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铸造凝固技术的发展发布日期:2018-11-24 09:58:26     点击:389

铸造凝固技术的发展
1.顺序凝固技术 所谓的顺序凝固技术 ,是使液 态金属的热量沿一定向排出 , 或通过 对液态金属施行某方向的快速凝固 , 从而使晶粒的生长( 凝固 )向着一定的方向进行 , 最终获 得具有单方向晶粒组织或单晶组织的铸件的一种工艺方法。由于冷 却及控制技术的不断进步,使热量 排出的强度及方向性不断提高 , 从而使 固液界面前沿液相中的温度梯度增大 , 这不仅 使晶粒生长的方向性提高 ,而且组织更细长、挺直、并延长了定向区 . 顺序凝 固技术已广泛应用于铸造 高温合 金燃气轮机叶片的生产中 , 由于沿 定向生长的组织的力学性能优异, 使叶 片工作 温度大幅度提高 , 从而使 航空发动机性能提高。 顺序凝 固技术的最新进展 是制取单晶体铸件 , 如单晶涡轮叶片 ,它比一 般顺序凝固柱状晶叶片具有更高的 工作温度 , 抗热疲劳强度、抗蠕变 强度和耐腐蚀性能。采用这 种高温合金单晶叶片 的航空发动机 ,有效地 增加了航空发动机的推力和效率 , 使其性能大幅度提高。
2. 快速凝 固技术即在比常规工艺条件下的冷却速度 ( 10-4 - 10K/S) 快得多的冷却条件 (103 - 109 K/S) 下 ,使液态 合金转变为固态的工艺方法。它使合金 材料具 有优异的组织和性能 , 如很细的晶粒 ( 通常 <0.1-0.01 um>甚至纳米级的晶粒 ) , 合金元 偏析缺陷和高分散度的超细析出相 , 材料的高强度、高韧性等。 快速凝 固技术可使液态金属脱开常规的结晶过程 (形核和生长) , 直接形 成非晶结构的固体材料 , 即所谓的金属玻璃。此类非 晶态合金为远程无序结构 ,具有特殊的电学性能、磁学性能、电化学 性能和力学性能 ,己得到广泛的应用。如用作 控制变压器铁心材料、计算机 磁头及外围设备中零件的材料、纤焊材料等。快速凝 固正日益受到多方的重视。
3.复合材料 制备凝 固技术的另一发展是用于复合材料的制备口所谓复合材料 , 就是在 非金属或金属基体中引人增强相或特殊成分 ,通过控 制凝固使增强相按所希望的方式分布或排列的一种具有特殊性能的材料。由于复合材料的基体 具有较高的断裂性 , 加上增强相的存在 ,故能表 现出与普通单相组织材料不同的性能 , 如高强度、良好的 高温性能和抗疲劳性能 , 已发展 了多种制取复合材料的工艺方法 ,如结合 顺序凝固技术制备自生复合材料。此领域 的应用前景将越来越广。
4. 半固态 铸造半固态金属铸造成形技术经过 20 多年的研究及发展 , 已进入工业应用阶段。其原理 是在液态金属的凝固过程中进行强烈的搅拌 (可以采用机械、电磁或其它方式 ) , 使普通 铸造易于形成的树枝晶网络骨架被打碎而形成分散的颗粒状组织形态 , 从而制 得半固态金属液 ,它具有一定的流动性 ,然后可 利用常规的成形技术如压铸、挤压、模锻等 成形生产坯料或铸件。半固态 金属铸造成形克服了传统铸造成形易产生的缩孔、缩松、气孔及 尺寸偏差等缺点, 具有成形温度低, 延长模具寿命 , 节约能源 , 改善生产条件和环境 , 提高铸件质量 ( 减少气孔和凝固收缩 ) ,减少加 工余量等许多优点。半固态 金属成形工艺将成为 21 世纪极 具发展前途的近净形化成形技术之一。


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