冶金新技术讲座3.ppt

第六章 毛坯生产新技术—近终成形 近终成形技术(Near Net Shape Technology)是20世纪80年代电渣精铸-电渣转铸及电渣离心铸造问世,以及微电弧成形的发展，由国际冶金界首先定名为构件近终成形技术，成为材料制备学的一个新分支。 连铸技术的发展及技术突破，在传统连铸技术基础上开发了薄板坯连铸、辊式薄带连铸及超小断面线坯和空心管坯连铸，构成近终形连铸（Near Net Shape Continuous）新概念。 当代一切提高金属零件质量的手段，不外乎提高金属纯净度，控制零件凝固组织，以及通过微合金化及热处理以改善性能。近终成形集中在一道工序完成物性转变，无疑是物性转变与物性控制过程中最佳的短流程工艺之一。 近终成形技术分为六大类，其学科分支框图如下： 近终成形新技术 构件近终成形 Near Net Shape Comoponent 微电弧熔炼成形 1.微电弧熔炼成形 微电弧熔炼成形MAMS是一项金属密集型的新工艺，如图所示。 用电脑控制焊接机械手，按所 需构件尺寸及形状编制程序，发 出指令，进行氩弧堆焊，焊丝是 所制备构件同成分金属丝，作自 耗电极，通过微小电弧熔炼堆焊 成所需构件。 金属熔炼在惰性气体Ar的保护 下，氩气对气氛中N、H、O的稀 释促使堆焊金属中N、H、O的逸 出，起精炼作用。 微电弧熔炼成形 构件成形是连续局部地一层又一层堆焊而成，具有可控热循环周期，对构件起扩散退火及正火效应，所以生产的构件不仅尺寸精确，而且金属纯净，组织致密，成分均匀，性能优良。 MAMS技术上的优越性： 1）生产的灵活性。只需准备与构件同钢种的焊丝盘条，编制好程序，焊接机器人即可工作，不受批量限制，既可单件生产，也可成批生产，产品易于转向。 2）经济的合理性。生产特大型铸件，采用MAMS无需大型炼钢设备、锻压、模具及退火炉等设备，投资省，上马快。 3）质量的优越性。氩弧过程起精炼作用，成形过程是顺序凝固，周期性热循环起自发热处理作用。 4）品种的多样性。若考虑用等离子弧作热源，不仅可生产合金钢及超级合金构件，而且可生产难熔金属及其合金、活性金属及其合金。 电渣精密熔铸 2.电渣精密熔铸 传统的电渣熔铸由于自耗电极与结晶器之间要保持一定距离，限制铸件尺寸不得过小、过细，形状不能过于复杂。电渣精铸由于具有保持电渣熔铸件金属纯净，组织致密，成分均匀，表面光洁的优点，而且形状更复杂，尺寸更精确。目前电渣精铸形成四个分支： 电渣精铸 电渣精密熔铸 1）电渣转铸（ESPC） 电渣精密熔铸 金属转铸使液态金属与熔渣接触面积扩大，钢-渣反应时间延长，有利于金属中非金属夹杂物被炉渣吸附和溶解，有利于在钢液冷却过程钢中过饱和气体N、H、O自钢液内形成气泡逸出。 由于热源转移到熔炼室，远离凝固前沿，使金属熔池变浅，两相区缩小，使局部凝固时间LST缩短，使铸件一次枝晶间距和二次枝晶间距缩短，显微偏析和碳化物颗粒度大为改善。二次枝晶间距d与LST存在以下关系： 电渣精密熔铸 电渣转铸生产曲轴的示意图 电渣离心浇铸法 2）电渣离心浇铸法（CESC） 是有衬的电渣坩埚炉与离心浇铸相结合的新发展。电渣熔炼的炉渣既是浇铸过程的保护渣，又代替离心浇铸的涂料，在铸造性型筒的内壁形成一层均匀的渣壳。原理如下图： 电渣离心浇铸法 自耗电极熔化?炉渣精炼?铸模转动?炉渣注入铸模?离心力的作用在模壁形成渣壳?钢水在液渣覆盖下进入旋转铸模?抛向模壁，均匀分布，冷却凝固?轻的熔渣在铸件内壁形成一层保护渣壳，起保温和润滑作用。 对于电渣离心浇铸，作为起涂料作用和在内壁起保温、润滑作用的渣，需要考虑以下几点： 1）渣的成分应偏离共晶点，使其发生优先结晶，形成代替涂料的渣壳； 2）渣的固相线温度低于铸造金属熔点100-200℃； 3）渣的密度是金属密度的1/3； 4）保证渣对金属流的良好覆盖性； 5）渣是长渣，??1/? ； 6）渣与金属凝固有不同的膨胀系数，利于铸件脱渣。 立式电渣离心浇铸原理图 电渣耐用模浇铸EPMC 电渣熔铸薄壁管 电渣熔铸空心管和厚壁管坯是电渣技术的难点，能够生产电渣熔铸薄壁管仅有日本三菱一家。日本氏家昭发明的WFT工艺，采用瓦形自耗电极，单相交流供电。这种工艺短网线长，电效率低，功率因数低，同时有自感磁场引起不均匀搅拌，影响铸管内在质量。同时未采取二次冷却，抽管速度不能提高。 而采用双极串联供电，电极制造方便，电极在熔铸过程无需焊接或