[发明专利]一种提高SiCp/2024Al基复合材料挤压致密度均匀性的方法

摘要

本发明属于复合材料加工技术领域，涉及一种提高SiCp/2024Al基复合材料挤压致密度均匀性的方法。本发明基于数值模拟计算结合试验，给出影响挤压比、挤压温度、挤压速度、摩擦系数、模具特征与挤压致密度均匀性影响规率，减少了工业试验的成本以及人为经验导致的误差，可以大幅度提高挤压棒材的产品质量，降低生产成本及研制周期，获得性能优异的均匀性良好的碳化硅颗粒增强铝基复合材料挤压棒材。采用数值分析方法，可以全面综合考虑材料的本构关系特征、挤压比、挤压速度、挤压温度、摩擦系数以及模具几何因素等对于材料在挤压过程流动规律的影响，从而给出全面的挤压工艺参数优化方案，可以大幅度提升该复合材料挤压工艺过程中的材料致密度均匀性。

主权项

一种提高SiCp/2024Al基复合材料挤压致密度均匀性的方法，其特征在于，基于数值模拟计算结合试验，给出影响挤压比、挤压温度、挤压速度、摩擦系数、模具特征与挤压致密度均匀性影响规率，过程包括以下步骤：a)首先，采用热物理模拟实验确定该材料的本构关系特征，对该材料在不同变形量、变形温度、应变速率情况下的应力应变关系，根据试验结果对材料的本构关系模型进行拟合构建，热物理模拟实验试验在Gleeble热物理模拟试验机上进行，采用直径为8mm，高12mm的圆柱试样，应变量为70％，变形温度为420℃～500℃，应变速率为0.001S‑1～10S‑1的试样进行热压缩试验，试验材料为粉末冶金法制备的SiC颗粒增强铝基复合材料挤压棒材，SiC颗粒体积分数为17％。压缩试样采用电频感应加热，升温速率为10°/s，试样加热至变形温度后保温5min，然后以恒定的应变速率压缩，压缩完成后迅速水冷至室温，高温压缩过程中由焊接在试样侧面中部的热电偶实时测温，通过闭环温控系统实现温控，温控精度为±1.0℃，从而获得该材料的在变形工艺中的应力应变关系曲线，确定该材料是否为正应变速率敏感材料，如果是，采用Zener‑Hollomon参数的双曲正弦形式来描述，材料的本构关系拟合构建的方程为：ϵ‾·=A[sinh(ασ‾)]nexp[-ΔH/(RTabs)]]]>其中：常数A～4.69405；常数ɑ～0.00122993；激活能ΔH～‑67892.7；应力指数n～4.41327；气体常数R～8.31；b)SiCp/2024Al基复合材料挤压工艺数值模拟，采用有限单元法对SiCp/2024Al基复合材料的挤压工艺进行数值模拟，将复合材料挤压工艺分为三个阶段，a——挤压预备阶段：即，材料在挤压筒内压实并置留在模具的模孔的阶段,此时模口附近材料的致密度高于远离模口区域的致密度；b——强力挤压阶段：即材料流过模孔并在模口区域形成应力集中带的阶段，需要的挤压载荷最大，模孔中心区域流速快材料密实，边界区域流速慢材料稀疏；c——平稳挤压阶段：即材料流过模孔形成棒材的阶段，在保温情况下，挤压载荷平稳，塑性区基本保持不变，材料的致密度分布定型；c)根据上述步骤a)、b)得出的结果，利用有限单元法，进行材料的致密度均匀性影响因素分析并选择挤压参数，1)选择挤压比，条件是，挤压温度为400℃～490℃，挤压速度为0.1mm/s～20mm/s，选择挤压比的范围在13～15；2)选择挤压温度，条件是，挤压比的范围在13～15，挤压速度为0.1mm/s～20mm/s，挤压温度为480℃～490℃；3)选择挤压速度，条件是，挤压比的范围在13～15，挤压温度为400℃～490℃，挤压速度为0.1mm/s～0.15mm/s；4)选择摩擦系数及模具特征参数，条件是，挤压比的范围在13～15，挤压温度为480℃～490℃，挤压速度为0.1mm/s～0.15mm/s，摩擦系数的范围为0.2～0.25，模具倾角在45°～60°。