本發明屬于金屬基復合材料管材加工技術領域，具體涉及一種顆粒增強鋁基復合材料管材的旋壓變形制備方法。

背景技術：

目前國內某艦船用管材多使用鋁合金或鋼制造，其存在的主要問題是鋁合金剛度低，而鋼件則增加了筒體的重量，均嚴重制約了該產品在復雜環境(如海水)下的使用。顆粒增強鋁基復合材料具有比密度小、比剛度高、比強度高等優點，近年來國外多采用鋁基復合材料制造該管材，而國內目前仍然沒有開展相關的工作，制約了改產品進一步升級換代。

強力旋壓工藝是借助旋輪作進給運動，加壓于隨芯模沿同一軸線旋轉的金屬坯料，使其產生連續的局部塑性變形而成為所需要的空芯回轉體零件。旋壓加工方法常用來加工大尺寸薄壁的筒形件。

技術實現要素：

本發明針對顆粒增強鋁基復合材料熱等靜壓坯料塑性差，變形時易開裂的問題，提供了一種顆粒增強鋁基復合材料的旋壓變形制備方法，原料粉末混合后經冷壓、熱等靜壓處理制備成旋壓坯料，其特征在于，熱等靜壓制備的旋壓坯料直接熱旋壓開坯。

所述旋壓坯料的基體為鋁合金；顆粒增強體為硅、金鋼石、碳化硅、氮化硅中的一種或一種以上，顆粒增強體的體積分數小于40％；旋壓坯料的塑性5-8％。

所述熱旋壓開坯變形區的溫度為150℃-450℃。

所述熱旋壓開坯的旋壓道次為5道次，進給速度為70-100mm/min，坯料外表面線速度19-21m/min；其中，第1道次的減薄率10-20％，變形區溫度為370-450℃；第2道次的減薄率15-25％，變形區溫度為370-410℃；第3道次的減薄率25-35％，變形區溫度為320-350℃；第4道次的減薄率20-30％，變形區溫度為310-340℃；第5道次的減薄率25-30％，變形區溫度為150-330℃。

所述熱旋壓開坯每旋壓道次之間，進行在線退火處理，退火工藝：將坯料加熱至450℃-500℃，自然冷卻至旋壓變形區溫度，開始下一道次旋壓。

本發明的優點為：

(1)旋壓變形過程對溫度高度敏感，本發明在考慮旋壓變形加熱溫度時考慮了如下因素：(a)坯料加熱溫度采用表面測溫計或紅外測溫儀測量，所測的溫度為工件表面的溫度，與坯料整個變形區的變形溫度有區別；(b)旋壓變形時，工件與芯模，旋輪與工件之間均存在較大的摩擦力，由于相互的摩擦會產生大量的摩擦熱，導致變形區溫度有一定的上升；(c)旋壓變形屬于大變形量高速變形，易在變形區產生絕熱帶，導致變形區溫度有一定的上升。

(2)本方法所述的旋壓坯料采用熱等靜壓制備而成，塑性較差，前兩旋壓道次變形量較小，保證坯料內表面不開裂，當經過兩道次旋壓變形后，坯料內的顆粒分布、界面結合、基體組織等都有一定的改善，塑性變形能力得到提高，后續旋壓變形量較大。

(3)熱旋壓變形過程是動態軟化與動態硬化相互作用的過程，顆粒增強鋁基復合材料由于增強體顆粒的存在，加工硬化率大大提高，本方法旋壓道次間采用線退火工藝以消除加工硬化。

顆粒增強鋁基復合材料具有高比強度、高比剛度、密度小等優點等綜合性能，廣泛應用于航空航天用飛行器。本發明采用旋壓方法加工顆粒增強鋁基復合材料大直徑薄壁管材，目的是為開發某航空器用綜合性能優異的大直徑薄壁管材。

具體實施方式

本發明提供了一種顆粒增強鋁基復合材料的旋壓變形制備方法，下面具體實施例對本發明做進一步說明。

采用熱等靜壓制備的旋壓坯料尺寸為：內徑80.5±0.2mm，壁厚16±0.1mm，長度300±5mm；內徑240±0.2mm，壁厚32±0.1mm，長度400±5mm；內徑530±0.2mm，壁厚50±0.1mm，長度600±5mm。

坯料旋壓變形的步驟如下：

(1)將芯模加熱至450±10℃；

(2)將坯料裝在芯模上，加熱坯料至450±10℃；

(3)第一道次減薄率15％，進給速度80mm/min，轉速80r/min，變形區溫度保證控制在370-450℃；

(4)將坯料加熱至500±10℃，自然冷卻至450±10℃，進行退火；

(5)第二道次減薄率20％，進給80mm/min，轉速80r/min，變形區溫度保證控制在370-410℃；

(6)重復過程(4)；

(7)第三道次減薄率35％，進給80mm/min，轉速80r/min，變形區溫度保證控制在350-350℃；

(8)重復過程(4)；

(9)第四道次減薄率35％，進給80mm/min，轉速80r/min，變形區溫度保證控制在340-340℃；

(10)重復過程(4)；

(11)第五道次減薄率30％，進給80mm/min，轉速80r/min，變形區溫度保證控制在150-330℃。