第9期 曾莉等：高体积分数SCpA复合材料杯形件高温反挤压成形 .1187. 高杨氏模量、低热膨胀系数和高热导率的优点，因此 系统自动控制，并采集载荷、位移等数据 其具有卓越的热控功能和独特的防共振能力， 试样经切割、打磨和抛光，侵蚀液采用%的硝 高体积分数SCpA1复合材料复杂零件的成形 酸乙醇，侵蚀时间为20s利用SEM观察复合材料 大多数都需要进行二次变形加工，较高的陶瓷含量 杯形件的组织形貌， 使其热成形和冷加工变得十分困难，无压浸渗法显 然是可获得高体积分数SCpA1复合材料的成本最 2结果与分析 低的有效手段，但是，该方法主要解决了材料的复 2.1高温反挤压流变规律 合、制备问题，在很多情况下只能在完成复合过程之 图2为SCp/A1复合材料高温反挤压的位移- 后通过热成形或冷加工来获得尺寸更为精确、表面 载荷曲线.SCp/A1复合材料在基体熔点以上时呈 质量更好的零部件[).因此，研究复合材料高温 黏流体状态，具有良好的成形性能.颗粒与基体形 反挤压成形意义重大，国内外学者对$C颗粒增强 成固液混合体 铝基复合材料的研究很多，但对于高体积分数 先 ①800℃/4.5 mm-min' SCp/A复合材料高温反挤压成形的研究却很 ②850℃/0.9 mm.min1 少3-151 ③900℃/0.45 mm.min ①3② 本文通过高温反挤压方式成形高体积分数 SCpA复合材料杯形件，重点研究了反挤压温度 和挤压速度对高体积分数SCp/A1复合材料杯形件 20 成形性能和组织的影响，为高体积分数SCp/A1复 10 合材料复杂零件的精确成形提供基础. 0 1.5 3.04.56.07.59.0 1试验材料及方案 位移mm 坯料采用无压浸渗法制备出高体积分数SC印/ 图2SC即A复合材料高温反挤压的位移载荷曲线 A1复合材料，基体为A356铝合金，复合材料经过 Fig 2 Displacemnent-force curves of the SCp/Al camposite by hot backwan extnision 机械加工，制成中20mm×15mm的试样 高温反挤压试验在万能材料试验机上进行，采 在复合材料高温反挤压过程的变形初期，复合 用自制石英加热圈进行温度控制，自制保温钢套和 材料的流变规律近似于流体，变形抗力非常低，载荷 冲头采用耐热合金制成，试验装置如图1所示， 随位移的增加而无明显增大（图2中的I阶段）随 着变形的继续进行，复合材料流变规律进入第Ⅱ阶 段，颗粒在压力作用下发生转动、破碎和重排 (图3)，颗粒与基体协调变形，变形抗力随变形量的 —2 增加而缓慢增大·当变形达到一定程度后，颗粒转 -3 动阻力增大，颗粒与基体的协调变形能力变差，因此 ● 随着变形量的增加，变形抗力迅速上升（图2中的 -5 Ⅲ阶段) 0 一冲头：2加热圈：子模具一试样；5一模具b 图1高温反挤压模具示意图 Fig 1 Diagnmmatic sketch of a hot backwand extnusion mol 加热速度为10℃·mm,保温时间为30min 最大变形载荷为40kN.变形温度分别为800850 和900℃，挤压速度分别为4.5、0.9和0.45mm 100m min. 试样反挤压变形后进行水淬处理，以保留变形 图3受压破碎的SC颗粒 后的组织，温度、位移和速度等变形条件由计算机 Fis 3 Cmshed SiC particle under pressure第 9期 曾 莉等： 高体积分数 ＳｉＣｐ／Ａｌ复合材料杯形件高温反挤压成形 高杨氏模量、低热膨胀系数和高热导率的优点‚因此 其具有卓越的热控功能和独特的防共振能力． 高体积分数 ＳｉＣｐ／Ａｌ复合材料复杂零件的成形 大多数都需要进行二次变形加工．较高的陶瓷含量 使其热成形和冷加工变得十分困难‚无压浸渗法显 然是可获得高体积分数 ＳｉＣｐ／Ａｌ复合材料的成本最 低的有效手段．但是‚该方法主要解决了材料的复 合、制备问题‚在很多情况下只能在完成复合过程之 后通过热成形或冷加工来获得尺寸更为精确、表面 质量更好的零部件 ［9--12］．因此‚研究复合材料高温 反挤压成形意义重大．国内外学者对 ＳｉＣ颗粒增强 铝基复合材料的研究很多‚但对于高体积分数 ＳｉＣｐ／Ａｌ复合材料高温反挤压成 形 的 研 究 却 很 少 ［13--15］． 本文通过高温反挤压方式成形高体积分数 ＳｉＣｐ／Ａｌ复合材料杯形件．重点研究了反挤压温度 和挤压速度对高体积分数 ＳｉＣｐ／Ａｌ复合材料杯形件 成形性能和组织的影响‚为高体积分数 ＳｉＣｐ／Ａｌ复 合材料复杂零件的精确成形提供基础． 1 试验材料及方案 坯料采用无压浸渗法制备出高体积分数 ＳｉＣｐ／ Ａｌ复合材料．基体为 Ａ356铝合金．复合材料经过 机械加工‚制成 ●20ｍｍ×15ｍｍ的试样． 高温反挤压试验在万能材料试验机上进行．采 用自制石英加热圈进行温度控制‚自制保温钢套和 冲头采用耐热合金制成‚试验装置如图 1所示． 1—冲头；2—加热圈；3—模具 ａ；4—试样；5—模具 ｂ 图 1 高温反挤压模具示意图 Ｆｉｇ．1 Ｄｉａｇｒａｍｍａｔｉｃｓｋｅｔｃｈｏｆａｈｏｔｂａｃｋｗａｒｄｅｘｔｒｕｓｉｏｎｍｏｌｄ 加热速度为 10℃·ｍｉｎ —1‚保温时间为 30ｍｉｎ‚ 最大变形载荷为 40ｋＮ．变形温度分别为 800、850 和 900℃‚挤压速度分别为 4∙5、0∙9和 0∙45ｍｍ· ｍｉｎ —1． 试样反挤压变形后进行水淬处理‚以保留变形 后的组织．温度、位移和速度等变形条件由计算机 系统自动控制‚并采集载荷、位移等数据． 试样经切割、打磨和抛光‚侵蚀液采用 5％的硝 酸--乙醇‚侵蚀时间为20ｓ．利用 ＳＥＭ观察复合材料 杯形件的组织形貌． 2 结果与分析 2∙1 高温反挤压流变规律 图 2为 ＳｉＣｐ／Ａｌ复合材料高温反挤压的位移-- 载荷曲线．ＳｉＣｐ／Ａｌ复合材料在基体熔点以上时呈 黏流体状态‚具有良好的成形性能．颗粒与基体形 成固--液混合体． 图 2 ＳｉＣｐ／Ａｌ复合材料高温反挤压的位移--载荷曲线 Ｆｉｇ．2 Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ-ｆｏｒｃｅｃｕｒｖｅｓｏｆｔｈｅＳｉＣｐ／Ａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｅｂｙｈｏｔ ｂａｃｋｗａｒｄｅｘｔｒｕｓｉｏｎ 在复合材料高温反挤压过程的变形初期‚复合 材料的流变规律近似于流体‚变形抗力非常低‚载荷 随位移的增加而无明显增大 （图 2中的Ⅰ阶段 ）．随 着变形的继续进行‚复合材料流变规律进入第Ⅱ阶 段‚颗 粒 在 压 力 作 用 下 发 生 转 动、破 碎 和 重 排 （图 3）‚颗粒与基体协调变形‚变形抗力随变形量的 增加而缓慢增大．当变形达到一定程度后‚颗粒转 动阻力增大‚颗粒与基体的协调变形能力变差‚因此 随着变形量的增加‚变形抗力迅速上升 （图 2中的 Ⅲ阶段 ）． 图 3 受压破碎的 ＳｉＣ颗粒 Ｆｉｇ．3 ＣｒｕｓｈｅｄＳｉＣｐａｒｔｉｃｌｅｕｎｄｅｒｐｒｅｓｓｕｒｅ ·1187·