专利名称：喷射沉积多孔材料的外框限制轧制变形方法
技术领域：
本发明涉及一种外框限制轧制变形致密化加工方法，特别是涉及一种对喷射沉积板材进行致密化加工的方法。
背景技术：
喷射沉积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；近净成形，生产率高，生产成本降低等。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。但是喷射沉积态坯料的密度一般为理论密度的85％～90％，坯料中存在微孔。颗粒之间、颗粒与层界面之间均未达到完全的冶金结合，直接使用时性能较差，必须对其进行有效的热致密化加工。
可用于喷射沉积多孔坯致密化塑性变形的主要方法有等静压制、模压、挤压、轧制等，由于等静压制对设备要求高、加工成本高，而模压坯件尺寸受模具的限制，因此通常采用挤压和轧制方法对喷射沉积坯件进行致密化及塑性加工。挤压过程为材料的变形提供了较好的三向压应力，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，对于喷射沉积多孔坯料，挤压工艺存在一些局限性。如产品规格受到设备能力的限制，同时在挤压过程中，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。
轧制是另一种有效的使多孔材料完全致密化的工艺。坯件在轧制过程中，承受静水压力及剪切应力分量，使孔洞扁平化，以较快的速度致密。同时，轧制变形为一向压缩、二向延伸变形，材料的纵向流动可以使孔洞发生剪切破碎，有利于多孔材料的致密化。而材料在横向上阻止横向变形的约束很小，材料自由宽展，当横向变形与高向变形的比例达到一定值时，由于孔隙对拉应力极其敏感，材料轧件在边部极易在拉应力作用下开裂，并随着进一步变形而逐渐扩展，直至发生宏观断裂。同时轧制过程的应变分布通常是不均匀的，具有很高的局部应变速率，容易引起诸如空洞、颗粒断裂、甚至宏观裂纹等缺陷，并且还常常伴随着由于与冷轧辊相接触而带来的试样温度大的骤降，易使轧制过程中因为轧件温度不均匀而造成表面开裂和边部裂纹。特别是由于喷射沉积坯中的冶金结合状态不够理想，且存在一定的孔隙度，在高向变形不均时会出现劈头、分层等断裂形式。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。
本发明将提供一种完善多孔喷射沉积板坯直接轧制加工工艺，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。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能对喷射沉积坯件直接进行轧制成形、克服常规轧制板材容易出现劈头、开裂、分层等现象，实现高性能喷射沉积板材的生产的方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供的一种喷射沉积坯件的外框限制轧制方法将待轧制喷射沉积坯件置于一金属外框内，同时在金属外框上下两面覆盖上两块金属覆盖薄板作为覆盖材料，金属外框、喷射沉积坯件及金属覆盖薄板一同进入轧机进行轧制，采用普通压机施以一定压力，对金属外框中欲轧制致密化的喷射沉积坯件进行轧制成板材，喷射沉积坯件在轧辊和外框的三向作用力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。
金属外框与待轧制喷射沉积坯件之间留有较小间隙，间隙既能使喷射沉积坯件顺利放入金属外框，又能保证金属外框对喷射沉积坯件限制作用，使轧件延伸和宽展的限制，制约了喷射沉积坯件在轧制过程中的开裂现象。
金属外框和金属覆盖薄板及喷射沉积坯件采用加热装置进行预热，以实现对喷射沉积坯件的热轧制加工。
金属外框材料的选择必须保证在相同的高向压下量变形时，多孔外框的纵向延伸小于轧件的纵向延伸量，金属外框能起限制轧件变形的作用，同时在轧制过程中，金属外框在横向上产生宽展较小，对轧件的宽展变形也起阻碍作用。
本发明主要是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一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。
为了实现上述限制式轧制，将待轧制喷射沉积坯件置于一金属外框内，同时在金属外框上下两面覆盖上两块金属覆盖薄板作为覆盖材料，金属外框、喷射沉积坯件及金属覆盖薄板一同进入轧机进行轧制。外框的限制产生纵向和横向上的压应力，金属覆盖薄板使轧辊作用在坯件上的压应力分布均匀化。同时在热轧过程中金属外框和金属覆盖薄板对轧件起到了良好的保温效果。
轧制变形过程中轧辊与轧件接触的轧制变形区很小，由于上述外框限制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模压过程。通过金属外框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，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，外框限制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压缩变形。
实验表明，采用外框限制轧制喷射沉积材料耐热铝合金在变形量达到约50％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。
图1是本发明示意图；图2是沿图1中A-A线剖示图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。
实施例1参见图1和图2，采用喷射沉积8009Al/SiCp复合材料为例进行了外框限制轧制。将待轧制的8009Al/SiCp喷射沉积坯件3置于金属外框1内，金属外框1与8009Al/SiCp喷射沉积坯件3之间留有较小间隙，间隙既能使8009Al/SiCp喷射沉积坯件3顺利放入金属外框1，又能保证金属外框1对8009Al/SiCp喷射沉积坯件限制作用，使轧件延伸和宽展的限制，制约了喷射沉积坯件在轧制过程中的开裂现象，金属外框1材料的选择必须保证在相同的高向压下量变形时，多孔外框的纵向延伸小于轧件的纵向延伸量，金属外框能起限制轧件变形的作用，同时在轧制过程中，金属外框1在横向上产生宽展较小，对轧件的宽展变形也起阻碍作用。在金属外框1上下两面覆盖上第一金属覆盖薄板2和第二金属覆盖薄板4作为覆盖材料，金属外框1和第一金属覆盖薄板2、第二金属覆盖薄板4及8009Al/SiCp喷射沉积坯件3采用加热装置进行预热，以实现对喷射沉积坯件的热轧制加工。金属外框1、8009Al/SiCp喷射沉积坯件3及第一金属覆盖薄板2和第二金属覆盖薄板4一同进入轧机进行轧制，采用普通压机施以一定压力，对金属外框1中欲轧制致密化的8009Al/SiCp喷射沉积坯件3进行轧制成板材，8009Al/SiCp喷射沉积坯件2在轧辊和外框的三向作用力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。
8009Al/SiCp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。采用外框限制轧制成功地轧制出了0.8～1.0mm厚80×500mm板材，材料的强度和延伸率明显提高，当变形达到20％时，材料的强度已基本达到喷射沉积坯件的挤压材性能，实现喷射沉积材料的高性能。如表1所示。
表1 8009/SiCP薄板的室温力学性能
实施例2参见图1和图2，采用了5A06铝合金进行了普通轧制和外框限制轧制制备板材，比较两种轧制工艺所生产的板材性能，如表2所示。结果表明同样条件下，外框限制轧制能获得较高的性能。
表2 不同轧制工艺5A06薄板的室温力学性能比较
权利要求
1.一种喷射沉积多孔材料的外框限制轧制变形方法，其特征是将待轧制喷射沉积坯件(3)置于一金属外框(1)内，同时在金属外框(1)上下两面覆盖上两块金属覆盖薄板作为覆盖材料，金属外框(1)、喷射沉积坯件(2)及金属覆盖薄板一同进入轧机进行轧制，采用普通压机施以一定压力，对金属外框中欲轧制致密化的喷射沉积坯件进行轧制成板材，喷射沉积坯件在轧辊和外框的三向作用力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。
2.根据权利要求1所述的一种喷射沉积多孔材料的外框限制轧制变形方法，其特征是金属外框(1)与待轧制喷射沉积坯件(3)之间留有较小间隙，间隙既能使喷射沉积坯件顺利放入金属外框，又能保证金属外框对喷射沉积坯件限制作用，使轧件延伸和宽展的限制，制约了喷射沉积坯件在轧制过程中的开裂现象。
3.根据权利要求1或2所述的一种喷射沉积多孔材料的外框限制轧制变形方法，其特征是金属外框(1)和金属覆盖薄板及喷射沉积坯件(3)采用加热装置进行预热，以实现对喷射沉积坯件的热轧制加工。
4.根据权利要求1所述的喷射沉积多孔材料的外框限制轧制变形方法，其特征是所述的金属外框(1)材料的选择必须保证在相同的高向压下量变形时，多孔外框的纵向延伸小于轧件的纵向延伸量，金属外框能起限制轧件变形的作用，同时在轧制过程中，金属外框在横向上产生宽展较小，对轧件的宽展变形也起阻碍作用。
全文摘要
本发明公开了一种喷射沉积多孔材料的外框限制轧制变形方法，将待轧制喷射沉积坯件(3)置于一金属外框(1)内，同时在金属外框(1)上下两面覆盖上两块金属覆盖薄板作为覆盖材料，金属外框(1)、喷射沉积坯件(2)及金属覆盖薄板一同进入轧机进行轧制，采用普通压机施以一定压力，对金属外框中欲轧制致密化的喷射沉积坯件进行轧制成板材，喷射沉积坯件在轧辊和外框的三向作用力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。本发明提供了一种能对喷射沉积坯件直接进行轧制成形、克服常规轧制板材容易出现劈头、开裂、分层等现象，实现高性能喷射沉积板材的生产的方法。
文档编号B21B37/00GK1847415SQ200610031640
公开日2006年10月18日 申请日期2006年5月12日 优先权日2006年5月12日
发明者陈振华, 夏伟军, 严红革, 陈刚 申请人:湖南大学