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鑄造凝固技術的發展
[來源:重力鑄造] [作者:東莞鑄造廠][日期:2018-11-08]
1.順序凝固技術 所謂的順序凝固技術 ,是使液態金屬的熱量沿一定向排出 , 或通過對液態金屬施行某方向的快速凝固 , 從而使晶粒的生長( 凝固 )向著一定的方向進行 , 最終獲得具有單方向晶粒組織或單晶組織的鑄件的一種工藝方法。由於冷卻及控製技術的不斷進步,使熱量排出的強度及方向性不斷提高 , 從而使固液界麵前沿液相中的溫度梯度增大 , 這不僅使晶粒生長的方向性提高 ,而且組織更細長、挺直、並延長了定向區 . 順序凝固技術已廣泛應用於鑄造 高溫合金燃氣輪機葉片的生產中 , 由於沿定向生長的組織的力學性能優異, 使葉 片工作溫度大幅度提高 , 從而使航空發動機性能提高。 順序凝固技術的最新進展 是製取單晶體鑄件 , 如單晶渦輪葉片 ,它比一般順序凝固柱狀晶葉片具有更高的 工作溫度 , 抗熱疲勞強度、抗蠕變強度和耐腐蝕性能。采用這種高溫合金單晶葉片 的航空發動機 ,有效地增加了航空發動機的推力和效率 , 使其性能大幅度提高。
2. 快速凝固技術即在比常規工藝條件下的冷卻速度 ( 10-4 - 10K/S) 快得多的冷卻條件 (103 - 109 K/S) 下 ,使液態合金轉變為固態的工藝方法。它使合金 材料具有優異的組織和性能 , 如很細的晶粒 ( 通常 <0.1-0.01 um>甚至納米級的晶粒 ) , 合金元偏析缺陷和高分散度的超細析出相 , 材料的高強度、高韌性等。 快速凝固技術可使液態金屬脫開常規的結晶過程 (形核和生長) , 直接形成非晶結構的固體材料 , 即所謂的金屬玻璃。此類非晶態合金為遠程無序結構 ,具有特殊的電學性能、磁學性能、電化學性能和力學性能 ,己得到廣泛的應用。如用作控製變壓器鐵心材料、計算機磁頭及外圍設備中零件的材料、纖焊材料等。快速凝固正日益受到多方的重視。
3.複合材料 製備凝固技術的另一發展是用於複合材料的製備口所謂複合材料 , 就是在非金屬或金屬基體中引人增強相或特殊成分 ,通過控製凝固使增強相按所希望的方式分布或排列的一種具有特殊性能的材料。由於複合材料的基體 具有較高的斷裂性 , 加上增強相的存在 ,故能表現出與普通單相組織材料不同的性能 , 如高強度、良好的高溫性能和抗疲勞性能 , 已發展了多種製取複合材料的工藝方法 ,如結合順序凝固技術製備自生複合材料。此領域的應用前景將越來越廣。
4. 半固態鑄造半固態金屬鑄造成形技術經過 20 多年的研究及發展 , 已進入工業應用階段。其原理是在液態金屬的凝固過程中進行強烈的攪拌 (可以采用機械、電磁或其它方式 ) , 使普通鑄造易於形成的樹枝晶網絡骨架被打碎而形成分散的顆粒狀組織形態 , 從而製得半固態金屬液 ,它具有一定的流動性 ,然後可利用常規的成形技術如壓鑄、擠壓、模鍛等成形生產坯料或鑄件。半固態金屬鑄造成形克服了傳統鑄造成形易產生的縮孔、縮鬆、氣孔及尺寸偏差等缺點, 具有成形溫度低, 延長模具壽命 , 節約能源 , 改善生產條件和環境 , 提高鑄件質量 ( 減少氣孔和凝固收縮 ) ,減少加工餘量等許多優點。半固態金屬成形工藝將成為 21 世紀極具發展前途的近淨形化成形技術之一。
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