喷射成形工艺的理论研究进展

喷射成形是人为地控制凝固条件,经过金属熔体的分散、飞行快速冷却、半固态凝固及锭坯进一步冷却等阶段,得到特殊的锭坯组织的成形过程。沉积锭坯组织是上述四个阶段金属熔体凝固的综合结果。近终形成形是喷射成形技术的另一特点,喷嘴形式、喷嘴数量、沉积器的形状与运动方式影响和决定沉积锭坯的外形。材料的凝固与成形受众多因素影响,很多工艺参数的作用规律尚不明确,因此喷射成形过程的模拟研究十分必要。笔者介绍了目前喷射成形工艺中所涉及的理论问题与相关模型。     

喷射成形过程中圆锭坯外形生长的数值模拟

通过多次试验后得出雾化喷嘴的雾化特性公式,在此基础上建立了一种模拟喷射成形过程中圆锭坯外形生长的数学模型.该数学模型考虑了喷射成形过程中各种工艺参数,如喷嘴的雾化参数、偏心距离、沉积盘的旋转速度和下拉速度等参数的影响.经过模拟计算,得到了锭坯生长的三维外形尺寸,与实际喷射成形制备的锭坯外形对比,二者吻合很好;采用该模型分析了不同时间下锭坯的轮廓形状、偏心距离以及下拉速度变化后的锭坯轮廓形状.综合分析得出,此数学模型可以预测在不同工艺参数下喷射成形锭坯的外形生长过程.     

喷射成形高温合金组织演变过程试验研究北大核心CSCD

采用Gleeble 3500热模拟机等试验方法研究了喷射成形高温合金GH4169沉积坯内部树枝晶组织向等轴晶组织的演变过程,并对雾化沉积过程中高温合金等轴晶组织的形成机理进行了分析。研究认为,高温合金熔体再辉时产生的热量与飞行熔滴撞击到沉积坯时动能转化产生的热量,造成了喷射成形雾化熔滴中的枝晶重熔,加上熔滴沉积撞击时产生的大量枝晶碎片,在沉积坯半液态层中生成了大量结晶核,是喷射成形高温合金等轴晶组织形成的重要原因。     

喷射沉积AlFeVSi合金模压致密化工艺与模锻制品组织性能研究

采用喷射沉积工艺制备了快速凝固AlFeVSi合金圆锭坯.从锭坯上截取试样,采用模压工艺进行了高温(450和500℃)致密化.通过金相显微组织观察、透射电镜分析、扫描电镜分析、力学性能检测等手段,研究了在高温模压过程中的应力应变状态和金属流变规律对喷射沉积AlFeVSi合金坯的致密化过程与组织性能的影响,并采用铝包套高温(450℃)模锻工艺经将喷射沉积Al-9.20Fe-1.37V-2.30Si合金压实坯加工成完全致密化的模锻件.结果表明,高温模压可以明显提高沉积坯的致密度,但在有限的高向加载应力条件下难以使沉积坯达到理想的结合状态,与喷射沉积坯相比,虽然模压制品强度和塑性有明显提高,但仍处于低水平.喷射沉积坯经热压后,采用铝包套模锻成形,可以实现锻坯有效致密化和改善粉末间结合状态,明显提高材料屈服强度、抗拉强度和延伸率.喷射沉积Al-9.20Fe-1.37V-2.30Si合金直径=200 mm铝包套模锻件拉伸力学性能(σ0.2、σb和δ)可达如下指标:室温(25℃),411MPa、463MPa、9.7%,高温(350℃),180MPa、190MPa、8.9%.     

基于凸轮驱动喷嘴分阶段变速扫描的锭坯喷射均匀沉积研究

喷射成形技术可以制备出高性能、高质量的工业锭坯,对工业的发展具有重要影响。雾化喷嘴系统是喷射成形装置的核心,喷嘴扫描运动方式对锭坯的均匀沉积有着重要的作用。本文以锭坯均匀沉积为目标,提出了基于凸轮驱动的参数可调的喷嘴扫描方式,建立了喷嘴分阶段变速扫描过程,确定了凸轮形状,对锭坯沉积轨迹进行了仿真并做了分析。最后用喷射成形实验对喷嘴分阶段变速扫描进行了验证,表明了其正确性。     

喷射成形Cu-15Ni-8Sn合金的显微组织和性能研究

采用喷射成形技术制备了Cu-15Ni-8Sn(%,质量分数)合金坯锭,利用光学显微镜和扫描电子显微镜观察分析了合金坯锭的微观组织和成分分布;利用拉伸实验测量了坯锭试样的力学性能。结果表明,喷射成形工艺制备的Cu-15Ni-8Sn合金沉积坯底部和中部位置的微观组织存在较大差异,底部微观组织由多相组成,其余部位基本为单相α固溶体;合金中的大量孔洞降低了喷射成形Cu-15Ni-8Sn合金的致密度和力学性能。     

热挤压对喷射沉积7055铝合金显微组织和力学性能的影响

采用全自动控制往复喷射成形工艺制备工业规格7055铝合金锭坯,研究热挤压工艺对喷射成形7055铝合金的显微组织和力学性能的影响。采用电子背散射衍射技术对经不同热挤压后7055铝合金的织构进行研究。结果表明,喷射沉积锭坯组织为等轴状晶粒,均匀细小(30~50μm),基体中不存在枝晶型偏析。由于喷射沉积工艺本身的特点,在合金中存在大量的显微疏松缺陷。沉积锭坯经过热挤压致密化后,合金力学性能显著提高,抗拉强度σb为390 MPa,伸长率δ为13.3%,表明热挤压工艺可有效消除疏松缺陷,从而充分发挥出喷射沉积工艺的优越性。EBSD分析表明,挤压后沿着挤压轴方向形成丝织构,主要为?001?与?111?两种织构。     

喷射成形镍基高温合金冷却速度的评价

本文采用X射线衍射技术分析了喷射成形镍基高温合金在不同状态下的晶格常数变化规律，由此对喷射深积坯的冷却效果进行了评价，提出用“综合冷却速度”的概念来统一表征 射成形材料的快速凝固效果，并分析了喷射成形条件下晶格畸变和固溶度变化。     

喷射成型锭坯形状的数值模拟研究

建立了描述喷射成型过程中沉积坯外轮廓动态生长的三维数学模型,该模型考虑了喷射成型过程中各种工艺参数的影响,这些工艺参数包括喷嘴的雾化特性值、偏心距离、沉积盘的旋转速度和下拉速度,在计算后进行数据处理得出了锭坯生长的三维外形轮廓,通过与实际喷射成型设备成形的锭坯对比,两种结果符合较好,并可用此模型来预测不同工艺条件下锭坯的外形生长轮廓。     

锭坯双喷嘴扫描喷射成形雾化锥沉积轨迹及其耦合研究

双喷嘴扫描喷射成形是提高生产效率和制备大直径锭坯的主要工艺方式.研究了双喷嘴扫描喷射成形工艺雾化锥扫描沉积轨迹及其耦合产生条件.建立了雾化锥沉积轨迹坐标及扫描沉积区域数学模型,分析了工艺参数对沉积轨迹的影响规律,从理论上推导了沉积轨迹耦合条件.对沉积轨迹模型和耦合特性进行了图形仿真.研究表明:沉积轨迹呈"花瓣"形状,由喷嘴偏心距、初始倾斜角、扫描范围角、喷射高度、扫描频率、沉积盘旋转速度确定.通过喷射成形试验对建立的理论模型和研究结论进行了验证,表明了其正确性.