[发明专利]一种提高晶须增强铝基复合材料锻坯强韧性与尺寸稳定性的处理方法

说明书

一种提高晶须增强铝基复合材料锻坯强韧性与尺寸稳定性的处理方法，属于晶须增强铝基复合材料处理领域。本发明方法：一、将铸锭预热，同时将压力机的上砧和下砧预热；二、将铸锭置于压力机上，先轴向镦粗，再径向镦粗，沿周向方向旋转90°后径向镦粗；三、重复步骤二的操作；四、锻坯放入温水中淬火；五、时效处理，空冷至室温；六、浸渍于冷却液中处理；七、再取出后迅速放入液氮中处理；八、然后取出，迅速浸渍于冷却液中保温；九、然后取出，升温至室温后加热保温，空冷至室温；十、重复步骤六至九的操作。本发明提高晶须增强铝基复合材料的屈服强度、抗拉强度及微屈服强度的方法，显著提升了晶须增强铝基复合材料的强韧性和尺寸稳定性。

技术领域

本发明属于晶须增强铝基复合材料处理领域；具体涉及一种提高晶须增强铝基复合材料锻坯强韧性与尺寸稳定性的处理方法。

背景技术

航空航天及国防领域关键承载结构件，往往要求材料具有高的强韧性和尺寸稳定性(即在载荷作用下、长期服役过程中材料尺寸保持稳定)。在某些应用领域，例如光机结构件、惯导器件支架、高低温交变温度下的结构件等，材料的尺寸稳定性成为考核材料能否满足使用要求的主要指标。金属基复合材料由于具有轻质、高比模量、高比强度、低的热膨胀系数等特点，在航空航天、机械电子、交通运输等领域有着广阔的应用前景。其中颗粒增强铝基复合材料和晶须增强铝基复合材料是目前应用最广泛的两类材料。颗粒增强体往往是直径大于1微米的等轴状陶瓷颗粒，而晶须是直径0.1～1微米、长度几十微米的一维陶瓷纤维。另外亚微米晶须中的缺陷密度远远小于微米陶瓷颗粒，因此在同等含量情况下，与颗粒增强铝基复合材料相比，晶须增强铝基复合材料具有更高的强韧性等优异力学性能。

锻造是金属材料改形和改性的常用工艺。改形即是改变材料形状从而尽可能接近最终零件形状要求，从而节省机械加工时间与成本；改性即是减少材料中的缺陷密度，细化金属显微组织，从而进一步提高材料的力学性能(特别是强韧性)。但目前关于晶须增强铝基复合材料锻坯尺寸稳定化热处理工艺尚缺乏文献报导。专利(一种颗粒增强铝基复合材料尺寸稳定化处理工艺方法200710121754.2)提出通过固溶时效及冷热循环热处理，提高颗粒增强铝基复合材料的尺寸稳定性，但该发明针对的是粉末冶金方法制备的制备态颗粒增强铝基复合材料，复合材料未经过热变形处理，显微组织粗大；另外在样品升温或降温过程中未控制升温/降温速率，无法直接应用于大尺寸铸锭或锻坯；另外相对于等轴状的颗粒增强体，一维晶须增强体周围基体中的位错和热残余应力分布不均匀，造成在时效过程和冷热循环过程中，基体内的位错组态和第二相析出行为有所不同。因此上述该专利技术难以直接用于晶须增强铝基复合材料锻坯的强韧化和尺寸稳定化处理。

发明内容

本发明针对缺乏晶须增强铝基复合材料锻坯强韧化和尺寸稳定化热处理方法的问题，本发明公开了一种提高晶须增强铝基复合材料锻坯强韧性和尺寸稳定性的两步热处理方法，本发明方法可以提高晶须增强铝基复合材料锻坯的屈服强度及抗拉强度(即提高强韧性)，同时还可提高材料的微屈服强度(尺寸稳定性的直接度量参数，微屈服强度越高，尺寸稳定性越好)，可显著提高晶须增强铝基复合材料锻坯的强韧性和尺寸稳定性。

为解决上述技术问题，本发明提高晶须增强铝基复合材料锻坯强韧性与尺寸稳定性的处理方法是按下述步骤完成的：

步骤一、将晶须增强铝基复合材料铸锭在510～531℃条件下预热，同时将压力机的上砧和下砧预热，预热温度为510～531℃；

步骤二、将铸锭置于压力机上，先轴向镦粗，再径向镦粗，沿周向方向旋转90°后径向镦粗；

步骤三、重复步骤二的操作3～5次，得到锻坯；

步骤四、锻坯在10s内放入40℃～80℃的水中淬火；

步骤五、淬火后的锻坯于5h内进行时效处理，空冷至室温；

步骤六、浸渍于-40℃～-80℃的冷却液中处理10min～15min；