[发明专利]一种生产高强度近净形金属零件的方法

说明书

本发明公开一种生产高强度金属复杂形状近净形零件坯的方法，包括如下步骤：步骤a)采用金属喷射成形工艺制作出金属锭坯；步骤c)对金属锭坯加热至半固态温度；步骤d)用挤压等工艺将半固态金属锭坯模压成近净形金属零件。本发明的方法利用喷射成形的超高速凝固能直接制成具有细小均匀球团状组织的特点，比传统方法制成的原料具有更好的半固态触变成形特性，将其直接用来生产半固态成形高强度复杂近净形零件，具有设备和工艺流程成本低、效率高、质量更稳定可靠的特点。

技术领域

本发明涉及近净形零件加工领域，特别涉及一种生产高强度近净形金属零件的方法。

背景技术

很多复杂形状的金属，例如铝合金，的复杂近净形零件是通过铸造铝合金压铸成形。但这种方法受制于合金种类和工艺局限，传统压铸件的强度较低，大多在100-300MPa范围，而且压铸件容易存在气孔或者内部组织疏松，难以达到高端零部件的使用要求，其金相图如图1所示。

上世纪七十年代出现的金属喷射成形技术可是金属液以一万度/秒数量级的速度超高速冷凝，可制备出传统压技术难以生产的组织细小均匀高合金材料，由此生产的某些7-系铝合金强度可达800MPa，其金相图如图2所示。但是正是由于金属喷射成形技术生成的产品的材质强度较高，所以其可塑性差，本领域一直都是用金属喷射成形技术来直接生产零件坯，之后通过切削、打磨工艺成形最终的零件。对于复杂的零件，喷射成形的技术尽管能做到精密的成形，但是零件结构越复杂、越精密，其层厚就越小，导致其成形的时间就越长。

而且，如果把这些金属喷射成形的零件坯进行重熔压铸，其组织和性能又会变回成很差水平，其金相图如图3所示。

半固态成形技术也是上世纪七十年代发明的一种新的金属成形技术。通过各种工艺手段把金属凝固过程中生成的树枝晶(如图1所示)变成球团状晶后具有半固态触变特性和压力下流变充型能力。与传统的压铸相比，半固态成形产品具有强度和致密度高、收缩率低从而近净形零件的尺寸形状更精准、成形温度较低使得模具寿命提高等优点。半固态温度是指固-液温度区间的温度。所述近净形零件，是指零件成形后，仅需少量加工或不再加工。

目前制备半固态成形金属原料的办法主要有两种：1)凝固过程中实施超声波震动法，其金相图如图4所示；2)凝固过程中实施热搅拌法，其金相图如图5所示。但它们的工艺复杂、成本高、效率低。而本领域技术人员花费大量的时间、精力去解决如何让树枝晶能更好、更均匀、更快地碎化的问题。

金属喷射成形强度高，但重新熔铸后的组织和性能会显著变差，而且铸造工艺性能差。半固态成形的工艺流程中，又必须对材料进行重新熔铸，所以金属喷射成形和半固态成形技术两者是新兴的并行的技术，由于两者工艺流程本身就存在着相互抵触的情况，而各有各的优点，各有各的缺点。复杂零件成形来说，半固态成形的成形速度快，但是强度低，金属喷射成形的加工时间长，但是强度高。

金属喷射成形工艺要制作高强度近净形金属零件的研究方向是加快每个层厚形成的速度，而半固态成形的研究方向是如何将树枝晶有效、快速地打碎从而提高其强度。两者的研究方向完全的不同。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种生产高强度近净形金属零件的方法。

本发明解决其技术问题的解决方案是：

一种生产高强度近净形金属零件的方法，包括如下步骤：

步骤a)采用金属喷射成形工艺制作出金属锭坯；

步骤c)对金属锭坯加热至半固态温度；

步骤d)用挤压工艺将具有半固态温度的金属锭坯用模具形成近净形金属零件。

作为上述方案的进一步改进，在步骤c)和步骤d)之间还设有步骤c1)：对金属锭坯进行保温5秒至30秒。