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收藏词条   编辑词条 喷射成形

创建时间:2008-08-02

将雾化成颗粒状的熔融金属喷射并沉积到成形基体上而获得产品的粉末成形工艺。喷射成形的一般原理是,熔融金属或合金在惰性气氛中被雾化成弥散的液态颗粒,经雾化的液态颗粒在高压气体压力或离心力的作用下,喷射到较冷的基体上,并在此表面沉积,形成沉积物。将沉积物从基体上分离下来,经过后续加工,得到各种喷射成形产品。

喷射成形的概念和原理最早是由英国斯旺西(Swansea)大学辛格(A.Singer)教授于1969年提出来的。当时,辛格采用离心雾化熔融金属,并直接轧制得到了薄带材。随后,布鲁克斯(R.Brooks)等人成功地将辛格提出的喷射成形原理应用于锻造坯的生产,形成了著名的奥斯普雷(()sprey)工艺。他们对该工艺作过大量的研究,开发了适合于喷射成形的合金系列,设计和制造了奥斯普雷成套设备,生产了传统方法难以加工得到的高合金和超合金管、环、筒、棒状预成形件,并取得了两项专利。从此,奥斯普雷工艺蜚声于世,成了喷射成形的代名词。1980年,英国奥罗拉(Aurora)钢铁公司将喷射成形原理应用于高合金工具钢和高速钢的生产,进一步发展了该项工艺并称之为控制喷射沉积法(CSI))。该工艺一次可连续雾化生产2t工具钢。美国麻省理工学院的格兰特(Grant)等人通过改善喷射成形的装置,严格控制工艺参数,形成了液体动态成形工艺(LDC),并研究了多种成分的喷射沉积组织和性能。

迄今已开发了如下几种喷射成形工艺:

(1)喷射轧制:喷射沉积形成连续的带坯,随即进行热轧、冷轧.

(2)喷射锻造:又称奥斯普雷工艺,喷射沉积形成锻造预成形坯,随后进行热锻、挤压.

(3)离心喷射沉积:熔融金属通过离心雾化沉积在基体上,沉积物从基体上脱落而形成大的管、板状产品.

(4)喷射涂层:沉积物永久牢固地结合在基体上,而形成一种涂层材料.

(5)同时喷射喷丸:喷射沉积的同时,喷丸起到热加工的作用,实现金属沉积与致密化同时进行,以控制、消除沉积时产生的内应力,可得到完全致密的沉积物。

喷射成形实质上是一种雾化熔融金属颗粒同基体碰撞而中止飞行直接在基体上形成附着的沉积物,而不是让雾化颗粒流飞行直接凝固成粉末的工艺。喷射成形和粉末冶金、铸造等工艺相比较有如下特点:

(1)优越的经济性。喷射成形是一种近形成形技术,工序简单,与粉末冶金方法相比,产品的生产工序大大简化,它省去了粉末制备、压制及烧结等工序,缩短了生产周期,提高了生产率。与铸造方法相比,它省去了造型、清砂等一系列辅助工艺。喷射沉积速度非常快,现已达80~100kg/min合金料,喷射的收得率可高达85%~95%。此外改变基体的形状和运行方式等参数,可生产不同形状、尺寸和重量的毛坯,尤其适合于生产粉末冶金和铸造法都难于得到的大规格的薄壁管、板和环等.

(2)良好的材料性能。喷射成形是在惰性气氛中瞬时完成,金属氧化程度小。而且由于液态金属一次成形,工艺简单,避免了粉末冶金工艺因贮存、运输等工艺带来的氧化,减轻了材料受污染程度。由于喷射沉积物凝固时不发生液体金属流动,沉积坯中不会出现一般铸造条件FN凝固收缩引起的缩孔和疏松,而且喷射沉积物减小了氧化程度,降低了杂质含量,避免了粉末固化时由于污染而产生的孑L洞。因此喷射沉积可获得高度致密的毛坯。特别是喷射沉积物的冷凝速度可达102~103K/s,能够获得偏析程度小,组织细小均匀的毛坯,材料具有良好的性能。

喷射成形工艺目前被用来研究和开发多种快速凝固材料和制品,如铝合金、镁合金、高温金属、超合金材料、不锈钢、磁性材料、复合材料等,具有广泛的应用前景。

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