CN101612634B - 制备铝硅合金型材的摩擦挤压法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种方法制备铝硅合金型材的方法，尤其是一种摩擦挤压法，属于金属成形加工技术领域。本方法采用以下步骤成型：①在一带凹形腔体的铝硅合金坯料夹具中装入铝硅合金坯料，凹形腔体中再装入一个带偏离中心线的偏心孔的摩擦挤压头；②摩擦挤压头转动并同时对铝硅合金坯料施压，使铝硅合金坯料升温塑性化，从摩擦挤压头的偏心孔中挤出，成为型材；③在摩擦挤压中控制铝硅合金坯料的温度不超过其共晶温度。本方法可制备出硅相颗粒平均直径≤10微米，无铸造缺陷的铝硅合金型材。此外，本方法还具有工艺简单，流程短，设备要求低等优点，具有较好的应用前景。

Description

制备铝硅合金型材的摩擦挤压法
技术领域
本发明涉及一种方法制备铝硅合金型材的方法，尤其是一种摩擦挤压法，属于金属成形加工技术领域。
背景技术
铝硅合金是最重要的铸造铝基结构材料，具有高耐磨和高温性能好等优点。但是，铸造铝硅合金的微观组织中通常存在针状共晶硅相、粗大的板片状初生硅颗粒，使材料的塑性、韧性和疲劳强度较低。目前对铸造铝硅合金硅相进行细化和成形的技术主要有变质处理(Q.C.Jiang，Materials Letters 59(2005)：624-628)、快速凝固(Li Yuanyuan，Trans.Nonferrous Met.Soc.China，Vol.12(5)(2000)：878-881)、喷射成形等。变质处理目前只能够使硅相颗粒细化到20～50μm范围，而且存在缩松、气孔等铸造缺陷，所以铝硅合金的性能提高有限，延伸率较低。快速凝固、喷射成形等技术虽然能够极大地细化硅相，但是成本较高，需要进一步的致密化加工，只适用于低维度材料的生产。
由于铝硅合金的脆性，通常不用塑性成形技术生产。但是最近的研究表明，塑性成形加工是细化组织和提高性能的新途径。其中，铝基体发生剧烈塑性变形、再结晶而严重细化，硅相则被基体剪切破碎，并且消除了缩松、偏析等铸造缺陷，材料获得致密化，所以效果大大好于通常的液态技术。例如，等通道转角挤压技术可以使硅相细化达几百纳米(Aibin Ma，Materials Science andEngineering A 399(2005)：181～189)。塑性成形加工技术的缺点是材料成形困难，对设备和模具的要求高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种对铝合金合金组织进行细化的摩擦挤压成型法，可以直接生产出高塑性、高强度和耐磨的铝硅合金型材，且发明的方案具有工艺简单，流程短，设备要求低等优点。
本发明的发明的目是通过下列技术方案实现的：
工艺步骤：①在一带凹形腔体的铝硅合金坯料夹具中装入铝硅合金坯料，凹形腔体中再装入一个带偏离中心线的偏心孔的摩擦挤压头；②摩擦挤压头转动并同时对铝硅合金坯料施压，使铝硅合金坯料升温塑性化，从而使组织严重细化的铝硅合金材料从摩擦挤压头的偏心孔中挤出，成为型材；③在摩擦挤压中控制铝硅合金坯料的温度不超过其共晶温度。
本发明所述的摩擦挤压头的相对转速为10转/分～3000转/分，对铝硅合金坯料施加1MPa～20MPa的挤压力。
所述的摩擦挤压头采用硬度和熔点大于铝硅合金坯料的硬质合金或陶瓷材料制成。
铝所述的硅合金坯料采用铸造或粉体压制而成的坯料。
本发明具有有益效果是：与普通液态变质处理相比，具有可将铝硅合金材料中硅相颗粒细化到≤10微米，消除基体中的铸造缺陷，同时制备出铝硅合金型材的优点。与普通固态塑性成形技术相比，由于增加了强烈的机械搅拌作用，所以硅相细化效果好，同时还具有工艺简单，流程短，对设备和模具要求低等优点。因此，利用本发明可以直接生产出高塑性、高强度和耐磨的铝硅合金型材，同时成本较低，具有较好的应用前景。
附图说明
图1为本发明的加工原理图；
图2为用现有技术(P变质)加工的铝硅合金材料显微组织图；
图3为本发明的方法加工的铝硅合金材料显微组织图。
图1中，1为摩擦挤压头，2为铝硅合金坯料夹具，3为铝硅合金坯料，4为偏心孔，v为摩擦挤压头的旋转速度，P为摩擦挤压头的受力。
图2中，铝硅合金材料(用P变质处理)的微观组织含有粗大的颗粒状初生硅和针状共晶硅。大部分初生硅颗粒直径在50微米左右，少量粗达100微米左右。
图3中，在经过本发明技术加工过的相同铸造铝硅合金材料组织中，大部分硅相颗粒被细化成了＜5微米的颗粒，只有少量颗粒在10微米左右。同时，无论大小，颗粒都明显球化。
具体实施方式
实施例1
Al-30％Si合金的摩擦挤出加工：
A、制造一个Φ4偏心孔的摩擦挤压头；
B、摩擦挤压头与Al-30％Si合金坯料表面进行摩擦，摩擦相对速度达到530转/分钟，同时施加5MPa的挤压力，从摩擦挤压头偏心孔中挤出Φ4的型材，其中硅相颗粒平均直径达到1.3微米。
实施例2
Al-12％Si合金的摩擦挤出加工：
A、制造一个Φ4偏心孔的摩擦挤压头；
B、摩擦挤压头与Al-12％Si合金坯料表面进行摩擦，摩擦相对速度达到530转/分钟，同时施加5MPa的挤压力，从摩擦挤压头偏心孔中挤出Φ4的型材，其中硅相颗粒平均直径达到1.0微米。
实施例3
Al-6％Si合金的摩擦挤出加工：
A、制造一个Φ4偏心孔的摩擦挤压头；
B、摩擦挤压头与Al-6％Si合金坯料表面进行摩擦，摩擦相对速度达到530转/分钟，同时施加5MPa的挤压力，从摩擦挤压头偏心孔中挤出Φ4的型材，其中硅相颗粒平均直径达到0.9微米。

Claims (3)

1.一种制备铝硅合金型材的摩擦挤压法，其特征是采用以下工艺成型：
①在一带凹形腔体的铝硅合金坯料夹具中装入铝硅合金坯料，凹形腔体中再装入一个带偏离中心线的偏心孔的摩擦挤压头；②摩擦挤压头转动并同时对铝硅合金坯料施压，使铝硅合金坯料升温塑性化，从摩擦挤压头的偏心孔中挤出，成为型材，其中硅相颗粒平均直径≤10微米，摩擦挤压头相对速度为530转/分钟，对铝硅合金坯料施加5MPa的挤压力；③在摩擦挤压中控制铝硅合金坯料的温度不超过其共晶温度。
2.根据权利要求1所述的制备铝硅合金型材的摩擦挤压法，其特征是：摩擦挤压头采用硬度和熔点大于铝硅合金坯料的硬质合金或陶瓷材料制成。
3.根据权利要求1所述的制备铝硅合金型材的摩擦挤压法，其特征是：铝硅合金坯料采用铸造或粉体压制而成的坯料。
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