[发明专利]一种一模多件高SiC体积分数结构件成形及模具设计方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料成形领域，特别是提供了一种制备高SiC体积分数复合材料结构件半固态锻挤成形一模多件工艺技术及模具设计。

背景技术

现代科学技术的进步对材料科学与工程技术的要求日益提高，研制开发新型高性能结构材料以及其先进短流程加工技术已经成为广大高科技企业需要迫切解决的问题，这一现象在汽车、航空航天、电子通讯等领域体现得更为明显。目前，以SiC/铝合金为代表的封装壳体结构件主要使用粉末注射成形方法加以制造，也就是SiC预制坯+融熔金属浸润法。由于该方法存在生产周期长、成本高、成形件气密性差等一些缺陷，长期以来探索短流程、近终形结构零件的生产方法、并能从实验上制备出高性能结构零件以及研究其性能已成为一种迫切的需要。如何找到一种巧妙且高效率的成形方法已成为广大科学家和工程师一项极具创造性和挑战性的工作。目前，问题的主要瓶颈是如何提出短流程、近净成形且易于控制的材料成形工艺。

另一方面，在国家“十一五”中长期发展规划中，明确提出未来加工行业必须走低能耗、低污染的道路，并提出了相应的考核指标。为尽快扭转在我国经济建设中占有重要地位的材料加工行业的高能耗、重污染和低性价比，提高产品质量，减轻环境污染，增强其国际竞争力，迫切需要从冶金材料科学发展前沿出发，突破传统的冶金及加工工艺理论和概念，利用高新技术对材料加工及控制技术进行新的工艺探索，实现生产过程的短流程、低能耗和高质量。20世纪70年代初期半固态加工技术的出现无疑为解决上述问题带来了希望。

所谓半固态加工是对具有一定液相组分的固液混合浆料进行压铸、挤压或模锻成形，是一种介于普通铸造(纯液态)和锻压(纯固态)之间的成形方法(M.C.Flemings.Behavior of Alloys in Semi-solid State.Metallurgical Transactions，1990，Vol.22B：269-293)。与普通的加工方法相比，半固态金属加工具有如下优点：①应用范围广泛，凡具有固液两相区的金属及合金均可实现半固态加工，如铝合金、镁合金和钢的压铸、挤压和锻压成形；②半固态合金已经部分释放出结晶潜热，因而减轻了对加工模具的热冲击，使其寿命大幅度提高；③半固态浆料具有流变性和触变性，变形抗力非常小，因而可以成形断面十分复杂的零件，实现近净成形，并且缩短了加工周期，提高了材料利用率，有利于节能节材；④半固态浆料充填平稳，无湍流和喷溅，加工温度相对较低，凝固收缩小，因而成形件表面平整光滑，内部组织致密，晶粒细小，力学性能好。可见半固态加工技术与传统的加工技术相比具有极大的优势(Simon Kleiner，Erhard Ogris OliverBeffort and Peter J.Uggowitzer.Semi-Solid Metal Processing of Aluminum Alloy A356 andMagnesium Alloy AZ91：Comparison Based on Metallurgical Considerations.AdvancedEngi.Mater.2003，5(9)：653-658)。