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《中南大学》 2001年
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多层喷射沉积制备大尺寸耐热铝合金管坯的研究

袁武华  
【摘要】: 结合“九五”攻关项目和“九七三”项目制备高性能大尺寸耐热铝合金 管材的要求,本文对FVS0812耐热铝合金在喷射沉积过程中的规律进行了研 究,研制了新的多层喷射沉积制备大尺寸管坯设备。通过对多层喷射沉积制 备管坯工艺参数的分析,确定了较佳的工艺参数,并成功地制备出形状和尺 寸较好的无裂纹FVS0812合金管坯,管坯尺寸为Φ400×800×115(内径×长 ×壁厚)。建立了热流分析模型,对管坯热流和显微结构进行了分析。制定了 大尺寸高性能管材的挤压工艺和旋压工艺,制备出了性能优良的大尺寸挤压 和旋压管材。并对高性能板材的制备工艺进行了探索。其主要的研究结果如 下: ⑴对多层喷射沉积制备大尺寸耐热铝合金管坯的原理和FVS0812合金 喷射沉积过程中的规律进行了研究和分析。多层喷射沉积制备管坯过程中, 雾化器和基体管同时运动,喷射流在沉积面作往复扫描运动,管坯是逐层沉 积而成。喷射流在同一位置沉积时的间隔较长,在相对较冷的表面沉积时可 以获得约10~4K·s~(-1)以上的冷却速度。而管坯的长度和壁厚分别取决于喷射流 的扫描行程和扫描次数。因而具备了制备耐热铝合金大尺寸管坯的可能。耐 热铝合金喷射沉积过程中,熔滴的平均粒径和粒度分布均受到雾化气体压 力、熔体温度和液流直径等雾化工艺参数的影响。喷射流的空间质量分布呈 双峰分布,而喷射流在平面上扫描时,垂直于扫描方向的质量分布近似于高 斯分布。随着喷射高度的增加(200~400mm),喷射流的粘结效率和沉积坯致 密度降低。而基体材质、表面状况和温度都影响着沉积层的粘结。 ⑵对管坯制备工艺进行了分析,并成功制备了形状和质量较好的无裂纹 管坯。结果表明,雾化器平移速度υ_w与基体转速ω_j必须满足关系υ_w≥ω_j r_(0.5)/π,才能获得表面平整的管坯。而管坯的较优制备工艺可确定为:υ_w=0.1m·s~(-1),ω_j=60r·min~(-1),雾化气体压力1.0MPa,熔体温度960℃,液流 直径4.0mm,喷射高度180~220mm。 ()按照多层喷射沉积制备耐热铝合金管坯的过程,建立了热流分析模 型。根据该模型对不同粒径熔滴飞行过程中的速度、温度、冷却速度、固相 甩 分数等以及喷射流沉积后的冷却、凝固及其影响因素进行了分析。结果表明, 雾化过程中,熔滴的直径大,凝固过程中的冷却速度较小,凝固过程在一个 较长的距离内完成。熔滴直径小,则反之。在0< 的飞行距离内,0《20卜 粒径的熔嫡均可获得 IXIO‘K·S’以上的平均冷却速度。喷射流沉积后,沉 积层的平均冷却速度可以达到IX10’K*-’以上。同种工艺条件下,管坯的 长度和直径大,则沉积层冷却速度较高。在轴向中点处,连续两次沉积时冷 却速度相近,而越靠近管坯端部,连续两次沉积时的冷却速度差别越大。通 过雾化粉末和沉积坯的微观结构分析,发现直径较大粉末(22 p m)中有2-5 卜m粗大析出相,晶粒约10-20pm,根据二次枝晶臂间距可估算出其冷却 速度约为 9.5 x二02K·s’。而沉积坯中析相为 20-60run的球形a-Al;。仰,“户, 勿 晶粒尺寸200—500run。根据熔滴在沉积面扁平变形现象可以估算出,平均粒 径 90 p m的单个熔滴在基体上沉积时冷却速度为工3 x 10k·s”’。因此,根 据熔滴在0《00mm的雾化飞行阶段和沉积阶段的冷却速度,可推断出管坯 制备过程中熔体凝固时冷却速度应为 IXIOL 10sK·S’之间,高于传统喷射 沉积和雾化制粉工艺。 (4较详细分析了挤压工艺、旋压工艺等对耐热铝合金管材组织结构和 性能的影响,制备了高性能挤压和旋压管材,并对高性能板材加工工艺进 行了探索。研究表明,450℃以上,挤压温度越高,管材力学性能越低。采 用低温长时、高温短时的分级加热制度,在480℃以4.9的挤压系数挤压时, 在现有设备能力下,可获得性能较好的挤压管材。虽然挤压管材的晶粒和 析出相均有长大现象,但无平衡相析出。挤压管材的性能为: 25t,or。。=310MPa,or。=391MPa,8=11.4%; t 350℃,or。。二178MP,rtr二185ma,8三12.SO/O。 其性能明显高于传统喷射沉积挤压态该合金棒材,但与平流铸造挤压 态该合金棒材相比则较低。挤压管材旋压过程中,管材密度随变形程度增 加而提高。旋压温度高于450℃时,将导致管材强度下降。在350℃一420℃ 采用小道次压下量多道次旋压工艺,可以避免管材旋压开裂和性能降低, 并且总压下量较大时,管材性能较高。与挤压管性能相比,总压下量为83o/o 的旋压管材室温屈服强度和断裂强度分别提高 25
【学位授予单位】:中南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2001
【分类号】:TG376

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前4条
1 禹威;孙友松;程永奇;肖思农;;喷射成形技术及其在热作模具快速制造中的应用[J];锻压装备与制造技术;2010年01期
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3 陶友瑞;;球面形FVS0812零件拉深成形实验研究与数值模拟[J];机械科学与技术;2009年06期
4 詹美燕,夏伟军,袁武华,傅定发,陈振华;喷射沉积耐热铝合金8009板坯轧制工艺及其对板材组织性能的影响[J];热加工工艺;2004年02期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 陈志钢;大尺寸喷射沉积铝合金管坯的制备及楔压致密化研究[D];湖南大学;2009年
2 贺毅强;喷射沉积SiC_p/Al-Fe-V-Si复合材料热加工工艺、组织及性能的研究[D];湖南大学;2008年
3 时海芳;喷射沉积耐热高硅铝合金组织及性能[D];沈阳工业大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前7条
1 禹威;热作模具喷射成形初步研究[D];广东工业大学;2011年
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3 唐谊平;快速凝固FVS0812合金的制备新工艺研究[D];中南大学;2004年
4 郝亮;喷射沉积SiC_p/FVS1012及SiC_p/FVS1212复合材料后续加工及组织性能的研究[D];湖南大学;2008年
5 徐政坤;喷射沉积SiC_p/FVS0611复合材料板材热加工及组织性能的研究[D];湖南大学;2008年
6 曲博林;喷射沉积Al-15Si-5Fe-2Ni-3.5Cu-Mg-1.5Mn-V合金的微观组织及力学性能[D];沈阳工业大学;2009年
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【参考文献】
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【共引文献】
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10 姜龙涛;陈国钦;修子扬;张强;孙兴国;武高辉;;Mg含量对亚微米级Al_2O_(3P)/Al-Cu-Mg复合材料时效行为的影响[A];复合材料——基础、创新、高效:第十四届全国复合材料学术会议论文集(上)[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
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【同被引文献】
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6 马力;陈伟;翟景;郭安振;秦占民;;喷射沉积铝合金材料研究现状与发展趋势[J];兵器材料科学与工程;2009年02期
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8 崔成松,沈军,曹福洋,蒋祖龄,李庆春,米国发;超音气体雾化过程导液管末端压力特征[J];兵器材料科学与工程;1997年01期
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【二级引证文献】
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1 陈志钢;大尺寸喷射沉积铝合金管坯的制备及楔压致密化研究[D];湖南大学;2009年
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3 张少坤;不锈钢包覆铁屑复合轧制实验及有限元模拟[D];燕山大学;2014年
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中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 路彦军;快速凝固AA8009耐热铝合金电子束焊接性能与腐蚀性能研究[D];中南大学;2005年
2 李庆勇;提高AlFeVSi耐热铝合金性能及喷射沉积一次成型大规格锭坯制备的研究[D];中南大学;2005年
3 邓学峰;耐热铝合金(FVS0812)半球形件温成形的有限元分析[D];湖南大学;2006年
4 梁莎莎;Ti、Zr、B对耐热铝合金微观组织的影响及EET理论分析[D];郑州大学;2013年
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