一種提高鋁基復(fù)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(fù)合材料領(lǐng)域，涉及到一種提高鋁基復(fù)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(yīng)用傅里葉分析方法對(duì)鋁基復(fù)合材料進(jìn)行頻譜分析，優(yōu)選出效果最佳的五種諧波頻率和兩個(gè)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(jìn)行適當(dāng)時(shí)間的處理，若有共振頻率則自動(dòng)跳開(kāi)去處理下一個(gè)頻率，振動(dòng)產(chǎn)生的多方向動(dòng)應(yīng)力與多維分布的殘余應(yīng)力疊加造成塑性變形，從而達(dá)到降低峰值殘余應(yīng)力和均化殘余應(yīng)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(shí)效處理效率低、工期長(zhǎng)、耗能大、成本高的缺點(diǎn)，而且占地面積小、設(shè)備輕便易攜、不受工件體積大小限制。
【專利說(shuō)明】一種提高鋁基復(fù)合材料尺寸穩(wěn)定性的頻譜諧波處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬基復(fù)合材料領(lǐng)域，涉及一種提高鋁基復(fù)合材料尺寸穩(wěn)定性的頻譜諧波處理方法。
技術(shù)背景
[0002]本發(fā)明涉及的鋁基復(fù)合材料為高體份碳化硅顆粒/鋁基(簡(jiǎn)寫(xiě)為SiCp/Al)復(fù)合材料，它具有較高的比剛度、比強(qiáng)度、彈性模量、耐磨性、低熱膨脹系數(shù)和高熱導(dǎo)率等優(yōu)良的力學(xué)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(shì)(比模量可達(dá)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(dǎo)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(yùn)動(dòng)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，并且已在我國(guó)的航空航天精密儀器及軍用電子元器件上獲得小批量應(yīng)用，并取得顯著的應(yīng)用成效。
[0003]由于高體份SiCp/Al復(fù)合材料常常被應(yīng)用到精密儀器儀表中，精密儀器儀表對(duì)材料的殘余應(yīng)力和尺寸穩(wěn)定性要求極為苛刻。目前高體份SiCp/Al復(fù)合材料主要的尺寸穩(wěn)定化處理方法是熱時(shí)效法，不同的熱時(shí)效溫度、時(shí)間都會(huì)都材料的尺寸穩(wěn)定性造成影響，不當(dāng)?shù)奶幚矸椒ㄟ€會(huì)降低材料的尺寸穩(wěn)定性，而且普通的熱時(shí)效處理方法還存在能耗高、排放高、成本高、效率低、工期長(zhǎng)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(fù)合材料在精密儀器儀表中推廣應(yīng)用乃至大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)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(fù)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(shù)方案:
一種提高鋁基復(fù)合材料尺寸穩(wěn)定性的頻譜諧波時(shí)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?qū)⒃嚇佑脢A具固定在裝有激振器的平臺(tái)上；第二步驟:對(duì)鋁基復(fù)合材料進(jìn)行傅里葉分析，在轉(zhuǎn)速6000rpm內(nèi)尋找5個(gè)諧波頻率和2個(gè)備選諧波頻率并排序；第三步驟:選擇合適的振動(dòng)時(shí)間；第四步驟對(duì)鋁基復(fù)合材料依次按照上面選取的諧波頻率和振動(dòng)時(shí)間進(jìn)行振動(dòng)時(shí)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(zhuǎn)速在300(T6000rpm,穩(wěn)頻精度為:lrpm。
[0008]在所述的第三步驟中振動(dòng)處理的時(shí)間選取2~30分鐘，振動(dòng)次數(shù)選取f 3次，在進(jìn)行完每個(gè)頻率的振動(dòng)后自動(dòng)搜索進(jìn)入下一個(gè)頻率進(jìn)行振動(dòng)。
[0009]所使用的鋁基復(fù)合材料為高體份SiCp/Al復(fù)合材料，增強(qiáng)體SiC的含量為45%~70%，SiC顆粒分布均勻。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)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(duì)環(huán)境友好、能耗小、占地面積小、設(shè)備輕便易攜、不受工件體積大小限制，殘余應(yīng)力下降明顯，尺寸穩(wěn)定性改善效果突出等優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為未經(jīng)過(guò)頻譜諧波時(shí)效處理的高體份(55%) SiCp/Al復(fù)合材料溫度和應(yīng)變隨時(shí)間變化曲線；
圖2為經(jīng)過(guò)頻譜諧波時(shí)效處理的高體份(55%) SiCp/Al復(fù)合材料溫度和應(yīng)變隨時(shí)間變化曲線；
圖3為未經(jīng)過(guò)和經(jīng)過(guò)頻譜諧波時(shí)效處理高體份(55%) SiCp/Al復(fù)合材料溫度和應(yīng)變隨時(shí)間變化點(diǎn)線對(duì)比圖；
圖4為高體份(45%) SiCp/Al復(fù)合材料零件正面圖；
圖5為高體份(45%) SiCp/Al復(fù)合材料零件反面圖；
圖6為高體份(45%) SiCp/Al復(fù)合材料零件在頻譜諧波時(shí)效處理前后殘余應(yīng)力變化點(diǎn)線對(duì)比圖；
圖7為高體份SiCp/Al復(fù)合材料U型試樣平面圖；
圖8為高體份(65%) SiCp/Al復(fù)合材料未經(jīng)過(guò)和經(jīng)過(guò)頻譜諧波時(shí)效處理冷熱循環(huán)檢測(cè)前后平面度柱形對(duì)比圖；
圖9為高體份(65%) SiCp/Al復(fù)合材料未經(jīng)過(guò)和經(jīng)過(guò)頻譜諧波時(shí)效處理冷熱循環(huán)檢測(cè)前后平行度柱形對(duì)比圖；
圖10為高體份(65%)SiCp/Al復(fù)合材料未經(jīng)過(guò)和經(jīng)過(guò)頻譜諧波時(shí)效處理冷熱循環(huán)檢測(cè)前后垂直度柱形對(duì)比圖；
圖11為高體份(70%)SiCp/Al復(fù)合材料未經(jīng)過(guò)和經(jīng)過(guò)頻譜諧波時(shí)效處理冷熱循環(huán)檢測(cè)前后平面度柱形對(duì)比圖；
圖12為高體份(70%)SiCp/Al復(fù)合材料未經(jīng)過(guò)和經(jīng)過(guò)頻譜諧波時(shí)效處理冷熱循環(huán)檢測(cè)前后平行度柱形對(duì)比圖；
圖13為高體份(70%)SiCp/Al復(fù)合材料未經(jīng)過(guò)和經(jīng)過(guò)頻譜諧波時(shí)效處理冷熱循環(huán)檢測(cè)前后垂直度柱形對(duì)比圖；
圖14為高體份(65%)SiCp/Al復(fù)合材料未經(jīng)過(guò)和經(jīng)過(guò)一次、兩次、三次頻譜諧波時(shí)效處理冷熱循環(huán)檢測(cè)前后平面度柱形對(duì)比圖；
圖15為高體份(65%)SiCp/Al復(fù)合材料未經(jīng)過(guò)和經(jīng)過(guò)一次、兩次、三次頻譜諧波時(shí)效處理冷熱循環(huán)檢測(cè)前后平行度柱形對(duì)比圖；
圖16為高體份(65%)SiCp/Al復(fù)合材料未經(jīng)過(guò)和經(jīng)過(guò)一次、兩次、三次頻譜諧波時(shí)效處理冷熱循環(huán)檢測(cè)前后垂直度柱形 對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]實(shí)施例1
本實(shí)施例選取材料為高體份SiCp/Al (55%)復(fù)合材料，增強(qiáng)體SiC顆粒均勻分布在Al基體中，試樣為棒材，直徑為5mm,長(zhǎng)度為25mm。
[0013]具體實(shí)施方法:首先，對(duì)一批試樣進(jìn)行頻譜諧波時(shí)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(dòng)平臺(tái)上。第二步驟，通過(guò)傅里葉分析找出五個(gè)最優(yōu)激振頻率和兩個(gè)備選激振頻率，振動(dòng)轉(zhuǎn)速分別是:4048rpm、4278rpm、4408rpm、4575rpm、4720rpm、4905rpm、5134rpm。第三步驟，振動(dòng)時(shí)間依次是 18min、16min、16min、14min、14min、14min、12min,進(jìn)行振動(dòng)處理。用于對(duì)比的另一批試樣不做處理；其次，對(duì)處理和未處理的試樣進(jìn)行尺寸穩(wěn)定性檢測(cè)，檢測(cè)是在熱膨脹儀DIL402C ( Δ L分辨率:0.125nm)儀器上進(jìn)行，試樣在該儀器上在線經(jīng)過(guò)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(jiàn)圖1、圖2、圖3 ;最后，對(duì)比圖1、圖2、圖3中的數(shù)據(jù)。試樣在經(jīng)過(guò)以上在線檢測(cè)后變形量、尺寸波動(dòng)幅度較小的尺寸穩(wěn)定性較高，結(jié)果表明:經(jīng)過(guò)頻譜諧波時(shí)效處理的試樣尺寸穩(wěn)定性提高顯著。
[0014]實(shí)施例2
本實(shí)施例選取材料為高體份SiCp/Al (45%)復(fù)合材料，增強(qiáng)體SiC均勻分布在Al基體中，實(shí)驗(yàn)零件見(jiàn)圖4、圖5。
[0015]具體實(shí)施方法:首先，在零件圖4面上均勻分布選取7個(gè)點(diǎn)，并測(cè)量它們的殘余應(yīng)力；其次，對(duì)零件進(jìn)行諧波時(shí)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(dòng)平臺(tái)上。第二步驟，通過(guò)傅里葉分析找出五個(gè)最優(yōu)激振頻率和兩個(gè)備選激振頻率，振動(dòng)轉(zhuǎn)速分別是:3000rpm、3298rpm、3487rpm、3613rpm、3852rpm、3996rpm、4207rpm。第三步驟，振動(dòng)時(shí)間依次是 22min、20min、20min、18min、18min、16min、16min，進(jìn)行振動(dòng)處理；再次，在同樣的位置測(cè)量上面選取的7個(gè)點(diǎn)的殘余應(yīng)力。具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1 ;最后，依據(jù)表1中數(shù)據(jù)作圖6，通過(guò)圖6我們可以看出，經(jīng)過(guò)頻譜諧波時(shí)效處理之后，達(dá)到了降低零件峰值殘余應(yīng)力和均化殘余應(yīng)力的目的。由于頻譜諧波時(shí)效處理不改變材料的組織，所以殘余應(yīng)力的降低和均化會(huì)改善材料的尺寸穩(wěn)定性。
[0016]表1:零件—譜諧波時(shí)效處理前后殘余應(yīng)力g值對(duì)比
【權(quán)利要求】
1.一種提高鋁基復(fù)合材料尺寸穩(wěn)定性的頻譜諧波時(shí)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?qū)⒃嚇佑脢A具固定在裝有激振器的平臺(tái)上；第二步驟:對(duì)鋁基復(fù)合材料進(jìn)行傅里葉分析，在轉(zhuǎn)速6000rpm以內(nèi)尋找5個(gè)諧波頻率和2個(gè)備選諧波頻率并排序；第三步驟:選擇合適的振動(dòng)時(shí)間；第四步驟對(duì)鋁基復(fù)合材料依次按照上面選取的諧波頻率和振動(dòng)時(shí)間進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁基復(fù)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(quán)利要求1所述的鋁基復(fù)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(zhuǎn)速控制在3000-6000rpm范圍內(nèi)，穩(wěn)頻精度為:lrpm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁基復(fù)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(dòng)處理的時(shí)間選取2~30分鐘，振動(dòng)次數(shù)選取1- 3次，在進(jìn)行完每個(gè)頻率的振動(dòng)后自動(dòng)搜索進(jìn)入下一個(gè)頻率進(jìn)行振動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁基復(fù)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(fù)合材料為高體份SiCp/Al復(fù)合材料，增強(qiáng)體SiC的含量為45%~70%，SiC顆粒分布均勻。
【文檔編號(hào)】C22F1/04GK103602934SQ201310565105
【公開(kāi)日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月14日
【發(fā)明者】崔巖, 王理華, 劉書(shū)奎 申請(qǐng)人:北方工業(yè)大學(xué)