粉末冶金材料課程-第九章

1、粉末冶金材料應(yīng)用與新發(fā)展 宋春林23 噴射成形技術(shù)4 噴射成形特點(diǎn):把金屬的霧化過(guò)程與成形過(guò)程結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)大尺度快速凝固材料的一次成形，以最小的工序，直接從液態(tài)金屬中制取具有快凝組織、整體致密的高性能材料或半成品坯件 可以大幅度地提高傳統(tǒng)材料的性能，同時(shí)不會(huì)明顯增加材料的制備成本，并容易獲得較高的產(chǎn)量 噴射成形具有晶粒細(xì)小、宏觀偏析和微觀偏析小的特點(diǎn) 相對(duì)于粉末冶金技術(shù)，冶金工序少，氧化程度小5 噴射成形6 噴射成形原理7 噴射成形的技術(shù)優(yōu)勢(shì) 含氧量低:噴射成形過(guò)程中，金屬以熔滴狀態(tài)存在的時(shí)間極短(10-3s)，且在惰性氣體保護(hù)之中 合金性能得到改進(jìn):晶粒細(xì)小均勻、偏析程度小、合金化元素固

2、溶度高、易產(chǎn)生非平衡相等優(yōu)點(diǎn) 流程短，工序簡(jiǎn)化。例如可將生產(chǎn)不銹鋼管的普通鑄造的17道和粉末冶金的12道縮減為8道 具有廣泛的通用性和產(chǎn)品的多樣性:適合多種金屬，可直接成形餅、棒、管和板等接近零件實(shí)際形狀的多種坯件和材料 高的噴射沉積效率，有利于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，生產(chǎn)效率可達(dá)25-200kg/min8 噴射成形的主要問(wèn)題 工藝參數(shù)的確定需要大量的工作，控制參數(shù)在10個(gè)左右 自動(dòng)化水平不高，勞動(dòng)強(qiáng)度大 面臨粉末冶金技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng) 過(guò)噴粉的回收問(wèn)題,沉積收得率最高為90%，一般保持在50-70%之間9 噴射成形的工藝過(guò)程10 噴射成形的工藝過(guò)程11 噴射成形沉積物的冷卻和凝固 噴射成形過(guò)程中熔滴以50-

3、100m/s的高速度到達(dá)沉積物表面，并與霧化氣體發(fā)生強(qiáng)烈的熱交換 在霧化氣體強(qiáng)烈的冷卻作用下，尺寸較小的霧滴，其過(guò)熱和結(jié)晶潛能能夠迅速散失而凝固成全固態(tài)的小顆粒，尺寸較大的霧滴，在噴射階段可以保持完全的液態(tài)狀態(tài)；大部分中等尺寸的霧滴，在噴射過(guò)程中，飛行時(shí)間不足以散失掉全部的過(guò)熱或結(jié)晶潛熱，處于半凝固的過(guò)冷狀態(tài)12 工藝的選擇及優(yōu)化：沉積效率及影響因素 當(dāng)半凝固態(tài)霧滴以100m/s的速度撞擊到沉積表面時(shí)，半固態(tài)的熔滴的枝晶發(fā)生斷裂，類似于流變鑄造 沉積表面的半固態(tài)金屬，當(dāng)攪動(dòng)率下降時(shí)，其粘度快速增加，流動(dòng)性快速降低，但是表面層以下的材料不會(huì)再受到高速液滴的撞擊，這種類似液態(tài)的特征迅速消失，即使噴

4、射成形坯件和管材高速旋轉(zhuǎn)，沉積的形狀通常仍能保持穩(wěn)定，噴射成形過(guò)程仍能進(jìn)行13 工藝的選擇及優(yōu)化：沉積效率及影響因素14 工藝的選擇及優(yōu)化：沉積效率及影響因素15 工藝的選擇及優(yōu)化：致密性及影響因素噴射成形的孔形態(tài) 孔隙在顆粒間存在，約占材料體積的1% 在沉積的冷區(qū)存在，即在基底上或在沉積物的邊緣有大量孔隙 在熱區(qū)存在，往往是大于沉積顆粒尺寸的球形孔隙16 工藝的選擇及優(yōu)化：致密性及影響因素在沉積坯底部，由于冷卻速率快，固相分率可達(dá)到100%，這就產(chǎn)生了相互連通的搭接式孔隙。在這種情況下，沒(méi)有液相填充固體顆粒的空洞，所以沒(méi)有真正的沉積這說(shuō)明在基底上迅速得到半液態(tài)表面的重要性，也證實(shí)了冷卻慢的基

5、底對(duì)成功噴射成形的必要性在噴射過(guò)程中沒(méi)有必要得到過(guò)細(xì)的顆粒，因?yàn)檫@將增加霧化顆粒的固含量，難以得到半液體的表面使用絕熱基底，或是預(yù)熱的金屬基底有利于得到半液態(tài)的表面17 工藝的選擇及優(yōu)化：致密性及影響因素18 工藝的選擇及優(yōu)化：致密性及影響因素金屬熔體在高速氣流的沖擊下霧化成彌散分布的液態(tài)霧滴過(guò)程中，氣體會(huì)被顆粒卷吸而殘存在沉積層中，被卷吸的氣體在凝固過(guò)程中不能及時(shí)逸出，將會(huì)在沉積層中形成以中國(guó)接近圓形且表面光滑的孔隙，稱為卷吸式孔隙，這種孔隙在沉積材料孔隙中比例最大19 工藝的選擇及優(yōu)化：晶粒結(jié)構(gòu)和影響因素噴射成形材料具有快速凝固材料的微觀特征:等軸晶結(jié)構(gòu)細(xì)和偏析小沉積坯表面在高速液滴或顆粒

6、的撞擊下，表面半液態(tài)層中的凝固生長(zhǎng)的樹(shù)枝晶可能發(fā)生斷裂，使凝固組織得到細(xì)化，然后在凝固過(guò)程中發(fā)生顆粒長(zhǎng)大，顆粒生長(zhǎng)速率很慢，所以顆粒尺寸也很小20 工藝的選擇及優(yōu)化：晶粒結(jié)構(gòu)和影響因素21 工藝的選擇及優(yōu)化：晶粒結(jié)構(gòu)和影響因素22 噴射成形設(shè)備噴射成形包括金屬熔化、霧化和沉積3個(gè)主要工藝過(guò)程l包括熔化機(jī)構(gòu)、霧化機(jī)構(gòu)、沉積運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)l還應(yīng)該包括真空系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、粉末收集系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等設(shè)備l關(guān)鍵部分是氣體霧化噴嘴和沉積霧化顆粒的沉積基底及控制基底運(yùn)動(dòng)的機(jī)械部分23 噴射成形設(shè)備24 噴射成形應(yīng)用：鋁基合金25 噴射成形應(yīng)用：鋁基合金26 噴射成形應(yīng)用：鋁基合金27 噴射成形應(yīng)用：鋼鐵28 噴射成形應(yīng)用：鋼鐵29 噴射成形應(yīng)用：鋼鐵30