化程度小，工艺流程短，减轻了材料的污染程度；近净形成形，生产率高，生产成本低等。喷射沉积技术尤其适用于制造由于严重的偏析难以或无法利用通常铸造技术制造、利用粉末冶金技术制造成本过高、难以制备的大尺寸的材料，喷射沉积技术作为一种先进的材料制备新技术，己经被广泛应用于制备合金及金属基复合材料。然而喷射沉积材料通常存在一定量的孔隙，颗粒表面存在一定厚度的氧化膜，颗粒之间未能完全达到良好的冶金结合状态，需要进行后续致密化和塑性变形才能获得理想的组织和性能。可用于喷射沉积多孔坯致密化塑性变形的主要方法有热等静压、热挤压、热轧、热压实，热等静压工艺由于其设备昂贵、生产工艺复杂、生产周期长，生产成本高，限制了其大规模的应用；因此，通常采用热挤压、热轧、热压实的方法对其进行致密化及塑性加工。热挤压和热压实过程为材料的变形提供了较好的压应力，有利于材料内部孔隙的压合，阻止裂纹的生成与扩展，最大限度地发挥材料的塑性。但是，多孔坯料热挤压工艺存在一些局限性。例如，如产品规格受到设备能力的限制；坯料密度仅为理论密度的85%90%时，坯料内部存在较多孔洞/气孔，在热挤压过程中，坯料内部的气体不易排出，部分残留在挤压件中，影响产品的力学性能和随后的塑性变形性。轧制是一种有效的使多孔材料完全致密化的工艺，但釆用常规轧制工艺直接对喷射沉积板坯进行致密化处理在工艺上存在极大的难度，由于常规轧制时的静水压力比挤压变形时的小，孔隙对拉应力极其敏感，因此轧制时易出现板坯表面横裂及边裂。由此可见，对喷射沉积坯直接采用轧制加工，成形过程具有很大的难度。
发明内容本发明的目的在于克服技术技术之不足而提供一种结构合理、工艺简单、克服常规轧制板材容易出现劈头、开裂、分层等现象，能对喷射沉积坯件直接进行轧制成形的喷射沉积多孔材料的陶粒轧制变形方法及装置，实现高性能喷射沉积板材的工业化生产。本发明一-喷射沉积多孔材料的陶粒轧制变形方法是这样实现的将坯件置于盛装有陶瓷颗粒的轧制模中并使陶瓷颗粒包覆住坯件，所述轧制模顶部设有轧制孔，一压头卡装于轧制孔中，并一同进入轧机进行轧制。本发明一-喷射沉积多孔材料的陶粒轧制变形方法可将轧制模、陶瓷颗粒、压头预热至坯件理论熔点的60—70%。本发明一-喷射沉积多孔材料的陶粒轧制变形装置包括轧制模、压头及置于轧制模中的陶瓷颗粒，所述陶瓷颗粒置于轧制模内腔中，轧制模顶部设有轧制孔，压头置于轧制孔中。所述轧制模及压头在保证轧制时不发生塑性变形的前提下可选择强度高于被轧制坯件的金属材料制造。本发明的工作原理及优点简述于下实施本发明时，将坯件置于盛装有陶瓷颗粒的轧制模中并使陶瓷颗粒包覆住坯件，将压头置于轧制模顶部的轧制孔中并一同进入轧机进行轧制。采用普通压机施以一定压力，将钢模中欲轧制致密化的喷射沉积坯件轧制成板材，坯件在轧辊、钢模和陶粒的三向不等的压应力作用下实现致密化和界面冶金结合，实现喷射沉积坯件的高性能。在轧制变形过程中，轧制模、压头均不发生变形，轧制压力通过压头传递到陶瓷颗粒介质，轧制模阻止陶瓷颗粒介质在轧制过程中向外流动，则随压头的压下，陶瓷颗粒介质被压縮的过程中会在各个方向上把压应力均匀地传递给多孔坯件，使材料发生致密化变形。需要强调的是，压头和压制模之间的间隙在保证简单脱模的基础上应尽量小，以免在轧制过程中陶瓷颗粒介质从间隙中流出，使通过陶瓷颗粒施加在轧件上的静水压力减小。压头的作用一方面对轧件施加压应力，另一方面使轧辊作用在坯件上的压应力分布均匀化，同时在热轧过程中压头与陶瓷颗粒对轧件起到了良好的保温效果。轧制变形过程中轧件处于准等静压状态，由于上述陶粒轧制是一种通过分散小面积压制变形来实现较大面积变形的多孔材料的连续变形过程，也就是在普通轧机上实现喷射沉积多孔材料连续准等静压过程。通过陶粒包覆介质限制了轧件的纵向和横向流动，增强了多孔材料所处的静水压力状态，由于陶粒的流动，多孔材料内部孔洞会发生剪切变形、在压应力的作用下坍塌、破裂成小孔洞或弥合，有效地提高了材料的轧制成形性能和致密化速度，避免了轧制过程中裂纹的形成。因此，陶粒轧制变形方法的另一个特点是可以在较小吨位的轧机上实现相对大得多的吨位的压力机上才能实现的多孔材料的致密化变形。实验表明，采用陶粒轧制喷射沉积材料耐热铝合金在变形量达到约60%时仍不会形成表面裂纹，而在常规轧制变形中，当轧制变形量为25%时轧件表面就已经出现较多细密的横向裂纹。本发明由于在多孔材料轧制致密化阶段在轧制纵向和横向上施加一个压应力，有效地限制坯件在轧制过程中纵向和横向的流动，加速致密化速度，而且压应力能够抵消--部分由于变形不均匀而产生的纵向附加拉应力，减小表面横向裂纹的形成趋势，即使形成了横向裂纹，纵向压应力也能有效阻止裂纹的扩展。并且在本发明中，多孔材料在致密化阶段受到的是三向大小不等的压应力作用，其内部孔洞会发生剪切变形、在压应力的作用下坍塌、破裂成小孔洞或弥合，获得良好的冶金结合，使材料延性上升。本发明结构合理、工艺简单、克服常规轧制板材容易出现劈头、开裂、分层等现象，能对喷射沉积坯件直接进行轧制成形，特别适合于制备大规格薄板，大大扩展喷射沉积材料的应用前景。附图1为本发明-一喷射沉积多孔材料的陶粒轧制变形装置主剖视图。附图2为本发明---附图1的A--A剖视图。附图3为本发明实施例1中8009铝合金变形量eh与相对密度d白勺i^《曲纟戈。附图4为本发明实施例1中8009铝合金变形量eh与布氏硬度HB的关系曲线。附图5为本发明实施例2中5A06铝合金变形量eh与相对密度d的关系曲线。附图6为本发明实施例2中5A06铝合金变形量eh与布氏硬度HB的关系曲线。参见附图1、2，本发明喷射沉积多孔材料的陶粒轧制变形装置由轧制模、压头及置于轧制模中的陶瓷颗粒组成，所述陶瓷颗粒置于轧制模内腔中，轧制模顶部设有轧制孔，压头置于轧制孔中。所述轧制模及压头在保证轧制时不发生塑性变形的前提下可选择强度高于被轧制坯件的金属材料制造。具体实施例方式实施例l:采用喷射沉积8009Al/SiCp复合材料为例进行了普通轧制和陶粒轧制制备板材，比较两种轧制工艺所生产的板材性能；8009Al合金为耐热铝合金，合金强度高、塑性差，沉积坯直接进行轧制难以进行，开裂现象严重。将喷射沉积8009Al/SiCp复合材料坯件置于盛装有陶瓷颗粒的轧制模中并使陶瓷颗粒包覆住坯件同时预热至480°C，将压头置于轧制模顶部的轧制孔中并一同进入轧机进行轧制。成功地轧制出了0.81.0mm厚80x450mm板材，与普通轧制板材相比，陶粒轧制板材的强度、延伸率及弹性模量明显提高，当变形达到45%时，坯件的密度已达到理论密度99.6%，无开裂想象。变形量与密度及硬度的关系如图3、4所示。陶粒轧制与普通直接轧制的板材力学性能的比较如表1所示。表明了陶粒轧制较普通直接轧制能有效的提高材料性能。实施例2:釆用5A06铝合金进行了普通轧制和陶粒轧制制备板材，比较两种轧制工艺所生产的板材性能；将喷射沉积5A06铝合金坯件置于盛装有陶瓷颗粒的轧制模中并使陶瓷颗粒包覆住坯件同时预热至46(TC，将压头置于轧制模顶部的轧制孔中并一同进入轧机进行轧制。陶粒轧制板材的强度、延伸率及弹性模量明显提高，当变形达到45%时，坯件的密度己达到理论密度99.6%，无开裂想象。变形量与密度及硬度的关系如图5、6所示。陶粒轧制与普通直接轧制的板材力学性能的比较如表2所示。表明了陶粒轧制较普通直接轧制能有效的提高材料性能。表18009/SiCp薄板的室温力学性會i<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表25A06薄板的室温力学性能<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>权利要求1、喷射沉积多孔材料的陶粒轧制变形方法，其特征在于将坯件置于盛装有陶瓷颗粒的轧制模中并使陶瓷颗粒包覆住坯件，所述轧制模顶部设有轧制孔，一压头卡装于轧制孔中，并一同进入轧机进行轧制。2、根据权利要求1所述的喷射沉积多孔材料的陶粒轧制变形方法，其特征在于采用热压工艺，轧制前将坯件与轧制模、陶瓷颗粒、压头一同预热至坯件理论熔点的60—70%。3、喷射沉积多孔材料的陶粒轧制变形装置，包括轧制模、压头及置于轧制模中的陶瓷颗粒，其特征在于所述陶瓷颗粒置于轧制模内腔中，轧制模顶部设有轧制孔，压头置于轧制孔中。4、根据权利要求3所述的喷射沉积多孔材料的陶粒轧制变形装置，其特征在于所述轧制模及压头的材料强度要求高于被轧制坯件的强度。全文摘要喷射沉积多孔材料的陶粒轧制变形方法及装置，是将坯件置于盛装有陶瓷颗粒的轧制模中并使陶瓷颗粒包覆住坯件，所述轧制模顶部设有轧制孔，一压头卡装于轧制孔中，并一同进入轧机进行轧制。喷射沉积多孔材料的陶粒轧制变形装置包括轧制模、压头及置于轧制模中的陶瓷颗粒。本发明结构合理、工艺简单、克服常规轧制板材容易出现劈头、开裂、分层等现象，能对喷射沉积坯件直接进行轧制成形，特别适合于制备大规格薄板，大大扩展喷射沉积材料的应用前景。文档编号C22F1/00GK101104879SQ200710035529公开日2008年1月16日申请日期2007年8月8日优先权日2007年8月8日发明者严红革,夏伟军,昊张,刚陈,鼎陈,陈振华申请人:湖南大学