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高性能鋁合金是噴射成形工藝的開發(fā)方向

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噴射成形是用高壓惰性氣體將合金液流霧化成細小熔滴,在高速氣流下飛行并冷卻,在尚未完全凝固前沉積成坯件的一種工藝。

噴射成形是用高壓惰性氣體將合金液流霧化成細小熔滴,在高速氣流下飛行并冷卻,在尚未完全凝固前沉積成坯件的一種工藝。它具有所獲材料晶粒細小、組織均勻、能夠抑制宏觀偏析等快速凝固技術的各種優(yōu)點,又具有從合金熔煉到近終成型一步完成的優(yōu)勢,因而引起人們高度重視。

  鋁合金具有密度低、強度高、韌性好和耐腐蝕等優(yōu)點,在航空航天工業(yè)中被廣泛用作結構材料,同時,也正在積極開發(fā)作為汽車先進材料而應用于高檔轎車發(fā)動機。

  鑄造工藝是傳統鋁合金主要制備方法,但已難以滿足制備高性能鋁合金的需要。第一,傳統工藝已經難以進一步提高強度、塑性、剛度、耐熱性和耐腐蝕性;第二,在追求高性能的過程中,鑄造工藝成本由于增添設備和成品率下降而迅速上升;第三,由于合金含量上升,塑性往往降低,因而后續(xù)壓力加工成本上升、成品率降低。因此,生產的高成本大大提高了先進鋁合金的使用門檻,嚴重影響整體市場規(guī)模的發(fā)展。在這些方面,噴射成形工藝正好具有性能和綜合成本的雙重優(yōu)勢,可使先進鋁合金的使用門檻降低,還可以進一步提高性能,在一定范圍內實現以鋁代鋼,從而迅速培育先進鋁合金的市場,并反過來促進噴射成形工藝獲得規(guī)模成本優(yōu)勢。因此,噴射成形工藝將成為先進鋁合金的主要生產工藝。

  目前已獲成功的噴射成形高性能鋁合金材料主要有以下幾種:

  (1)高強鋁合金。如Al—Zn系超高強鋁合金。由于Al—Zn系合金的凝固結晶范圍寬,比重差異大,采用傳統鑄造方法生產時,易產生宏觀偏析且熱裂傾向大。噴射成形技術的快速凝固特性可很好解決這一問題。在發(fā)達國家已被應用于航空航天飛行器部件以及汽車發(fā)動機的連桿、軸支撐座等關鍵部件。

  (2)高比強、高比模量鋁合金。Al-Li合金具有密度小,彈性模量高等特點,是一種具有發(fā)展?jié)摿Φ暮娇?、航天用結構材料。鑄錠冶金法在一定程度上限制了Al-Li合金性能潛力的充分發(fā)揮。噴射成形快速凝固技術為Al-Li合金的發(fā)展開辟了一條新的途徑。

  (3)低膨脹、耐磨鋁合金。如過共晶Al—Si系高強耐磨鋁合金。該合金具有熱膨脹系數低、耐磨性好等優(yōu)點,但采用傳統鑄造工藝時,會形成粗大的初生Si相,導致材料性能惡化。噴射成形的快速凝固特點有效地克服了這個問題。目前噴射成形Al—Si合金在發(fā)達國家已被制成轎車發(fā)動機氣缸內襯套等部件。

  (4)耐熱鋁合金。如Al—Fe—V—Si系耐熱鋁合金。該合金具有良好室溫和高溫強韌性、良好的抗蝕性,可以在150~300℃甚至更高的溫度范圍使用,部分替代在這一溫度范圍工作的鈦合金和耐熱鋼,以減輕重量、降低成本。噴射成形工藝可以通過最少的工序直接從液態(tài)金屬制取具有快速凝固組織特征、整體致密、尺寸較大的坯件,從而可以解決傳統工藝的問題。

  (5)鋁基復合材料。將噴射成形技術與鋁基復合材料制備技術結合在一起,開發(fā)出一種“噴射共成形(Sprayco-deposiion)”技術,很好地解決了增強粒子的偏析問題。

高性能鋁合金

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