材料先进制备技术.doc

江苏理工学院 题目：喷射成型技术及其工程应用 学 院：机 械 工 程 学 号：2013510123 姓 名： 易 智 飞 指导老师： 卢 雅 琳 喷射成形技术研究进程与发展趋势 1.1.1喷射成形技术简介 喷射成形（Spray Forming）技术，也有人称为喷射沉积（Spray Deposition）或喷射铸造（Spray casting）技术[A]，这是上世纪80年代以来，工业发达的国家在传统快速凝固、粉末冶金（RS/PM）工艺基础上发展起来的一种全新的先进材料制备与成形技术[1]，喷射成形技术的其中一种典型装置结构如图1[2]，工艺过程是将金属液流在高压惰性的气体下雾化破碎为大量轻质细小的液滴，使具有高速的液滴沿着喷嘴轴线方向飞行，在液滴尚未全部凝固之前，将它沉积到预设好具有特定运动及一定形状的基底上并使之快速成形。它具有快速凝固技术的材料晶粒细小、组织均匀等。 1. 金属熔液 2. 漏斗 3. 雾化器 4. 雾化平台 5. 雾化锥装置 6. 沉积坯 7. 接收基底 8. 传动机构 9. 沉积室 10. 排气及粉尘收集装置 图1-1 喷射成形示意图 Figure 1-1 Schematic spray forming 喷射成形技术有着低的生产成本及高的产品性能等综合优越性。它的成本效益是由于将熔融金属直接转化为半成品的一步作业，其优越的性能是由因为喷射成形制品的显微组织细化及避免了宏观偏析的结果。喷射成形技术现在已经能够制造许多形状的产品以及多种成分的合金系列。目前，运用喷射成形技术已经可以生产各种不同成分的硅合金，如超高强合金，高硅铝合金，高比强度和高比模量铝合金，耐磨和低膨胀铝合金，耐热铝合金，颗粒增强铝基复合材料等[3]。喷射成形技术工艺的凝固过程明显区别于粉末冶金和铸造两种工艺，与后两者相比，喷射成形技术工艺具有如表1-1所列举的技术特征。 表1-1 喷射成形与铸造、粉末冶金工艺特征比较 Tab 1-1 Injection?is?forming and?casting,?powder metallurgy process?characteristics 项 目 铸 造 粉末冶金 喷射成形 凝固速率/K °s-1 (10 102(105 102(155 平均晶粒度/(m 102 (15 0.9 (15 晶粒的形状 树枝状 树枝状 等轴状，用于半固态加工坯料方向 合金的相粒度/(m 　103 15 15 合金元素偏析的距离/(m 103 101 101 合金元素含量极限 一般 高，难成形 高，可开发新型合金，如Al-70Si 氧化物及杂志含量 低 高 最低 塑性 一般 差 好 强度 一般 高 高 热加工性 一般 差 好 高合金产品规模成本 贵 昂贵 低 杂质敏感性 高 较高 低 生产效率 高 低 高 产品规格 灵活 小 大，不宜太小 生产过程控制要求 一般 较高 高 喷射成形工艺凝固过程中，高压气体在雾化时将金属液击碎成为很小的液滴，金属液滴在与雾化气体发生强对流散热过程中，拥有很大的冷却速度同时具有很高的轴向速度，使其以高速撞击在预先具有特定运动及一定形状的坯体上，使其组织球化，打碎已经形成的枝晶，因此，采用该技术所得到的材料组织显示为细小的等轴晶，等轴晶晶粒大小一般在0.9μm到15μm之间。喷射成形材料中通常情况下还伴随着低水平的溶质原子再分配，以及第二相细化及金属间化合物(一般15μm)。 快速凝固技术不仅提高了合金化程度，同时还实现晶粒细化、偏析减少以及组织均匀，提高了合金的强度和韧性[4]。喷射成形科学技术的从无到有，进入产业化后的生产应用阶段，整体来看，虽然还是一个比较年轻的涉及材料开发、研制、应用的领域，但已日趋成熟。 喷射成形产业经正确的思路引导，已为充分利用雾化沉积过程中所用的技术提供了各种可能，使产品的制造成本更低，或生产出具有明显优势和尚未出现的新型产品。喷射成形技术的中心任务是将该技术所潜在效益转变为现实的经济效益和技术优势，从而促进自身发展完善[5]。 1.1.2喷射成形技术发展及应用 喷射成形技术最早是由英国Swansea大学的一位Singer教授所提出，当时为了降低传统铸造-轧制工艺的能耗，Singer教授及其团队创造了将熔融的金属通过喷射沉积到旋转辊上，同时直接轧制成带材的一体化的工艺，被称为喷射轧制工艺[6]，此后该技术由Brooks等人发展知名，并成立了知名的Osprey公司，并在1974年创新的将此技术应用在锻造毛坯的生产，进而发明了spr