本发明涉及一种铝基复合材料，具体涉及一种易切削颗粒增强铝基复合材料及其制备方法。
背景技术：
铝基复合材料具有高比刚度、高比强度和低热膨胀系数，在航空、航天、交通运输和武器装备等领域有着广泛的应用。目前常用的铝基复合材料是在2xxx、6xxx常规铝合金基体中外加颗粒制备而成，该类铝基复合材料存在着界面反应难以控制，增强颗粒分布不均匀等缺陷，影响了铝基复合材料的力学性能。同时，由于外加颗粒的尺寸通常在微米级，在切削变形区受刀刃挤压而破碎、脱落的几率比较大，造成已加工表面光洁度差，加工精度难以保证，并且增强颗粒有锋利的棱角，对刀具的刮擦犁削很严重，造成刀具在短时间内严重磨损；其基体铝合金在加工过程中容易粘刀，不易断屑，影响切削加工。此外，采用外加颗粒的制备工艺复杂，成本较高，不利于推广应用。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的不足，提供一种易切削颗粒增强铝基复合材料及其制备方法。在该复合材料中，增强颗粒细小圆整，分布均匀，有利于提高复合材料的力学性能，减少在加工过程中刀具的磨损，同时基体合金在加工过程中切削热的作用下，低熔点相发生软化或熔化，使切屑断开。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现：
本发明涉及一种易切削颗粒增强铝基复合材料，所述复合材料的组分及质量百分比为：Mg 1～3％，Cu 2～4％，Sn 0.1～1.5％，Bi 0.1～1.0％，TiB2增强颗粒0.1～20％，余量为Al。
作为优选方案，所述TiB2增强颗粒的尺寸为20～100nm。
作为优选方案，所述TiB2增强颗粒弥散分布在铝基体中，该TiB2增强颗粒的形状为六方形(六边形是指在复合材料中观察到的TiB2颗粒的形状)。
本发明还涉及一种本发明的易切削颗粒增强铝基复合材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
A、按所述组分及重量百分比含量，计算所需原料的用量；所述原料为工业纯Al、工业纯Mg、工业纯Sn、工业纯Bi、Al-Cu中间合金、KFB4和K2TiF6；
B、在坩埚中加入工业纯Al，待其加热熔化后，将KFB4、K2TiF6混合均匀形成的混合盐加入铝熔体中，使混合盐与铝熔体发生发应，进行机械搅拌直至反应结束，反应完全后，去除坩埚内位于熔体上层的反应副产物；
C、依次加入工业纯Mg、纯Sn、纯Bi、Al-Cu中间合金，除气精炼，浇注成铸坯，然后将铸坯挤压成棒料，然后进行固溶时效处理。
作为优选方案，所述混合盐中KFB4、K2TiF6的质量比为0.5∶1～2∶1。
作为优选方案，步骤B中，混合盐在铝熔化后就可以加入，达到低值即可。
与现有技术相比，本发明具有良好的力学性能和切削性能，成本低，制备工艺简单，具有很好的推广价值；具体有益效果如下：
1、在本发明的颗粒增强铝基复合材料基体中，主要的强化相为AlCuMg相，AlCuMg相在时效过程中，弥散析出，使基体的强度增加；同时，特殊的内加工艺，使得TiB2增强颗粒弥散分布在基体中，由于基体的热膨胀系数与增强相的热膨胀系数相差较大，因而在制备和热处理过程中均可在基体材料中形成高密度位错，产生强化作用。
2、本发明的制备方法中，挤压使TiB2颗粒的分布更加均匀，有效阻碍位错的运动，使复合材料的力学性能提高。
3、对本发明制得的颗粒增强铝基复合材料进行切削加工的过程中，由于增强颗粒的尺寸较小，容易被压入基体或切屑中，使得已加工表面光洁度和零件的尺寸精度易于满足要求；同时特殊的内加工艺制得的增强颗粒(六边形)外形圆整，没有锋利的棱角，对刀具的犁削作用很小，因此刀具不会在短时间内发生过量的磨损，可进行长时间切削；此外，基体合金中的Mg2Sn、Mg3Bi2及单质Sn等低熔点相在切削热的发生软化或熔化，使切屑断开。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
本发明的组分及其质量百分比为：Mg 1％、Cu 2％、Sn 0.1％，Bi 0.1，TiB20.1％，余量为Al。
制备时包括如下步骤：
A、按上述组分及重量百分比含量，计算所需原料的用量；所述原料为工业纯Al、工业纯Mg、工业纯Sn、工业纯Bi、Al-Cu中间合金、KFB4和K2TiF6；
B、在坩埚中加入工业纯Al，待其加热熔化后，将KFB4、K2TiF6混合均匀形成的混合盐加入铝熔体中，使混合盐与铝熔体发生发应，原位反应进行期间，全程采用机械搅拌加快反应进程及提高反应均匀性。待反应完全后，去除坩埚内位于熔体上层的反应副产物；
C、依次加入工业纯Mg、纯Sn、纯Bi、Al-Cu中间合金，除气精炼，浇注成铸坯，然后将铸坯挤压成棒料，然后参照常规易切削铝合金进行固溶时效处理，即可。
制得的复合材料中TiB2颗粒的尺寸在20-100nm，颗粒形状主要为六方形，颗粒弥散分布在基体中，材料的力学性能(测试标准：GBT 228.1-2010)：σb＝510MPa，σ0.2＝380MPa，δ＝8％，E＝73GPa。易切削，切削细小，表面光洁度高。
实施例2
本发明的组分及其质量百分比为：Mg 2％、Cu 3％、Sn 0.5％，Bi 0.5％，TiB210％，余量为Al。其制备同实施例1。
复合材料中TiB2颗粒的尺寸在20-100nm，颗粒形状主要为六方形，颗粒弥散分布在基体中。材料的力学性能(测试标准：GBT 228.1-2010)：σb＝540MPa，σ0.2＝460MPa，δ＝5％，E＝81GPa。易切削，切削细小，表面光洁度高。
实施例3
本发明的组分及其质量百分比为：Mg 3％、Cu 4％、Sn 1.5％，Bi 1％，TiB2 20％，余量为Al。其制备同实施例1。
复合材料中TiB2颗粒的尺寸在20-100nm，颗粒形状主要为六方形，颗粒弥散分布在基体中。材料的力学性能(测试标准：GBT 228.1-2010)：σb＝580MPa，σ0.2＝485MPa，δ＝4％，E＝90GPa。易切削，切削细小，表面光洁度高。
对比例1
对比例1的组分及其质量百分比为：Mg 3％、Cu 4％、Sn 1.5％，Bi 1％，SiC 20％，余量为Al。
制备时包括如下步骤：
A、按上述组分及重量百分比含量，计算所需原料的用量；所述原料为工业纯Al、工业纯Mg、工业纯Sn、工业纯Bi、Al-Cu中间合金、SiC(市售SiC颗粒，粒径3-10μm)；
B、在坩埚中加入工业纯Al，待其加热熔化后，将SiC加入铝熔体中，机械搅拌10分钟，提高SiC颗粒在熔体中分布均匀性。。
C、依次加入工业纯Mg、纯Sn、纯Bi、Al-Cu中间合金，除气精炼，浇注成铸坯，然后将铸坯挤压成棒料，然后进行固溶时效处理，即可。
制得的复合材料中SiC颗粒的尺寸在3-10μm，颗粒形状为不规则尖角相，颗粒在基体中分布较均匀。材料的力学性能(测试标准：GBT 228.1-2010)：σb＝500MPa，σ0.2＝350MPa，δ＝0.5％。加工过程中，由于颗粒尺寸较大，加工抗力大，加工表面光洁度差，加工精度低，对刀具磨损严重。
以上对发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。