[发明专利]喷射沉积多孔板材致密化用压头、装置及应用

说明书

技术领域

本发明属于金属材料致密化加工技术领域，具体涉及一种喷射沉积多孔板材致密化用压头、装置及应用。

背景技术

与铸造、粉末冶金等材料成形和制备方法相比，喷射沉积不仅有铸造的一步成形的优点，也有快速凝固冷却速率高的优点，是一种间于铸造与粉末冶金之间的金属成形工艺。喷射沉积工艺虽具有冷却速率高、成本适宜、适用范围广的优点，但喷射沉积态坯料的相对密度一般为85%～90%，坯料中存在大量微孔，颗粒之间、层界面之间均未达到完全的冶金结合，会导致材料力学性能下降，特别是高温力学性能因孔洞存在而大幅下降；还会导致成形能力的急剧下降，喷射沉积坯料几乎没有塑形。因此必须通过后续致密工艺来提高其力学性能和成形性能。

CN1873043公开了大型喷射沉积件的致密化加工方法及装置，该方案主要应用与锭坯、块坯、环坯和板坯。所公开的方法是采用一小平面与一斜平面光滑过渡组成或斜面组成的楔形压头，采用普通压机施以一定压力，对模具中欲致密化的大型喷射沉积方形坯件进行局部小变形，小平面部分为主变形区，斜面为预变形区，逐步向斜面方向推进，进行逐次压制，模具采用了组合模的方式，在压进的道次之间，逐步撤出楔压步进前端的模块，释放一部分空间，坯料在楔压压头斜面的横向分力的作用下向前推进，实现横向切变形，综合向下压制致密化和横向切变流动双重变形，最后实现喷射沉积坯件的整体致密化和剪切作用下的冶金结合。所公开的装置包括压机压头和压机工作台，在压机工作台上安装有方形组合模具，方形组合模具内设有活动组合模块，在压机压头顶部上设有步进式推进装置，在步进式推进装置上设有滑板，在滑板上设有楔形压头，在压机工作台上设有与压机压头对应的限位装置。所述的楔形压头端面一小部分为平面其余部分为斜面，平面部分与斜面部分采用小角度过度。所述的方形组合模具上设有电热加热装置。

对喷射沉积多孔板坯而言，CN1873043公开的方法或装置通过坯料挤压时的剪切流动，孔洞被拉长、分散乃至焊合，提高材料的塑性变形能力和力学性能；具体通过楔形压头逐步累积小变形而实现整体的致密。其存在的问题是：

（1）受设备吨位和材料强度的限制，大挤压比的板材以及高温强度高的铝合金及其复合材料难以成形，且成形加工成本高昂;

（2）已有的框形限制成形和陶粒轧制在成形板材时由于受到设备尺寸影响，难以成形尺寸大的板坯；

（3）由于受沉积坯成形性能差的影响，且普通楔形压制为两向压应力成形，因此喷射沉积铝合金及其复合材料板坯容易在压制过程中出现开裂，压头在压制板坯表面的压痕较明显，致密成形效果差。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的之一是提供一种喷射沉积金属板坯的致密化用压头。

为此，本发明提供的喷射沉积金属板坯的致密化用压头上设有安装端面和工作端，所述工作端设有第一保压区、主压区、预压区和第二保压区，且沿压头步进方向依次为第一保压区、主压区、预压区和第二保压区；所述主压区为水平面，所述预压区为斜面且自主压区向安装端面倾斜，所述主压区与预压区之间为光滑过渡；所述第一保压区的作用为防止致密化时主压区的材料向压头步进方向的相反方向流动；所述第二保压区的作用为防止致密化时主压区和预压区的材料向压头步进方向流动。

所述第一保压区为斜面且自主压区向安装端面倾斜，所述第一保压区与压头侧壁间为光滑过渡，所述第一保压区与正压区间为光滑过渡；所述第二保压区为水平面，所述第二保压区与压头侧壁间为光滑过渡，所述第二保压区与预压区间为光滑过渡。

所述主压区的粗糙度小于第一保压区和第二保压区的粗糙度，所述预压区的粗糙度小于第一保压区和第二保压区的粗糙度。

与现有技术相比，本发明的喷射沉积金属板坯的致密化用压头的优点在于：

（1）本发明的压头在两端存在两个表面粗糙度较高的保压区，在压制过程中通过压头的保压区抑制保压区下板材的流动，从而使主压区和预压区下的板坯在致密过程中处于三向压应力状态即准等静压状态，从而可以避免常规压制变形常导致的板坯在压制过程出现开裂的现象。

（2）本发明的压头存在四个连续的区域，各区域之间用圆角光滑过渡，因此在致密过程中其变形连续，不会导致突然的大变形或者应力集中而产生裂纹。

（3）相邻压区的采用圆角过渡，有利于防止板坯表面由于变形不均匀出线裂纹，同时也可以减小压制过程中出现压头的压痕。被致密材料的刚度越低，流动性能越好，相邻压区间的过渡圆角可以适当减小。