專利名稱：一種半固態(tài)材料連接成形一體化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及材料連接及成形技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
材料連接是將兩種或多種材料(包括金屬和非金屬、復(fù)合材料、化合物等)通過一定工藝條件連接到一起，形成一個(gè)完整的、具有一定使用性能的結(jié)構(gòu)。材料連接結(jié)構(gòu)具有多種材料綜合的優(yōu)良性能，因而在航空航天、空間技術(shù)、核工業(yè)、微電子、汽車、石油化工等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步對(duì)材料科學(xué)與工程技術(shù)的要求日益提高，研制開發(fā)新型高性 能結(jié)構(gòu)零件以及先進(jìn)連接技術(shù)已經(jīng)成為廣大高科技企業(yè)需要迫切解決的問題，這一現(xiàn)象在汽車、航空航天、電子通訊等領(lǐng)域體現(xiàn)得更為明顯。如航天領(lǐng)域和國(guó)民生產(chǎn)領(lǐng)域中的熱管結(jié)構(gòu)采用了鋁合金與不銹鋼、鋁合金與銅的板管結(jié)構(gòu)，新一代導(dǎo)彈的發(fā)動(dòng)機(jī)、推進(jìn)器殼體、高壓氣瓶和燃?xì)廨啓C(jī)葉片也都采用陶瓷和金屬兩種材料焊接在一起的方法連接技術(shù)是連接材料構(gòu)成連接結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵。材料連接結(jié)構(gòu)在國(guó)防領(lǐng)域和國(guó)民生產(chǎn)、生活中更廣泛應(yīng)用的前提是獲得良好的接頭綜合性能，而機(jī)械連接、膠接和常規(guī)熔焊方法難以滿足這些要求。由于連接材料的物理性能和化學(xué)性能存在很大差異，對(duì)連接的要求比較苛刻。目前一般采用機(jī)械連接、膠接、焊接等方法，主要以機(jī)械連接和膠接或二者組合應(yīng)用為主。但機(jī)械連接和膠接存在很多缺點(diǎn)，如強(qiáng)度低、結(jié)構(gòu)質(zhì)量大、膠接時(shí)產(chǎn)生多余物等，因此，國(guó)內(nèi)外眾多研究者開展了大量的研究，采用焊接方法來(lái)解決連接材料的連接問題。眾所周知，常規(guī)的熔焊方法連接容易出現(xiàn)如下問題(I)冶金不相容性，在界面形成脆性化合物相；(2)熱物理性能不匹配，產(chǎn)生殘余應(yīng)力；(3)力學(xué)性能差異大，導(dǎo)致連接界面力學(xué)失配，產(chǎn)生嚴(yán)重的應(yīng)力奇異行為。上述問題的存在，不但使得材料連接困難，而且還影響到接頭組織、性能和力學(xué)行為，對(duì)接頭的斷裂性能和可靠性造成不良影響，甚至嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的完整性。近年來(lái)，對(duì)連接材料使用特殊工藝進(jìn)行連接以滿足制件的使用要求，并能生產(chǎn)出高質(zhì)量復(fù)合連接零件(智能零件)，已成為生產(chǎn)制造工程師和廣大科學(xué)工作者研究探索熱點(diǎn)。而傳統(tǒng)的鑄造及鍛造技術(shù)已不能完全滿足這些零部件的制造需求和使用性能，正是這種需求使得半固態(tài)成形技術(shù)的研究受到廣泛的關(guān)注，尤其是半固態(tài)成形制件的力學(xué)性能和質(zhì)量控制。半固態(tài)金屬成形是20世紀(jì)70年代新發(fā)現(xiàn)的一種凝固現(xiàn)象的應(yīng)用，它不是利用凝固過程來(lái)控制組織的變化或缺陷的產(chǎn)生，而是通過半固態(tài)金屬液產(chǎn)生的流變性和熔融性來(lái)控制制件的質(zhì)量。它對(duì)解決傳統(tǒng)壓鑄件缺陷多、壽命低、耗能大等問題具有重要作用，因此受到國(guó)內(nèi)外有關(guān)學(xué)者的關(guān)注。半固態(tài)成形包括流變成形和觸變成形。將制得的半固態(tài)非枝晶漿料直接進(jìn)行成形加工，稱為流變成形(Rheoforming);而將這種漿料先凝固成鑄錠，再根據(jù)需要將金屬鑄錠分切成一定大小，使其重新加熱至半固態(tài)溫度區(qū)間而進(jìn)行的加工成為觸變成形(Thixoforming)。
流變成形，由于直接獲得的半固態(tài)漿液的保存和輸送很不方便，因此在實(shí)際應(yīng)用中很少。但是與觸變成形相比，流變成形更節(jié)省能源、流程更短、設(shè)備更緊湊、因此流變成形技術(shù)仍然是金屬半固態(tài)成形加工技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向。鎂合金流變成形的發(fā)展主要以射鑄成形的發(fā)展為主，它類似于塑料注射成形法開始將粉末狀或塊狀金屬通過料斗送入高溫螺旋混合機(jī)加熱至半融化狀態(tài)后，以混料螺旋為活塞，通過噴嘴高速射入壓鑄模具內(nèi)成形。美國(guó)Dow Chemical公司研制了鎂合金的半固態(tài)觸變成形工藝與設(shè)備,并于1991年實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。美國(guó)contell大學(xué)的K. K. Wang等人、Kono Kaname、英國(guó)Brunei大學(xué)的Z,Fan,S. Ji and M. J. Bevis等人也在不同程度上研究開發(fā)了半固態(tài)金屬流變注射成形機(jī),其中包括螺旋攪拌流變成形機(jī)、葉片攪拌注射成形機(jī)和雙螺桿半固態(tài)金屬流變注射成形機(jī)。觸變成形與流變成形相比更為實(shí)際可行。與傳統(tǒng)的壓鑄相比，觸變注射成形無(wú)需液態(tài)金屬熔煉和澆注等過程，從而使生產(chǎn)過程更加清潔、安全和節(jié)能。主要表現(xiàn)為單位成形件的原材料消耗大大減少、無(wú)爆炸危險(xiǎn)、沒有熔渣產(chǎn)生；成形過程中卷人的氣體大幅度減少，零件空隙度小于O. 069%，因此，成形件可以熱處理，保證制件的質(zhì)量；縮松少，致密度 聞，成品率可達(dá)50%或更聞，而壓鑄只能達(dá)到35% ;具有良好的耐蝕能力，機(jī)械性能聞?dòng)诨蛳喈?dāng)于壓鑄件。與傳統(tǒng)壓鑄相比，工作溫度約降低100°c，有利于提高壓鑄模壽命。生產(chǎn)過程具有良好的一致性，成形件尺寸精度高可達(dá)到近終形或終形成形。觸變成形根據(jù)其工藝過程可以分為非枝晶組織的制備、二次部分重熔及半固態(tài)觸變成形三個(gè)過程。半固態(tài)加工技術(shù)中的第一個(gè)重要工藝就是如何獲得優(yōu)質(zhì)的非枝晶組織，即觸變結(jié)構(gòu)。目前用于非枝晶組織坯料生產(chǎn)的工藝主要有(I)機(jī)械攪拌法是最早采用的方法，其設(shè)備構(gòu)造簡(jiǎn)單，但工藝參數(shù)不易控制，很難保證產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。(2)電磁攪拌法是在機(jī)械攪拌法的原理上衍生的一種清潔、高效、靈活的方法。它利用電磁感應(yīng)在凝固的金屬液中產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流在外加磁場(chǎng)的作用下促使金屬固液漿料激烈地?cái)噭?dòng)，使傳統(tǒng)的枝晶組織轉(zhuǎn)變?yōu)榉侵ЫM織。一般用于生產(chǎn)直徑氺150mm的棒坯。該方法在很大程度上克服了機(jī)械攪拌的缺點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)連鑄，生產(chǎn)效率高。(3)應(yīng)變誘發(fā)熔化激活法(SIMA法)是預(yù)先連續(xù)鑄造出晶粒細(xì)小的合金錠，再將合金鑄錠進(jìn)行足夠的預(yù)形變，然后加熱到半固態(tài)；在加熱過程中，先發(fā)生再結(jié)晶，然后部分熔化，使初生相轉(zhuǎn)變成顆粒狀，形成半固態(tài)合金材料。此方法對(duì)制備較高熔點(diǎn)的非枝晶組織合金具有獨(dú)特的優(yōu)越性，但只能制< 60mm的坯料。(4)半固態(tài)等溫?zé)崽幚矸?SSIT)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單省時(shí)在合金熔融狀態(tài)時(shí)加入變質(zhì)元素，進(jìn)行常規(guī)鑄造，然后把錠坯重新加熱到固液兩相區(qū)進(jìn)行保溫處理，最終獲得具有觸變性的非枝晶組織。它與SIMA法相比略去了預(yù)變形；與機(jī)械攪拌法和電磁攪拌法相比，該工藝略去了專門制備非枝晶組織的步驟，可以在半固態(tài)成形之前的二次加熱中實(shí)現(xiàn)非枝晶化。二次重熔過程是指將制好的半固態(tài)坯料重新加熱到半固態(tài)溫度形成非枝晶組織的過程。對(duì)于鎂合金來(lái)說(shuō)，二次重熔過程須在密閉條件或是氣體保護(hù)條件下進(jìn)行，否則鎂合金表面大量的氧化會(huì)使合金性能降低、產(chǎn)生缺陷。半固態(tài)觸變成形可分為觸變壓鑄和觸變鍛造。觸變壓鑄是將半固態(tài)坯料加熱到所需的固相體積分?jǐn)?shù)后放入壓射室內(nèi)，用活塞通過噴嘴高速壓入模具內(nèi)填充凝固得到制件的方法。在這種情況下，充型前坯料的固相體積分?jǐn)?shù)比流變鑄造略高一些。半固態(tài)金屬在靜止時(shí)有較大的粘性，能保持固態(tài)形狀，此時(shí)若施加剪切力，其粘度大大降低，流動(dòng)性恢復(fù)。觸變壓鑄就有效的利用了半固態(tài)金屬所特有的觸變性進(jìn)行成形的，非常適用于成形復(fù)雜件。在普通壓鑄工藝中，當(dāng)液態(tài)金屬射出時(shí)，空氣易卷進(jìn)制件中形成氣泡。而在半固態(tài)觸變壓鑄時(shí)，通過控制半固態(tài)金屬的粘度和固相體積分?jǐn)?shù)，可以抑止氣泡的產(chǎn)生。因此可以加工普通工藝難以成形的制件，并可以通過熱處理提高制件性能。半固態(tài)觸變鍛造又可分為半固態(tài)擠壓、半固態(tài)模鍛和半固態(tài)軋制。半固態(tài)擠壓是用加熱爐將坯料加熱到半固態(tài)，然后放入擠壓模腔，用凸模施加壓力，通過凹?？跀D出所需制件；半固態(tài)模鍛是將加熱到半固態(tài)的坯料在模鍛中進(jìn)行以壓縮變形為主的小飛邊模鍛以獲得所需形狀、性能制件的加工辦法；半固態(tài)軋制是將被軋制材料加熱到所需求的半固態(tài)組織后，送入軋輥間進(jìn)行軋制成形。半固態(tài)成形技術(shù)具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但是，目前還沒有將半固態(tài)成形技術(shù)和材料連接工藝結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)兩種或兩種以上半固態(tài)材料連接和成形一次性完成的案例。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決現(xiàn)有的機(jī)械連接、膠接和常規(guī)熔焊方法難以獲得良好的接頭綜合性能的問題，而提供一種半固態(tài)材料連接成形一體化方法。本發(fā)明半固態(tài)材料連接成形一體化方法按以下步驟進(jìn)行一、將兩種或兩種以上預(yù)連接材料分別制備成半固態(tài)坯料或半固態(tài)漿料，其中制備成半固態(tài)坯料的預(yù)連接材料的種類大于或等于制備成半固態(tài)漿料的預(yù)連接材料的種類；二、若步驟一中將所有預(yù)連接材料制備成半固態(tài)坯料，則將步驟一中制備的預(yù)連接材料的半固態(tài)坯料加熱至預(yù)定溫度范圍，然后將加熱后的半固態(tài)坯料置于模腔內(nèi)或者置于軋輥下，進(jìn)行觸變成形，當(dāng)模鍛或者軋制完成以后，取出連接成形好的制件，完成所需制件半固態(tài)連接成形一體化過程；若步驟一中既制備了預(yù)連接材料的半固態(tài)坯料，又制備了預(yù)連接材料的半固態(tài)漿料，則將步驟一中制備的預(yù)連接材料的半固態(tài)坯料加熱至預(yù)定溫度范圍，然后將加熱后的半固態(tài)坯料和步驟一中制備的預(yù)連接材料的半固態(tài)漿料置于模腔內(nèi)或者置于軋輥下，進(jìn)行觸變成形和流變成形，當(dāng)模鍛或者軋制完成以后，取出連接成形好的制件，完成所需制件半固態(tài)連接成形一體化過程；其中，將預(yù)連接材料按預(yù)定順序置于模腔內(nèi)或者置于軋輥下時(shí)，要保證坯料與坯料相鄰或坯料與漿料相鄰。材料連接(焊接)成形是通過加熱或加壓，或兩者并用的手段，借助原子間的擴(kuò)散和結(jié)合，使兩分離的物體連接在一起的方法。通常需要通過釬料或機(jī)械壓力的作用將兩種或多種材料連接在一起的，從而得到一種連接件。釬料的作用是起到相互粘結(jié)的作用，而機(jī)械壓力起到的促進(jìn)界面結(jié)合的作用。而半固態(tài)成形既存在液相，又存在壓力的作用。因此，本發(fā)明利用制坯(漿)工藝制備出兩種或多種材料半固態(tài)坯(漿)料，然后將兩種或多種材料半固態(tài)坯(漿)料先后置于模腔中或軋輥下進(jìn)行壓力下一次性復(fù)合成形，從而制得所需要的零件。將連接(焊接)成形和半固態(tài)成形結(jié)合起來(lái)，通過半固態(tài)的液相擴(kuò)散及壓力的作用，所得制件界面擴(kuò)散能力更強(qiáng)，結(jié)合能力更強(qiáng)，界面結(jié)合更緊密，性能更優(yōu)良，并且制件殘余應(yīng)力較小、生產(chǎn)效率高，由于半固態(tài)成形溫度低，對(duì)模具材料要求不是很高，生產(chǎn)環(huán)境較好；半固態(tài)成形力學(xué)性能較高，更能滿足力學(xué)性能要求。該工藝方法將合金及復(fù)合材料半固態(tài)成形技術(shù)和材料連接成形兩種工藝相融合，發(fā)揮其長(zhǎng)，避開其短，為材料加工技術(shù)提供了一條新的途徑。
固液兩相區(qū)內(nèi)能夠達(dá)到連接材料之間的充分?jǐn)U散而又能避免連續(xù)的脆性中間相的生成，對(duì)連接條件要求比較低，可以提高連接材料之間的結(jié)合強(qiáng)度改善接頭的不均勻性，并且材料連接簡(jiǎn)單易行無(wú)須專用設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)材料界面連接——整體成形的同步進(jìn)行，從而克服了目前常用復(fù)合材料成形方法制備管、棒材類制件均需二次變形的弊端。該工藝成形方式可以是模鍛成形，也可以是其他成形方式，如擠壓、軋制等。尤其值得一提的是利用該工藝方法可以很好的解決層狀板材的成形問題(對(duì)于這類材料的成形利用常規(guī)的焊接或連接成形比較困難)，為層狀板材或?qū)訝顝?fù)合材料的成形提出了一條新的技術(shù)途徑。本發(fā)明用于材料連接及成形技術(shù)領(lǐng)域。


圖I是本發(fā)明半固態(tài)材料模鍛連接成形一體化方法工藝流程示意圖；圖2是本發(fā)明半固態(tài)材料軋制連接成形一體化方法工藝流程示意圖；圖3是實(shí)施例一步驟三所制備的2024鋁合金半固態(tài)坯料的微觀結(jié)構(gòu)圖；圖4是實(shí)施例一所制備的制備Al-Al基復(fù)合材料齒輪件的俯視圖；圖5是實(shí)施例一所制備的制備Al-Al基復(fù)合材料齒輪件的側(cè)視圖；圖6是實(shí)施例一的模鍛整體成形工藝的裝配圖，其中I是上沖頭、2是分半凹模、3是凹模外套、4是齒輪鑲嵌件、5是墊塊、6是下底板、7是頂桿、8是2024鋁基復(fù)合材料、9是2024鋁合金、10是上底板。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉的具體實(shí)施方式
，還包括各具體實(shí)施方式
之間的任意組合。
具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式半固態(tài)材料連接成形一體化方法按以下步驟進(jìn)行一、將兩種或兩種以上預(yù)連接材料分別制備成半固態(tài)坯料或半固態(tài)漿料，其中制備成半固態(tài)坯料的預(yù)連接材料的種類大于或等于制備成半固態(tài)漿料的預(yù)連接材料的種類；二、若步驟一中將所有預(yù)連接材料制備成半固態(tài)坯料，則將步驟一中制備的預(yù)連接材料的半固態(tài)坯料加熱至預(yù)定溫度范圍，然后將加熱后的半固態(tài)坯料置于模腔內(nèi)或者置于軋輥下，進(jìn)行觸變成形，當(dāng)模鍛或者軋制完成以后，取出連接成形好的制件，完成所需制件半固態(tài)連接成形一體化過程；若步驟一中既制備了預(yù)連接材料的半固態(tài)坯料，又制備了預(yù)連接材料的半固態(tài)漿料，則將步驟一中制備的預(yù)連接材料的半固態(tài)坯料加熱至預(yù)定溫度范圍，然后將加熱后的半固態(tài)坯料和步驟一中制備的預(yù)連接材料的半固態(tài)漿料置于模腔內(nèi)或者置于軋輥下，進(jìn)行觸變成形和流變成形，當(dāng)模鍛或者軋制完成以后，取出連接成形好的制件，完成所需制件半固態(tài)連接成形一體化過程；其中，將預(yù)連接材料按預(yù)定順序置于模腔內(nèi)或者置于軋輥下時(shí)，要保證坯料與坯料相鄰或坯料與漿料相鄰。本實(shí)施方式中采用常規(guī)半固態(tài)制坯或制漿工藝方法制備合金或復(fù)合材料的半固態(tài)坯料或半固態(tài)漿料，對(duì)于半固態(tài)復(fù)合材料坯料，可以采用攪拌工藝。本實(shí)施方式中的預(yù)定溫度范圍是指每種預(yù)連接材料的半固態(tài)成形所需的溫度范圍，在此半固態(tài)溫度下，坯料處于半固態(tài)狀態(tài)，且具有變形能力，使連接界面處于固-液態(tài)，這樣既能達(dá)到整體成形的要求，又能使界面結(jié)合良好。本實(shí)施方式中“制備成半固態(tài)坯料的預(yù)連接材料的種類大于或等于制備成半固態(tài)漿料的預(yù)連接材料的種類”是指，為了使連接界面容易控制，保證坯料與坯料連接或坯料與漿料連接，不允許漿料與漿料連接，故可以將所有預(yù)連接材料制備成半固態(tài)坯料，或者將一部分預(yù)連接材料制備成半固態(tài)坯料，另一部分預(yù)連接材料制備成半固態(tài)漿料，但是漿料的 種類要少于或等于坯料的種類，以保證漿料不與漿料相連接。
具體實(shí)施方式
二 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟一中預(yù)連接材料為金屬材料或金屬基復(fù)合材料。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
二不同的是所述金屬材料為高溫合金。其它與具體實(shí)施方式
二相同。本實(shí)施方式中所述的金屬材料不局限于高溫合金，只要具有半固態(tài)組織特征的金屬材料均可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
二不同的是所述金屬材料為鋁合金、鎂合金、鈦合金、銅合金或鋼。其它與具體實(shí)施方式
二相同。本實(shí)施方式中所述的金屬材料不局限于鋁合金、鎂合金、鈦合金、銅合金或鋼，只要具有半固態(tài)組織特征的金屬材料均可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
二不同的是所述金屬基復(fù)合材料為鋁基復(fù)合材料、鎂基復(fù)合材料或鈦基復(fù)合材料。其它與具體實(shí)施方式
二相同。本實(shí)施方式中所述的金屬基復(fù)合材料不局限于鋁基復(fù)合材料、鎂基復(fù)合材料或鈦基復(fù)合材料料，只要具有半固態(tài)組織特征的金屬基復(fù)合材料均可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至五之一不同的是步驟二中將步驟一中制備的預(yù)連接材料的半固態(tài)坯料加熱至預(yù)定溫度范圍時(shí)，是在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行，或者在真空條件下進(jìn)行。其它與具體實(shí)施方式
一至五之一相同。本實(shí)施方式中，坯料在加熱至預(yù)定溫度范圍時(shí)，進(jìn)行惰性氣氛下的氣體保護(hù)或者在真空中進(jìn)行，可以防止界面氧化影響連接質(zhì)量。采用以下實(shí)施例驗(yàn)證本發(fā)明的有益效果實(shí)施例一(參考圖3至圖6理解本實(shí)施例)利用2024鋁合金及2024鋁基復(fù)合材料制備Al-Al基復(fù)合材料齒輪件齒輪中間部分采用2024鋁合金材料，齒輪周邊部分用2024鋁基復(fù)合材料，在半固態(tài)溫度下實(shí)現(xiàn)兩者一次性半固態(tài)模鍛成形。其具體步驟是一、將SiC粉末用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的HF溶液浸泡24h進(jìn)行酸洗，充分去除SiC粉末表面的雜質(zhì)，靜置后傾倒出酸液，再向酸洗后的SiC粉末中加入蒸餾水，每I 2h換一次蒸餾水，直至混合液達(dá)到中性，將混合液過濾得到SiC粉末，在150°C的條件下烘干25h后得到結(jié)塊的SiC，將結(jié)塊的SiC研磨成粉末，然后在800°C高溫下燒結(jié)5h ；二、將步驟一處理后的SiC粉末和2024鋁合金粉末球磨混合均勻，得到混合物料(其中，SiC粉末體積分率為20% )，然后將混合物料在70MPa/min的加載速度下冷壓，在84MPa壓力下保壓約5min，得到冷壓后的復(fù)合材料；三、利用粉末法制制備半固態(tài)復(fù)合材料將步驟二得到的冷壓后的復(fù)合材料進(jìn)一步熱壓致密化，熱壓致密化的條件是模具預(yù)熱溫度為350°C，加壓速度5mm/s，加載載荷為2000KN，采用石墨作為潤(rùn)滑劑，制備出Φ 50mmX 60mm鋁基復(fù)合材料坯料；四、通過多向壓縮法制備2024招合金半固態(tài)還料,然后加工成<i)20mmX60mm棒材，將棒材置于步驟三所得的鋁基復(fù)合材料坯料的孔洞中，制備出Al-Al基復(fù)合材料齒輪件坯料；五、將步驟四所得的Al-Al基復(fù)合材料齒輪件坯料置入有惰性氣體保護(hù)的電阻爐中，二次加熱到625°C，保溫約15min ;然后將二次加熱后的Al-Al基復(fù)合材料齒輪件坯料移入分半凹模2中，上沖頭I迅速下行并加壓，實(shí)現(xiàn)模鍛連接整體成形，從而制備出Al-Al基復(fù)合材料齒輪件，然后，上沖頭I上行，頂桿7上行將分半凹模2、齒輪鑲嵌件4、墊塊5及由2024鋁基復(fù)合材料8和2024鋁合金9兩部分材料組成的制件一起頂出，然后將分半凹模2分開，取出齒輪件，完成Al-Al基復(fù)合材料齒輪件的制備。本實(shí)施例中，因?yàn)?024鋁合金及2024鋁基復(fù)合材料的半固態(tài)形成可在相同溫度下進(jìn)行，故將其組裝好后一起進(jìn)行二次加熱，若材料的半固態(tài)形成溫度不同，則應(yīng)分別將預(yù)連接材料進(jìn)行二次加熱至每種材料的半固態(tài)形成溫度，再按要求的順序放入模鍛或軋輥下，進(jìn)行連接成形。圖3是實(shí)施例一步驟三所制備的2024鋁合金半固態(tài)坯料的微觀結(jié)構(gòu)圖；圖4是實(shí)施例一所制備的制備Al-Al基復(fù)合材料齒輪件的俯視圖；圖5是實(shí)施例一所制備的制備Al-Al基復(fù)合材料齒輪件的側(cè)視圖；圖6是實(shí)施例一的模鍛整體成形工藝的裝配圖，其中I是上沖頭、2是分半凹模、3是凹模外套、4是齒輪鑲嵌件、5是墊塊、6是下底板、7是頂桿、8是2024鋁基復(fù)合材料、9是2024鋁合金、10是上底板。本實(shí)施例利用制坯工藝制備出2024鋁合金及2024鋁基復(fù)合材料的半固態(tài)坯料，然后將兩種材料的半固態(tài)坯料置于模腔中進(jìn)行壓力下一次性復(fù)合成形，從而制得所需要的齒輪件。將連接成形和半固態(tài)成形結(jié)合起來(lái)，通過半固態(tài)的液相擴(kuò)散及壓力的作用，所得制件界面擴(kuò)散能力更強(qiáng)，結(jié)合能力更強(qiáng)，界面結(jié)合更緊密，性能更優(yōu)良，并且制件殘余應(yīng)力較小、生產(chǎn)效率高，由于半固態(tài)成形溫度低，對(duì)模具材料要求不是很高，生產(chǎn)環(huán)境較好；半固態(tài)成形力學(xué)性能較高，更能滿足力學(xué)性能要求。權(quán)利要求
1.一種半固態(tài)材料連接成形一體化方法，其特征在于半固態(tài)材料連接成形一體化方法按以下步驟進(jìn)行 一、將兩種或兩種以上預(yù)連接材料分別制備成半固態(tài)坯料或半固態(tài)漿料，其中制備成半固態(tài)坯料的預(yù)連接材料的種類大于或等于制備成半固態(tài)漿料的預(yù)連接材料的種類； 二、若步驟一中將所有預(yù)連接材料制備成半固態(tài)坯料，則將步驟一中制備的預(yù)連接材料的半固態(tài)坯料加熱至預(yù)定溫度范圍，然后將加熱后的半固態(tài)坯料置于模腔內(nèi)或者置于軋輥下，進(jìn)行觸變成形，當(dāng)模鍛或者軋制完成以后，取出連接成形好的制件，完成所需制件半固態(tài)連接成形一體化過程； 若步驟一中既制備了預(yù)連接材料的半固態(tài)坯料，又制備了預(yù)連接材料的半固態(tài)漿料，則將步驟一中制備的預(yù)連接材料的半固態(tài)坯料加熱至預(yù)定溫度范圍，然后將加熱后的半固態(tài)坯料和步驟一中制備的預(yù)連接材料的半固態(tài)漿料置于模腔內(nèi)或者置于軋輥下，進(jìn)行觸變成形和流變成形，當(dāng)模鍛或者軋制完成以后，取出連接成形好的制件，完成所需制件半固態(tài)連接成形一體化過程；其中，將預(yù)連接材料按預(yù)定順序置于模腔內(nèi)或者置于軋輥下時(shí)，要保證坯料與坯料相鄰或坯料與漿料相鄰。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種半固態(tài)材料連接成形一體化方法，其特征在于步驟一中預(yù)連接材料為金屬材料或金屬基復(fù)合材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種半固態(tài)材料連接成形一體化方法，其特征在于所述金屬材料為高溫合金。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種半固態(tài)材料連接成形一體化方法，其特征在于所述金屬材料為招合金、鎂合金、鈦合金、銅合金或鋼。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種半固態(tài)材料連接成形一體化方法，其特征在于所述金屬基復(fù)合材料為鋁基復(fù)合材料、鎂基復(fù)合材料或鈦基復(fù)合材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種半固態(tài)材料連接成形一體化方法，其特征在于步驟二中將步驟一中制備的預(yù)連接材料的半固態(tài)坯料加熱至預(yù)定溫度范圍時(shí)，是在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行，或者在真空條件下進(jìn)行。
全文摘要
一種半固態(tài)材料連接成形一體化方法，它涉及材料連接、成形技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明要解決現(xiàn)有的機(jī)械連接、膠接和常規(guī)熔焊方法難以獲得良好的接頭綜合性能的問題。半固態(tài)材料連接成形一體化方法為一、將兩種或兩種以上預(yù)連接材料分別制備成半固態(tài)坯料或半固態(tài)漿料；二、將步驟一制備的半固態(tài)坯料或半固態(tài)漿料置于模腔中或軋輥下進(jìn)行壓力下一次性復(fù)合成形。本發(fā)明方法所制備的材料界面結(jié)合較好、性能較高，并且制件殘余應(yīng)力較小、生產(chǎn)效率高，由于半固態(tài)成形溫度低，對(duì)模具材料要求不是很高，生產(chǎn)環(huán)境較好；半固態(tài)成形力學(xué)性能較高，更能滿足力學(xué)性能要求。本發(fā)明用于材料連接及成形技術(shù)領(lǐng)域。
文檔編號(hào)B21J5/06GK102626821SQ20121012857
公開日2012年8月8日 申請(qǐng)日期2012年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月27日
發(fā)明者姜巨福, 程遠(yuǎn)勝, 馬卓識(shí) 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)