一種提高鋁基復合材料尺寸穩(wěn)定性的頻譜諧波處理方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于金屬基復合材料領域，涉及到一種提高鋁基復合材料尺寸穩(wěn)定性的頻譜諧波處理方法。其特征在于，該方法的操作步驟如下：應用傅里葉分析方法對鋁基復合材料進行頻譜分析，優(yōu)選出效果最佳的五種諧波頻率和兩個備選諧波頻率，施加合適的能量依次按照上述五種諧波頻率進行適當時間的處理，若有共振頻率則自動跳開去處理下一個頻率，振動產(chǎn)生的多方向動應力與多維分布的殘余應力疊加造成塑性變形，從而達到降低峰值殘余應力和均化殘余應力、提高尺寸穩(wěn)定性的目的。該方法大幅度改善了傳統(tǒng)熱時效處理效率低、工期長、耗能大、成本高的缺點，而且占地面積小、設備輕便易攜、不受工件體積大小限制。
【專利說明】一種提高鋁基復合材料尺寸穩(wěn)定性的頻譜諧波處理方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬基復合材料領域，涉及一種提高鋁基復合材料尺寸穩(wěn)定性的頻譜諧波處理方法。
技術背景
[0002]本發(fā)明涉及的鋁基復合材料為高體份碳化硅顆粒/鋁基(簡寫為SiCp/Al)復合材料，它具有較高的比剛度、比強度、彈性模量、耐磨性、低熱膨脹系數(shù)和高熱導率等優(yōu)良的力學及物理性能，且制造成本低，其性能與傳統(tǒng)的鋁合金、鈦合金和碳鋼相比具有明顯優(yōu)勢(比模量可達到鋁合金的三倍，熱膨脹系數(shù)不足鋁合金的40%，密度是碳鋼的38%，熱導率是鈦合金的近40倍)。該材料在航空航天、軍事、汽車、電子、體育運動等領域具有廣闊的應用前景，并且已在我國的航空航天精密儀器及軍用電子元器件上獲得小批量應用，并取得顯著的應用成效。
[0003]由于高體份SiCp/Al復合材料常常被應用到精密儀器儀表中，精密儀器儀表對材料的殘余應力和尺寸穩(wěn)定性要求極為苛刻。目前高體份SiCp/Al復合材料主要的尺寸穩(wěn)定化處理方法是熱時效法，不同的熱時效溫度、時間都會都材料的尺寸穩(wěn)定性造成影響，不當?shù)奶幚矸椒ㄟ€會降低材料的尺寸穩(wěn)定性，而且普通的熱時效處理方法還存在能耗高、排放高、成本高、效率低、工期長等弊端，因此尋找一種環(huán)境友好、成本低、效率高、工藝易于控制的新方法是高體份SiCp/Al復合材料在精密儀器儀表中推廣應用乃至大規(guī)模應用的關鍵所在。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是:提供一種高體份SiCp/Al復合材料尺寸穩(wěn)定化處理的環(huán)境友好、成本低、效率高的新方法。
[0005]本發(fā)明采取以下技術方案:
一種提高鋁基復合材料尺寸穩(wěn)定性的頻譜諧波時效處理方法，其特征在于:第一步驟:選擇合適的激振器，將激振器用弓形夾緊固在工件上或將試樣用夾具固定在裝有激振器的平臺上；第二步驟:對鋁基復合材料進行傅里葉分析，在轉速6000rpm內(nèi)尋找5個諧波頻率和2個備選諧波頻率并排序；第三步驟:選擇合適的振動時間；第四步驟對鋁基復合材料依次按照上面選取的諧波頻率和振動時間進行振動時效處理。
[0006]在所述的第一步驟中選取激振力為3510KN的激振器。
[0007]在所述的第二步驟中激振器的轉速在300(T6000rpm,穩(wěn)頻精度為:lrpm。
[0008]在所述的第三步驟中振動處理的時間選取2~30分鐘，振動次數(shù)選取f 3次，在進行完每個頻率的振動后自動搜索進入下一個頻率進行振動。
[0009]所使用的鋁基復合材料為高體份SiCp/Al復合材料，增強體SiC的含量為45%~70%，SiC顆粒分布均勻。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點是:該處理方法與傳統(tǒng)處理方法相比，具有生產(chǎn)效率高、成本低、對環(huán)境友好、能耗小、占地面積小、設備輕便易攜、不受工件體積大小限制，殘余應力下降明顯，尺寸穩(wěn)定性改善效果突出等優(yōu)點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為未經(jīng)過頻譜諧波時效處理的高體份(55%) SiCp/Al復合材料溫度和應變隨時間變化曲線；
圖2為經(jīng)過頻譜諧波時效處理的高體份(55%) SiCp/Al復合材料溫度和應變隨時間變化曲線；
圖3為未經(jīng)過和經(jīng)過頻譜諧波時效處理高體份(55%) SiCp/Al復合材料溫度和應變隨時間變化點線對比圖；
圖4為高體份(45%) SiCp/Al復合材料零件正面圖；
圖5為高體份(45%) SiCp/Al復合材料零件反面圖；
圖6為高體份(45%) SiCp/Al復合材料零件在頻譜諧波時效處理前后殘余應力變化點線對比圖；
圖7為高體份SiCp/Al復合材料U型試樣平面圖；
圖8為高體份(65%) SiCp/Al復合材料未經(jīng)過和經(jīng)過頻譜諧波時效處理冷熱循環(huán)檢測前后平面度柱形對比圖；
圖9為高體份(65%) SiCp/Al復合材料未經(jīng)過和經(jīng)過頻譜諧波時效處理冷熱循環(huán)檢測前后平行度柱形對比圖；
圖10為高體份(65%)SiCp/Al復合材料未經(jīng)過和經(jīng)過頻譜諧波時效處理冷熱循環(huán)檢測前后垂直度柱形對比圖；
圖11為高體份(70%)SiCp/Al復合材料未經(jīng)過和經(jīng)過頻譜諧波時效處理冷熱循環(huán)檢測前后平面度柱形對比圖；
圖12為高體份(70%)SiCp/Al復合材料未經(jīng)過和經(jīng)過頻譜諧波時效處理冷熱循環(huán)檢測前后平行度柱形對比圖；
圖13為高體份(70%)SiCp/Al復合材料未經(jīng)過和經(jīng)過頻譜諧波時效處理冷熱循環(huán)檢測前后垂直度柱形對比圖；
圖14為高體份(65%)SiCp/Al復合材料未經(jīng)過和經(jīng)過一次、兩次、三次頻譜諧波時效處理冷熱循環(huán)檢測前后平面度柱形對比圖；
圖15為高體份(65%)SiCp/Al復合材料未經(jīng)過和經(jīng)過一次、兩次、三次頻譜諧波時效處理冷熱循環(huán)檢測前后平行度柱形對比圖；
圖16為高體份(65%)SiCp/Al復合材料未經(jīng)過和經(jīng)過一次、兩次、三次頻譜諧波時效處理冷熱循環(huán)檢測前后垂直度柱形 對比圖。
【具體實施方式】
[0012]實施例1
本實施例選取材料為高體份SiCp/Al (55%)復合材料，增強體SiC顆粒均勻分布在Al基體中，試樣為棒材，直徑為5mm,長度為25mm。
[0013]具體實施方法:首先，對一批試樣進行頻譜諧波時效處理，具體處理步驟:第一步驟，選取激振力為65KN的激振器，將試樣固定在裝有該激振器的振動平臺上。第二步驟，通過傅里葉分析找出五個最優(yōu)激振頻率和兩個備選激振頻率，振動轉速分別是:4048rpm、4278rpm、4408rpm、4575rpm、4720rpm、4905rpm、5134rpm。第三步驟，振動時間依次是 18min、16min、16min、14min、14min、14min、12min,進行振動處理。用于對比的另一批試樣不做處理；其次，對處理和未處理的試樣進行尺寸穩(wěn)定性檢測，檢測是在熱膨脹儀DIL402C ( Δ L分辨率:0.125nm)儀器上進行，試樣在該儀器上在線經(jīng)過7次冷、熱循環(huán)，循環(huán)溫度范圍是-1(T50°C，升、降溫速率為4°C /min，具體數(shù)據(jù)詳見圖1、圖2、圖3 ;最后，對比圖1、圖2、圖3中的數(shù)據(jù)。試樣在經(jīng)過以上在線檢測后變形量、尺寸波動幅度較小的尺寸穩(wěn)定性較高，結果表明:經(jīng)過頻譜諧波時效處理的試樣尺寸穩(wěn)定性提高顯著。
[0014]實施例2
本實施例選取材料為高體份SiCp/Al (45%)復合材料，增強體SiC均勻分布在Al基體中，實驗零件見圖4、圖5。
[0015]具體實施方法:首先，在零件圖4面上均勻分布選取7個點，并測量它們的殘余應力；其次，對零件進行諧波時效處理，具體處理步驟:第一步驟，選取激振力為35KN的激振器，將試樣固定在裝有該激振器的振動平臺上。第二步驟，通過傅里葉分析找出五個最優(yōu)激振頻率和兩個備選激振頻率，振動轉速分別是:3000rpm、3298rpm、3487rpm、3613rpm、3852rpm、3996rpm、4207rpm。第三步驟，振動時間依次是 22min、20min、20min、18min、18min、16min、16min，進行振動處理；再次，在同樣的位置測量上面選取的7個點的殘余應力。具體實驗數(shù)據(jù)見表1 ;最后，依據(jù)表1中數(shù)據(jù)作圖6，通過圖6我們可以看出，經(jīng)過頻譜諧波時效處理之后，達到了降低零件峰值殘余應力和均化殘余應力的目的。由于頻譜諧波時效處理不改變材料的組織，所以殘余應力的降低和均化會改善材料的尺寸穩(wěn)定性。
[0016]表1:零件—譜諧波時效處理前后殘余應力g值對比
【權利要求】
1.一種提高鋁基復合材料尺寸穩(wěn)定性的頻譜諧波時效處理方法，其特征在于:第一步驟:選擇合適的激振器，將激振器用弓形夾緊固在工件上或將試樣用夾具固定在裝有激振器的平臺上；第二步驟:對鋁基復合材料進行傅里葉分析，在轉速6000rpm以內(nèi)尋找5個諧波頻率和2個備選諧波頻率并排序；第三步驟:選擇合適的振動時間；第四步驟對鋁基復合材料依次按照上面選取的諧波頻率和振動時間進行振動時效處理。
2.根據(jù)權利要求1所述的鋁基復合材料尺寸穩(wěn)定化處理方法，其特征在于:第一步驟中選取激振力為35~80KN的激振器。
3.根據(jù)權利要求1所述的鋁基復合材料尺寸穩(wěn)定化處理方法，其特征在于:第二步驟中將激振器的轉速控制在3000-6000rpm范圍內(nèi)，穩(wěn)頻精度為:lrpm。
4.根據(jù)權利要求1所述的鋁基復合材料尺寸穩(wěn)定化處理方法，其特征在于:第三步驟中振動處理的時間選取2~30分鐘，振動次數(shù)選取1- 3次，在進行完每個頻率的振動后自動搜索進入下一個頻率進行振動。
5.根據(jù)權利要求1所述的鋁基復合材料尺寸穩(wěn)定化處理方法，其特征在于:所使用的鋁基復合材料為高體份SiCp/Al復合材料，增強體SiC的含量為45%~70%，SiC顆粒分布均勻。
【文檔編號】C22F1/04GK103602934SQ201310565105
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月14日 優(yōu)先權日:2013年11月14日
【發(fā)明者】崔巖, 王理華, 劉書奎 申請人:北方工業(yè)大學