快速凝固技術(shù)的應(yīng)用

1、快速凝固技術(shù)的應(yīng)用機(jī)103班田玉之1010012084摘要：快速凝固指的是在比常規(guī)工藝過程中快得多的冷卻速度下，金屬或合金 以極快的速度從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程?？焖倌碳夹g(shù)得到的合金與常規(guī)合金有 著不同的組織和結(jié)構(gòu)特征，對(duì)材料科學(xué)和其它學(xué)科的理論研究以及開展實(shí)際生產(chǎn) 應(yīng)用起了重要的作用。Rapid solidificationrefers to than conventional process muchfastercooling rate, metal or alloy in order to speed the transition from the liquid state to the

2、 solid state process. Rapid solidificati ontech no logyof alloy and the conventionalalloy has differentorganizationandstructure features, materialsscie neeand otherdiscipli nesoftheoretical research and practical applicatio n of product ion 關(guān)鍵詞：快速凝固；鎂合金；鋁合金引言：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)金屬凝固技術(shù)的重視和深入研究，形成了許多種控制凝固組織的方

3、法，其中快速凝固已成為一種具有挖掘金屬材料潛在性能 與發(fā)展前景的開發(fā)新材料的重要手段，同時(shí)也成了凝固過程研究的一個(gè)特殊領(lǐng) 域。過去對(duì)凝固過程的模擬考慮了在熔融狀態(tài)下的熱傳導(dǎo)和凝固過程潛熱的釋放 不考慮金屬在型腔內(nèi)必然存在的流動(dòng)以及金屬在凝固過程中存在的流動(dòng)。目前快速凝固技術(shù)作為一種研制新型合金材料的技術(shù)已開始研究了合金在凝固時(shí)的各 種組織形態(tài)的變化以及如何控制才能得到符合實(shí)際生活、生產(chǎn)要求的合金。各種應(yīng)用：一 快速凝固技術(shù)在鎂合金中的應(yīng)用鎂合金是所有結(jié)構(gòu)金屬中最輕的一種，具有比重小，比強(qiáng)度、比剛度高，耐 沖擊等一系列優(yōu)點(diǎn)，在汽車、電子電器、航空航天等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，但鎂合金的加工成形性

4、能及耐蝕性能較差，大大限制了其發(fā)展.目前，國(guó)內(nèi)在 高性能鎂合金的管、棒、板、型材及一些結(jié)構(gòu)件方面基本上還是空白，而傳統(tǒng)的 鑄造冶金方法又難以滿足材料的性能要求.因此，研究新的制備工藝和加工技 術(shù)是發(fā)展高性能型材和結(jié)構(gòu)件的必然之路.快速凝固鎂合金將成為未來變形鎂 合金的主要制備工藝.70 年代初，快速凝固實(shí)驗(yàn)表明，鎂基合金具有明顯的 非晶形成能力，非晶態(tài)鎂合金主要是通過快速凝固合金熔體制備，非晶態(tài)鎂合 金的力學(xué)性能優(yōu)異，是潛在的結(jié)構(gòu)材料.除力學(xué)性能外，非晶態(tài)鎂合金的抗腐 蝕性和儲(chǔ)氫性能優(yōu)良，是一種很有發(fā)展前途的新型材料。二快速凝固技術(shù)在鋁合金上的應(yīng)用以快速凝固耐熱鋁合金替代Ti合金在飛機(jī)和導(dǎo)彈上

5、應(yīng)用，可以明顯地減輕飛 行器質(zhì)量，降低成本,以飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)為例,實(shí)現(xiàn)以鋁代鈦,可以減輕質(zhì)量15%- 25% , 降低成本30%- 50% ,提高運(yùn)載量15%-20%經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。為了能在150 350C溫度范圍內(nèi)用低密度、低價(jià)格的鋁合金代替鈦合金,過去的20年內(nèi),快速凝固耐熱鋁合金受到廣泛重視。近十幾年來，科研工作者們對(duì)耐熱鋁合金進(jìn)行了大 量的研究,相繼開發(fā)了一系列快速凝固耐熱鋁合金。A l Fe V Si系耐熱鋁合金具有良好的室溫和高溫強(qiáng)度、塑性、熱穩(wěn)定性和斷裂韌性以及耐腐蝕性能，近20年來廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域.快速凝固A I Fe V Si系耐熱鋁合金首 先是由美國(guó)A IIied2Si

6、gnal鋁業(yè)公司的金屬及陶瓷材料研究所采用其專利技術(shù) 平面流鑄造法研究開發(fā)的。目前該合金已成為研制最為成熟的高性能耐熱鋁 合金，對(duì)它的研究也成為耐熱鋁合金開發(fā)研究的熱點(diǎn).利用傳統(tǒng)的快速凝固?粉 末冶金(RS7PM工藝制備的AI Fe V Si系耐熱鋁合金,在組織上獲得了單一 的、彌散分布的球狀耐熱相AI12(Fe,V )3Si，該相具有良好的熱穩(wěn)定性,研究表明 即使在480C下保溫100 h ,仍未發(fā)現(xiàn)明顯的粗化現(xiàn)象,從而保證材料在室溫和咼 溫條件下均有較高的強(qiáng)度。因此,自20世紀(jì)80年代末以來，該系列的耐熱鋁合金已 在航空航天等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。20世紀(jì)90年代國(guó)內(nèi)外的研究人員開始應(yīng)用

7、噴射成型技術(shù)制備AI Fe V Si系耐熱鋁合金,以期達(dá)到提高性能降低生產(chǎn)成 本的目的。隨著航空航天事業(yè)的發(fā)展，對(duì)作為結(jié)構(gòu)件材料的鋁合金的工作溫度提 出了越來越高的要求,A I Fe V Si系合金具有良好的綜合性能,而且可以 根據(jù)需要調(diào)整Fe, V , Si含量，控制強(qiáng)化相體積分?jǐn)?shù)，獲得不同性能的組合。因 此，對(duì)AI Fe V Si系耐熱鋁合金的研究制備和開發(fā)應(yīng)用受到了國(guó)內(nèi)外的普遍 關(guān)注。三用大過冷凝固技術(shù)制備材料大過冷凝固技術(shù)的核心是利用金屬本身的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)快速凝固的方法之一。其主要有快速蒸汽冷凝技術(shù)、快速卸壓淬火等。1蒸汽快速冷凝法(ERC法)ERC法是借助于低溫液體將蒸發(fā)的金屬蒸汽快速冷

8、凝，在其聚結(jié)之前沉積到 捕集器中或旋流收集器中。利用此法制得的金屬粉末顆粒尺寸極細(xì)， 而且粒度分 布非常均勻。2快速卸壓淬火快速卸壓淬火是一種有效的新的快速凝固方法， 在適當(dāng)?shù)某跏紲囟群蛪毫ο?對(duì)熔體快速卸壓達(dá)到固化，由于不受材料自身的熱傳導(dǎo)性質(zhì)的限制， 因而可獲得 大塊亞穩(wěn)材料甚至非晶，實(shí)現(xiàn)了快速凝固的原理，并對(duì)亞穩(wěn)相的產(chǎn)生及非晶化成 因提供了熱力學(xué)上的合理解釋。大過冷凝固技術(shù)的特點(diǎn)是在熔體中形成盡可能接近均勻形核的凝固條件，從而在形核前獲得大的過冷度。熔體主要是通過導(dǎo)熱性差的介質(zhì)傳熱或以輻射傳熱 的方式冷卻。目前，采用此技術(shù)制取的合金的尺寸、數(shù)量都很小，而且不能連續(xù) 生產(chǎn)。因此，要使其不僅

9、在理論上和實(shí)驗(yàn)研究中得到廣泛應(yīng)用，而且像急冷凝固技術(shù)那樣應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)還需要做進(jìn)一步的改進(jìn)?？偨Y(jié)：目前，關(guān)于快速凝固技術(shù)的研究著重于母合金熔融后分成微小的熔滴，然后再通過冷的基體進(jìn)行散熱冷卻，所解決的是傳熱問題。但從快速凝固各種技術(shù)現(xiàn)存的問題看， 解決這些問題時(shí)不目前，關(guān)于快速凝固技術(shù)的研究著重于母合金熔融后分成微小 的熔滴，然后再通過冷的能靠單一的方法，它是一個(gè)系統(tǒng)工程，應(yīng)從合金本身、 金屬液的凈化、外部強(qiáng)制冷卻手段等方面同時(shí)采取措施才行。為使快速凝固合金 的研制工作走上完善的科學(xué)設(shè)計(jì)的道路，還有一系列的理論研究及實(shí)驗(yàn)測(cè)試工作 有待進(jìn)一步開展：計(jì)算和實(shí)測(cè)更多的二元及多元亞穩(wěn)平衡相圖，包括TO線的走向；亞穩(wěn)合金熔體中熱物理參量及它們與溫度之間的關(guān)系需要更多的實(shí)驗(yàn)測(cè)定工 作；關(guān)于高生長(zhǎng)速率下的胞狀晶生長(zhǎng)及枝晶向胞晶轉(zhuǎn)變的實(shí)驗(yàn)觀察和模型化工 作；深入分析高生長(zhǎng)速率下溫度依從的擴(kuò)散系數(shù)及界面附著動(dòng)力學(xué)對(duì)枝晶和胞晶 生長(zhǎng)以及對(duì)界面形貌穩(wěn)定性的影響；定量表述化學(xué)成分及熔體熱歷史對(duì)非均質(zhì)形 核的影響；相組成及顯微結(jié)構(gòu)與各種使用性能之間的關(guān)系。 最終采用計(jì)算機(jī)輔助 工程(CAE)的手段，對(duì)快速凝固過程實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)模擬和定量分析，對(duì)