材料先進(jìn)成形方法

1、材料先進(jìn)成形方法課件第1頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)51分，星期四半固態(tài)金屬加工技術(shù)的出現(xiàn)和概念半固態(tài)成形是一種新興的金屬成形技術(shù)，它與固態(tài)成形、液態(tài)成形同屬金屬成形領(lǐng)域。在合金狀態(tài)圖上，半固態(tài)成形是指合金處于液相線溫度和固相線溫度之間時(shí)對(duì)金屬漿料進(jìn)行的加工成形，利用了金屬?gòu)囊簯B(tài)向固態(tài)或固態(tài)向液態(tài)過渡（即固液共存）時(shí)的特性，填補(bǔ)了液相線和固相線之間沒有加工成形方法的空白。半固態(tài)成形在各種傳統(tǒng)成形方法中按成形溫度的排序如圖 所示。 第2頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)51分，星期四半固態(tài)金屬加工技術(shù)的出現(xiàn)和概念 半固態(tài)加工的起源 20世紀(jì)70年代初的美國(guó)麻省理工學(xué)院 Da

2、vid Spencer Merton Fleming第3頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)51分，星期四半固態(tài)金屬加工技術(shù)的出現(xiàn)和概念半固態(tài)加工技術(shù)(Semi-Solid Metal forming)，簡(jiǎn)稱SSM，就是金屬在凝固過程中，進(jìn)行劇烈攪拌，或控制固一液態(tài)溫度區(qū)間，得到一種液態(tài)金屬母液中均勻地懸浮著一定固相組分的固液混合漿料(固相組分甚至可高達(dá)60%)，這種半固態(tài)金屬漿料具有流變特性，即半固態(tài)金屬漿料具有很好的流動(dòng)性，易于通過普通加工方法制成產(chǎn)品，采用這種即非完全液態(tài)，又非完全固態(tài)的金屬漿料加工成形的方法，就稱為半固態(tài)金屬加工技術(shù)。第4頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)

3、51分，星期四半固態(tài)金屬加工技術(shù)的出現(xiàn)和概念 半固態(tài)成形技術(shù)與傳統(tǒng)加工成形技術(shù)的區(qū)別 合金在半固態(tài)狀態(tài)下呈現(xiàn)出類似液體可以流動(dòng)的、帶有粘性的特性，即流變性。第5頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)51分，星期四半固態(tài)金屬加工技術(shù)的出現(xiàn)和概念經(jīng)研究，之所以出現(xiàn)上述情況，是因?yàn)榛w中存在奇特的球狀微粒結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)不會(huì)形成交錯(cuò)的樹枝狀結(jié)晶組織，而是球狀微粒懸浮在液態(tài)的金屬母液中。球化了的固體質(zhì)點(diǎn)對(duì)金屬漿液的粘度影響很大，這種組織比樹枝狀質(zhì)點(diǎn)漿液的粘度要低得多。對(duì)于有球狀微粒結(jié)構(gòu)的半固態(tài)合金組織，由于固體質(zhì)點(diǎn)始終保持被金屬母液(即液態(tài)基體)分隔的狀態(tài)，因此，即使當(dāng)固相體積分?jǐn)?shù)高達(dá)60%時(shí)，這些

4、質(zhì)點(diǎn)也不會(huì)形成互相連結(jié)的網(wǎng)狀結(jié)晶組織，這就是半固態(tài)合金粘度降低并具有流動(dòng)性的原因。第6頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)51分，星期四半固態(tài)金屬加工技術(shù)的出現(xiàn)和概念枝晶 半固態(tài)第7頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)51分，星期四半固態(tài)組織的形成機(jī)理 (a) 凝固初期 （b）網(wǎng)狀枝節(jié)常規(guī)鑄造方法凝固示意圖 第8頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)51分，星期四半固態(tài)組織的形成機(jī)理枝晶斷裂機(jī)制 在合金的凝固過程中，當(dāng)結(jié)晶開始時(shí)晶核是以枝晶方式生長(zhǎng)的。在較低溫度下結(jié)晶時(shí)，經(jīng)攪拌的作用，晶粒之間將產(chǎn)生相互碰撞，由于剪切作用致使枝晶臂被打斷，這些被打斷的枝晶臂將促進(jìn)形核，形成許多細(xì)

5、小的晶粒。隨著溫度的降低，這些小晶粒從薔薇形結(jié)構(gòu)將逐漸演化成更簡(jiǎn)單的球形結(jié)構(gòu) 。(a)未變形枝晶 (b)枝晶彎曲 (c)晶界形成 (d) 晶界被潤(rùn)濕第9頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)51分，星期四半固態(tài)組織的形成機(jī)理(b) 枝晶熔斷機(jī)制在劇烈的攪拌下，晶粒被卷入高溫區(qū)后，較長(zhǎng)的枝晶臂容易被熱流熔斷，這是由于枝晶臂根部的直徑要比其它部分小一些，而且二次枝晶臂根部的溶質(zhì)含量要比它表面稍微高一些，因此枝晶臂根部的熔點(diǎn)要低一些，所以攪拌引起的熱擾動(dòng)容易使枝晶臂根部發(fā)生熔斷。枝晶碎片在對(duì)流作用下，被帶入熔體內(nèi)部，作為新的長(zhǎng)大核心而保存下來(lái)，晶粒逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榻蛐?。?0頁(yè)，共53頁(yè)，2022年

6、，5月20日，3點(diǎn)51分，星期四半固態(tài)組織的形成機(jī)理 (c) 晶粒漂移、混合抑制機(jī)制 在攪拌的作用下，熔體內(nèi)將產(chǎn)生強(qiáng)烈的混合對(duì)流，凝固過程是就在激烈運(yùn)動(dòng)的條件下進(jìn)行，因而是一種動(dòng)態(tài)的凝固過程。結(jié)晶過程是晶體的形核與長(zhǎng)大的過程，強(qiáng)烈的對(duì)流使熔體溫度均勻，在較短的時(shí)間內(nèi)大部分熔體溫度都降到凝固溫度，再由于成分過冷，熔體中存有大量的有效形核質(zhì)點(diǎn)，在適宜條件下能以非均勻形核的方式形成大量晶核，而混合對(duì)流引起的晶粒漂移又極大的增大了形核率。然而在長(zhǎng)大過程中，強(qiáng)烈的混合對(duì)流則極大的改善了熔體中的傳熱和傳質(zhì)過程，對(duì)晶體的生長(zhǎng)起到了強(qiáng)烈的抑制作用。 由于混合對(duì)流作用，使得熔體的溫度和成分相對(duì)均勻。所謂的混合抑

7、制機(jī)制正是指這種環(huán)境不利于擇優(yōu)生長(zhǎng)，或者說這種生長(zhǎng)方式受到了強(qiáng)烈地抑制，而只能選擇各個(gè)方向長(zhǎng)大，于是獲得了球狀的非枝晶組織。第11頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)51分，星期四半固態(tài)組織的形成機(jī)理(d) 枝晶彎曲機(jī)制： Vogel和Doherty 等人認(rèn)為枝晶臂在流動(dòng)應(yīng)力作用下會(huì)發(fā)生彎曲，并且位錯(cuò)的產(chǎn)生將導(dǎo)致塑性變形的產(chǎn)生。在固相線以上溫度時(shí)，位錯(cuò)間發(fā)生攀移并且互相結(jié)合形成晶界，當(dāng)相鄰晶粒的取相差超過20，晶粒晶界能超過固-液界面能的兩倍，液體就將潤(rùn)濕晶界并沿著晶界迅速滲透，從而使枝晶臂與主干分離，其機(jī)制如圖所示。(a)初始枝晶碎片 (b)枝晶生長(zhǎng) (c)薔薇形晶粒 (d)長(zhǎng)大了的薔

8、薇形晶粒 (e) 球形晶粒第12頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)51分，星期四半固態(tài)金屬加工技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)第13頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)51分，星期四半固態(tài)金屬加工技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)第14頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)51分，星期四半固態(tài)漿料制備技術(shù) 實(shí)現(xiàn)半固態(tài)加工的前提是半固態(tài)漿料的制備。半固態(tài)漿料制備的目標(biāo)就是提供含有細(xì)小均布的非枝晶(或球晶)初生相組織漿料。綜合可分為以下幾種制備技術(shù)。第15頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)51分，星期四半固態(tài)漿料制備技術(shù)攪拌制備技術(shù) 1)機(jī)械攪拌法 機(jī)械攪拌法起源于MIT，是最早發(fā)展起來(lái)的半固態(tài)加工方法。它基本上分為

9、兩種類型:一種是類似粘度測(cè)量的雙筒旋轉(zhuǎn)法，其在制備半固態(tài)漿料同時(shí)可測(cè)量一些與漿料流變特性相關(guān)的參數(shù);另一種是在熔融金屬中插入攪拌棒進(jìn)行攪動(dòng)。機(jī)械攪拌法的特點(diǎn)是設(shè)各簡(jiǎn)單，容易獲得較高剪切速率;攪拌是在金屬表面下進(jìn)行的，卷氣量小;冷卻速度快，可獲得細(xì)小組織，所獲固相組織為近似玫瑰花狀和球狀。第16頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)51分，星期四半固態(tài)漿料制備技術(shù)第17頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)51分，星期四半固態(tài)漿料制備技術(shù)機(jī)械攪拌法的特點(diǎn) 可以獲得很高的剪切速率，有利于形成細(xì)小的球形微觀結(jié)構(gòu)。 裝置比較笨重、操作困難、生產(chǎn)率低、固相率只能限制在30%-60%的范圍內(nèi)。第1

10、8頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)51分，星期四半固態(tài)漿料制備技術(shù)(2)電磁攪拌法 電磁攪拌是借助電磁力強(qiáng)化鑄坯內(nèi)未凝固金屬熔液的運(yùn)動(dòng)，從而改變凝固過程的流動(dòng)、傳熱和傳質(zhì)，達(dá)到細(xì)化晶粒、改善鑄坯質(zhì)量的目的。第19頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)51分，星期四半固態(tài)漿料制備技術(shù)非攪拌制備技術(shù)SIMA (Strain Induced Melt Activation)技術(shù)SIMA技術(shù)最早由Young等人發(fā)明，即把常規(guī)鑄錠經(jīng)過20%左右的預(yù)形變，然后加熱到半固態(tài)，在加熱過程中，首先發(fā)生再結(jié)晶，然后部分熔化，使固相晶粒彌散分布在液相基體中，進(jìn)而得到半固態(tài)成形所需原材料。第20頁(yè)，共5

11、3頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)51分，星期四半固態(tài)漿料制備技術(shù)2)液相線鑄造 液相線鑄造是最近發(fā)展起來(lái)的一種半固態(tài)漿料制備替代技術(shù)。在液相線鑄造中，將合金熔體控制在液相線溫度并直接澆鑄到模具中，所得微觀組織通常是細(xì)小的非枝晶組織。一旦將其再加熱，液相線鑄造組織會(huì)迅速球化并形成適合后續(xù)成形的組織。第21頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)51分，星期四半固態(tài)漿料制備技術(shù)3)噴射鑄造法 噴射鑄造(Osprey)是另外一種非攪拌坯料制備技術(shù)。先用高壓氣體將液態(tài)金屬流霧化成微米級(jí)液滴，其中一些大微滴在霧化過程仍然保持液態(tài)，而一些小微滴在霧化過程中發(fā)生快速凝固。在移動(dòng)基底上收集這些微滴的過程中

12、，具有高液相分?jǐn)?shù)的液態(tài)和半固態(tài)微滴與具有高固相分?jǐn)?shù)的固態(tài)和半固態(tài)微滴相互沖擊，經(jīng)歷重熔和再凝固，可獲得具有球狀組織的半固態(tài)漿料。第22頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)51分，星期四半固態(tài)漿料制備技術(shù)4)粉末壓制法 由英國(guó)Surrey大學(xué)T. W. Clyne等人發(fā)明的基于粉末的粉末壓制法 (Consolidation of Mixed Powders as Synthetic Slurry)是將兩種具有不同熔點(diǎn)的粉末混合并沖壓成一定形狀，然后快速加熱至低熔點(diǎn)合金熔點(diǎn)以上，低熔點(diǎn)粉末熔化而高熔點(diǎn)粉末仍然以顆粒狀保留在液相基體中，由此得到半固態(tài)組織。第23頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月2

13、0日，3點(diǎn)51分，星期四半固態(tài)漿料制備技術(shù)5)超聲波處理法 對(duì)正在凝固的熔體施加高能量的超聲波振動(dòng)(或超聲波處理)以達(dá)到鑄件組織細(xì)化的技術(shù)可追溯到70年代中期。在過去幾年中，研究者又對(duì)這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于半固態(tài)漿料制備產(chǎn)生了興趣。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)冷卻熔體的溫度恰好處于液相線以上一定溫度時(shí)應(yīng)用超聲波處理可產(chǎn)生非常細(xì)小的非枝晶組織，并適合于隨后的再加熱和半固態(tài)加工。第24頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)51分，星期四半固態(tài)漿料制備技術(shù)6)化學(xué)晶粒細(xì)化法 現(xiàn)在化學(xué)晶粒細(xì)化在鋁合金連續(xù)鑄造中是一種很普遍的方法。目前，這項(xiàng)技術(shù)也被考慮用于半固態(tài)漿料生產(chǎn)。它通過提高非均質(zhì)形核率和抑制枝晶生長(zhǎng)，可獲得細(xì)小等

14、軸晶組織。在適當(dāng)?shù)木Я＜?xì)化步驟下，這樣的組織可用于隨后的再加熱和半固態(tài)成形。第25頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)51分，星期四半固態(tài)成形技術(shù) 半固態(tài)零件成形技術(shù)通常可分為兩類:流變加工技術(shù)和觸變加工技術(shù)。 熔煉、合金配制制 漿半固態(tài)坯料制備下 料二 次 加 熱觸變成形流變鑄造零件毛坯第26頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)51分，星期四半固態(tài)成形技術(shù) 流變加工技術(shù)主要是在合金凝固過程中施加剪切制備半固態(tài)漿料并將所獲漿料直接轉(zhuǎn)移到模具中成形零件； 觸變加工技術(shù)則分為兩步:首先制備具有觸變特性的坯料，再通過二次加熱將坯料加熱至半固態(tài)溫度進(jìn)行零件成形。第27頁(yè)，共53頁(yè)，2022

15、年，5月20日，3點(diǎn)51分，星期四半固態(tài)成形技術(shù)流變鑄造 流變鑄造也被稱為攪動(dòng)鑄造，但至今它還沒有得到廣泛商業(yè)化應(yīng)用。其中一個(gè)重要原因可能是由于漿料的質(zhì)量問題。原始的機(jī)械攪拌所獲組織為直徑為幾百微米或接近毫米級(jí)的玫瑰花狀晶粒，使得漿料觸變特性較差，無(wú)法較好地進(jìn)行鑄造或鍛造成形;而電磁攪拌所獲組織為退化的等軸枝晶，需將其在半固態(tài)溫度下保溫足夠長(zhǎng)時(shí)間，否則不適合直接成形零件。另外可能的原因是由于該過程不易控制和技術(shù)最初方案本身所存在的低生產(chǎn)率問題。但是，半固態(tài)漿料直接成形零件具有非常大的優(yōu)勢(shì)，如節(jié)約能源，生產(chǎn)環(huán)節(jié)少，使它很具有吸引力最近，工業(yè)公司就發(fā)展了一種新流變鑄造(NRC)方法。利用與前面所述

16、液相線鑄造相似的方法通過控制冷卻來(lái)形成半固態(tài)漿料。至今，NRC法己用于鋁合金，鍛造鋁合金和鎂合金生產(chǎn)。它所允許采用的合金范圍很寬，特別是對(duì)鎂合金而言，比觸變成形和擠壓具有很大成本優(yōu)勢(shì)。第28頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)51分，星期四半固態(tài)成形技術(shù)觸變成形 二次加熱 半固態(tài)錠坯在觸變成形之前，必須先進(jìn)行二次加熱，即把錠坯加熱到液固兩相區(qū)，使組織局部重熔。其目的一方面是為了獲得觸變工藝所需要的含有一定固相體積分?jǐn)?shù)的半固態(tài)錠坯，另一方面是為了使處于液固兩相區(qū)間的半固態(tài)坯料中的非枝晶組織逐漸長(zhǎng)大，并轉(zhuǎn)化為球狀結(jié)構(gòu)，為觸變成形創(chuàng)造有利條件 。第29頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)

17、51分，星期四半固態(tài)成形技術(shù)觸變成形工藝是將已制備好的半固態(tài)金屬漿料快速冷卻，凝固成錠坯后，根據(jù)產(chǎn)品所需尺寸下料，經(jīng)二次加熱重新加熱到固液兩相區(qū)溫度區(qū)域進(jìn)行非枝晶處理，利用它的觸變性能進(jìn)行成形的技術(shù)。按成形的方式可以分為： (a)半固態(tài)模鍛 (b)半固態(tài)擠壓(c)半固態(tài)壓鑄(d)半固態(tài)軋制第30頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)51分，星期四半固態(tài)成形技術(shù)半固態(tài)壓鑄半固態(tài)壓鑄是以流變性半固態(tài)金屬或觸變性半固態(tài)金屬加入壓室進(jìn)行壓鑄，是本世紀(jì)近20年來(lái)壓鑄發(fā)展的重要標(biāo)志之一。其工藝流程有兩種，一種是流變壓鑄，另一種是觸變壓鑄。鋁合金觸變鑄造是將常溫下已制好的半固態(tài)漿料重新加熱到固液兩相區(qū)，

18、獲得約 50%甚至更高固相組分的漿料，然后將半固態(tài)漿料送入模腔，在很小的壓力作用下，它就會(huì)象液體一樣在模腔內(nèi)流動(dòng)，能夠?qū)⑿螤钍謴?fù)雜的模腔充滿。與普通的壓力鑄造相比，它是以層流方式進(jìn)行的，可以避免普通壓力鑄造因紊流造成的氣體卷入。第31頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)51分，星期四半固態(tài)成形技術(shù) 目前，就按現(xiàn)有的半固態(tài)壓鑄技術(shù)來(lái)說，與常規(guī)壓鑄和擠壓鑄造相比，有三個(gè)主要的區(qū)別。(1 )具有較高的粘度，不但可以生產(chǎn)出高致密、高強(qiáng)度、可熱處理和可焊接的零件，而且還能壓鑄出比擠壓鑄造件更薄的零件。(2 )鑄件凝固時(shí)，散發(fā)的凝固熱比液態(tài)壓鑄小得多，說明熱焓較低，從而提高生產(chǎn)率，并延長(zhǎng)模具壽命。

19、(3 )凝固收縮量較小，補(bǔ)縮問題并不重要，即使鑄件厚薄不均勻，也能獲得具有致密、均勻和精細(xì)的內(nèi)部組織，從而在相應(yīng)的冷卻速率條件下，保證獲得優(yōu)良的力學(xué)性能。第32頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)51分，星期四半固態(tài)成形技術(shù)(b) 半固態(tài)擠壓半固態(tài)擠壓是用加熱爐將坯料加熱到半固態(tài)，然后放入擠壓模腔，施加壓力，通過凹模?？跀D出所需形狀和性能的制品。在擠壓中由于液相的存在，合金形變抗力大大降低，減小了擠壓抗力，又因其工作溫度處于固液兩相區(qū)，與全液態(tài)成形工藝相比降低了所需溫度，在適宜的工藝條件下可獲得機(jī)械性能和內(nèi)部組織良好的擠壓產(chǎn)品，因而備受矚目。半固態(tài)擠壓研究得最多的是鋁合金和銅合金的棒、線

20、、管、型材的加工。由于加工制品的性能好，容易操作，應(yīng)用前景廣闊。是難加工材料、顆粒強(qiáng)化復(fù)合材料、纖維強(qiáng)化復(fù)合材料加工不可缺少的加工技術(shù)。第33頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)51分，星期四半固態(tài)成形技術(shù)(c) 半固態(tài)軋制 處于半固態(tài)狀態(tài)的具有球形晶的金屬材料，僅有保持其固體形狀不被破壞的強(qiáng)度，變形抗力很低，這種性質(zhì)對(duì)軋制成形有利，現(xiàn)在開發(fā)的半固態(tài)軋制工藝是在軋機(jī)的入口處設(shè)置加熱裝置，將被軋制材料加熱到所要求的半固態(tài)后，送入軋輥間軋制的方法，主要是用于板材的軋制成形。第34頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)51分，星期四半固態(tài)成形技術(shù)半固態(tài)模鍛即是指將半固態(tài)金屬漿料模鍛成形的新

21、方法，就是將坯料加熱到有50左右體積液相的半固態(tài)狀態(tài)的材料，然后在具有略高預(yù)熱溫度的模具型腔內(nèi)進(jìn)行半固態(tài)成形，獲得所需的接近成品尺寸零件經(jīng)濟(jì)的工藝。第35頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)51分，星期四噴射成形第36頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)51分，星期四發(fā)展背景快速凝固技術(shù)(RSP) 快速凝固一粉末冶金技術(shù)(RS-PM)第37頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)51分，星期四噴射成形概念噴射成形 (Spray forming)，也稱為噴射沉積（Spray deposition）、霧化鑄造 (Spray casting)、奧斯普瑞工藝(Osprey process

22、)和液體動(dòng)壓緊實(shí)（Liquid dynamics compaction） ，是二十世紀(jì)七十年代初工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家在傳統(tǒng)快速凝固/粉末冶金(RS/PM)工藝基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)材料先進(jìn)制備新技術(shù)。第38頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)51分，星期四噴射成形原理 噴射沉積的原理: 在惰性氣體的保護(hù)下，熔融金屬被破碎形成細(xì)小金屬熔滴，熔體的破碎方式可以是高壓氣體霧化也可以是機(jī)械破碎，如離心霧化。霧化熔滴在飛行過程中通過對(duì)流等熱傳遞方式與周圍介質(zhì)發(fā)生熱交換而迅速冷卻。在熔滴完全凝固之前，熔滴與收集器(基體)碰撞后沉積固結(jié)形成沉積坯。沉積坯可以從基體上剝離進(jìn)行后續(xù)的冷/熱加工處理獲得所需的噴射沉積

23、產(chǎn)品。其中氣體霧化的噴射沉積原理如圖1-1所示。第39頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)51分，星期四噴射成形原理第40頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)51分，星期四噴射成形原理 在熔滴與基體的碰撞過程中，通過采用不同形狀的基底，控制熔滴噴射流與基體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方式可以獲得諸如管、棒、板、帶等多種形狀的沉積坯，如圖1-2所示。第41頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)51分，星期四噴射成形原理第42頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)51分，星期四噴射沉積工藝發(fā)展 噴射沉積的概念和原理最早是由英國(guó)Swansea大學(xué)A.Singer教授1968年提出，1970年首次

24、公開報(bào)道的。噴射沉積技術(shù)原理與其它工藝技術(shù)相結(jié)合，演變出了多種噴射沉積工藝方式，如噴射軋制、噴射鍛造、離心噴射沉積和噴射共沉積等。這些工藝的裝置和特點(diǎn)分別如下:第43頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)51分，星期四噴射沉積工藝發(fā)展 (1)噴射軋制 噴射軋制技術(shù)是1970年Singer教授提出的，該技術(shù)綜合了噴射沉積技術(shù)、單輥快速凝固技術(shù)和軋制技術(shù)，其工藝原理如圖1-3所示。第44頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)51分，星期四噴射沉積工藝發(fā)展 (2)噴射鍛造 1974年R.Brooks等人成功地將Singer等人提出的噴射沉積原理應(yīng)用到鍛造毛坯的生產(chǎn)，發(fā)展了世界著名的Ospre

25、y工藝，開發(fā)了適合于噴射沉積的一系列合金，并獲得了兩項(xiàng)專利，第45頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)51分，星期四噴射沉積工藝發(fā)展 (3)離心噴射沉積 離心噴射沉積是1976年Singer和Kisakurek等人提出的，其裝置的示意圖如圖1-5所示。該工藝中，熔融金屬被離心霧化，霧化液滴沉積在冷卻襯底上，制備具有軸對(duì)稱中心孔的產(chǎn)品。第46頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)51分，星期四噴射沉積工藝發(fā)展 噴射共沉積 是將噴射沉積原理與復(fù)合材料制備技術(shù)相結(jié)合的一種新型噴射沉積工藝，最早是由Singer教授開始進(jìn)行的研究。該工藝是指在噴射沉積過程中，把具有一定動(dòng)量的顆粒增強(qiáng)相強(qiáng)制噴到

26、霧化流中，熔融金屬和顆粒增強(qiáng)相共同沉積在冷基底上，形成顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料。第47頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)51分，星期四噴射沉積工藝發(fā)展在噴射共沉積過程中，增強(qiáng)相的加人方式主要有三種(如圖1-6)：一種是顆粒直接從霧化氣體管道中加入，一種是直接把增強(qiáng)相引人到熔體流出口處，另一種則直接將增強(qiáng)相強(qiáng)制噴人金屬熔滴霧化錐內(nèi)。第48頁(yè)，共53頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)51分，星期四噴射沉積工藝發(fā)展 80年代中后期噴射沉積技術(shù)已從純實(shí)驗(yàn)研究走向商業(yè)化和應(yīng)用，在美國(guó)、日本和歐洲已有三十多家企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)從事商業(yè)生產(chǎn)和開發(fā)研究。其中包括瑞典的Sandvik公司，英國(guó)的Cospray公司(Alcan分支機(jī)構(gòu))、Osprey公司、Rolls-Royce公司，德國(guó)的Mannesman Demag和Peak公司，法國(guó)的Rechiney公司及日本的住友重工，美國(guó)的Howmet公司、GE(通用電氣)公司和荷蘭、瑞士、芬蘭的一些公司，以及美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT)、Drexel大學(xué)、美國(guó)海軍，英國(guó)Swanse大學(xué)，Sheffield大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)。研究和生產(chǎn)產(chǎn)品的合金品種有不銹鋼、高速鋼、工具鋼、高溫合金、高強(qiáng)鋁合金、銅合