喷射成形知识讲解
金属喷射成形技术进展
第 ３卷 １
第 ３ 期
有 色 金属 加 工
Ｎ ＯＮＦ ＥＲＲＯＵＳ ＭＥｒ Ｉ ＲＯＣＥ ＳＩ Ａ Ｓ ｌ Ｐ Ｓ ＮＧ
Ｖ Ｉ３ Ｎｏ． ｏ．１ ３
Ｊ ｅ ００ ｕｎ ２ ２
２Ｏ ０ ２年 ６月
金 属 喷 射 成 形 技 术 进 展
几 种 特殊 铝合 金 已经 进入 商业 化 生产 。 ② 铜合 金 圆锭 瑞 士 的 Ｓ ｉ ｍ ｔ ｌＢ ｉａ 公 司 与 德 国 的 Ｗｉ ａｄ ｗｓ ｅ ｌ ｏｌ ｔ ｓ ａ ｌ ｅ ｎ ｌ 公 司 的联 合生 产能 力超 过 ２ ０ ｔａ 但 是 目前仅 发 挥 了 ０ ０／ ， 部 分生 产 能 力 。其 具 有 相 当 大 的 成 长 势 头 的产 品 之
低 生产 成 本很 好地 结 合 起 来 ， 因此 正 在 成 长 为 一 个 重
要 的 金属 成形 领域 ， 目前 的模 铸 、 与 铸锭 、 电极 重 熔 及
１ 序 言
早在 ３ ０年前 英 国 斯 望 西 大 学 的 Ｓｎｅ 教 授 就 已 ｉ ｒ ｇ 开发 出 了 喷射 轧 制 工 艺 。 此后 ， 望 西 Ｒ． Ｂｏｋ 、 斯 Ｇ． ｒ ｓ ｏ Ａ． Ｉ ａ ａ Ｇ． ｅｔ ｌ ＿ ｈ ｎ及 Ｊ Ｓ Ｃ ｏ ｂ 三 人 小 组 创 立 了 Ｏ ｐ ｅ ． ． ｏｍ ｓ ｓｙｙ
一
惰 性 气 体 雾 化 器
供入惰性气 体
是 电子 插 件 ， 其 是 用 于 “ 技 术 ” 尤 高 电气 通 讯 装 备 。
衬 垫
Ｓ ｉ ｍ ｔｌ 司 生 产 的 喷 射 成 形 插 件 已 经 开 始 取 代 ｗｓ ｅ ｌ ｓ ａ公 Ｃ ． ｅ 形合 金及 粉末 冶 金 的 Ｃ ． ｉ ｎ合 金 。 ｕＢ 变 ｕＮ． Ｓ ③ 特殊 钢及 超 耐热 合 金 圆锭
喷射成形工艺的理论研究进展
文献综述喷射成形工艺的理论研究进展霍光1)3 匡星1) 况春江1) 邓德国2)1)(安泰科技股份有限公司,北京 100081) 2)(昆明贵金属研究所,昆明 650221)摘 要: 喷射成形是人为地控制凝固条件,经过金属熔体的分散、飞行快速冷却、半固态凝固及锭坯进一步冷却等阶段,得到特殊的锭坯组织的成形过程。
沉积锭坯组织是上述四个阶段金属熔体凝固的综合结果。
近终形成形是喷射成形技术的另一特点,喷嘴形式、喷嘴数量、沉积器的形状与运动方式影响和决定沉积锭坯的外形。
材料的凝固与成形受众多因素影响,很多工艺参数的作用规律尚不明确,因此喷射成形过程的模拟研究十分必要。
笔者介绍了目前喷射成形工艺中所涉及的理论问题与相关模型。
关键词:喷射成形;数值模型;凝固过程Theoretical models in spray formingH uo G u ang 1),K u ang Xing 1),K u ang Chunjiang 1),Deng Deguo 2)1)(Advanced Technology &Materials Co 1,Ltd ,Beijing 100081,China )2)(Kunming institute of precious metals ,Kunming 650221,China )Abstract :Spray forming involves sequential stages of the melt atomization ,the droplet quenching ,the droplet consolidation on collision and the preform cooling in continued processing step 1These sequential stages control and change the solidification conditions of the melt and determine the spray formed preform ’s microstructure 1Near 2net 2shape manufacturing is another characteristic of the spray forming 1The preform ’s shape depends on the structure and amount of jet ,the shape and movement of the substrate 1Material microstructure and shape of the spray formed preforms are influenced by many factors 1However ,the effects of the processing parameters have not been made clear yet 1S o it is still necessary to study the spray forming process by experimental and numerical simulation 1Theoretical models applied to spray forming were discussed in this paper 1K ey w ords :spray forming ;numerical modeling ;solidification process3霍光(1974-),男,博士。
喷射成形TiCp
2023 年第 43 卷航 空 材 料 学 报2023，Vol. 43第 2 期第 59 – 65 页JOURNAL OF AERONAUTICAL MATERIALS No.2 pp.59 – 65喷射成形TiC p/ZA35复合材料热挤压工艺的ANN优化和组织研究刘敬福1*, 叶建军1, 周祥春1, 庄伟彬1, 王 一1,2（1．辽宁工程技术大学 材料科学与工程学院， 辽宁 阜新 123000；2．沈阳工业大学 材料科学与工程学院 ，沈阳 110870）摘要：采用人工神经网络（ANN）的方法，研究挤压比、挤压比压、挤压温度和挤压速率对喷射成形TiC p/ZA35复合材料力学性能的影响，建立了TiC p/ZA35复合材料热挤压的人工神经网络模型。
模型的输入参数为挤压比、挤压比压、挤压温度和挤压速率，输出参数为复合材料的抗拉强度。
该模型可以仿真TiC p/ZA35复合材料在不同热挤压工艺参数下的力学性能，也可以优化热挤压工艺参数，模型结果与实验结果误差小于1.8%，拟合率为0.986。
推荐热挤压工艺优化参数为：挤压比22，挤压比压415 MPa，挤压温度315 ℃，挤压速率8 mm•s−1，此工艺条件下复合材料的抗拉强度为486.7 MPa。
热挤压间接对复合材料进行了时效处理，材料晶内析出晶须状和颗粒状的MnAl6强化相。
弥散强化和位错强化作用使热挤压喷射沉积TiC p/ZA35复合材料较未挤压复合材料抗拉强度提高38.3%。
关键词：喷射成形TiC P/ZA35复合材料；热挤压；人工神经网络；优化；强化机制doi：10.11868/j.issn.1005-5053.2021.000200中图分类号：TG249.2 文献标识码：A 文章编号：1005-5053(2023)02-0059-07Heat extrusion processing ANN optimization and microstructure of sprayforming TiC P/ZA35 compositesLIU Jingfu1*, YE Jianjun1, ZHOU Xiangchun1, ZHUANG Weibin1, WANG Yi1,2（1. College of Material Science and Engineering , Liaoning Technical University, Fuxin 123000，Liaoning，China；2. College of Material Science and Engineering, Shenyang University of Technology, Shenyang 110870，China）Abstract: The effects of heat extrusion processing of spray forming TiC p/ZA35 composites on extrusion ratio, extrusion specific pressure, extrusion temperature and extrusion rate had been studied by artificial neural network (ANN). The artificial neural network model was created for heat extrusion processing. The input parameters of the ANN model were extrusion ratio, extrusion specific pressure, extrusion temperature and extrusion rate. The output of the ANN model was ultimate tensile strength. The model can be used for the prediction of properties of spray forming TiC p/ZA35 composites as functions of processing parameters. It can also be used for the optimization of the processing parameters. The ANN results are in good agreement with experimental phenomena, the biggest relative error and coincidence rate is less than 1.8% and 0.986. The optimized heat extrusion ratio, extrusion specific pressure, extrusion temperature and extrusion rate are 22415 MPa, 315 ℃ and 8 mm•s−1 respectively, and the tensile strength of spray forming TiC p/ZA35 composites is 486.7 MPa. The reinforcement phase MnAl6 whisker or particle is precipitated in the grains due to the indirect aging treatment of composites by hot extrusion. Dispersion strengthen and dislocation strengthen contribute a combination factor to increase the room temperature mechanical properties of the hot extruded TiC p/ZA35 composites, which is 38.3% higher than that of TiC p/ZA35 composites without heat extrusion.Key words: spray forming TiC p/ZA35 composites；heat extrusion；artificial neural network(ANN)；optimization；strengthen mechan-ism喷射成形制备的锌基复合材料坯体存在一定的孔隙率。
粉末高速钢喷射成型技术及其应用
收稿日期:2000年11月粉末高速钢喷射成型技术及其应用青海大学(西宁810016) 刘春林摘 要:介绍了金属粉末成型工艺原理和粉末高速钢喷射成型技术的工艺过程、组织结构、工艺特点及其在新产品开发、工具、模具制造中的应用。
关键词:粉末高速钢, 喷射成型, 刀具, 模具Forming Technology of Powder HSS by Spraying and Its ApplicationsLiu ChunlinAbstract:The principle of metal powder forming technology,the technological process,organic feature and technological fea-tures about the forming technique of powder high speed steel by spraying are discussed.The applicati ons of forming technique in products development,tools and dies manufacturing are also introduced.Keywords:powder high speed steel, formi ng by spraying, cutting tool, die1 引言近年来,工业发达国家大量采用粉末高速钢制造复杂刀具(特别是齿轮刀具和立铣刀),使刀具工作寿命成倍提高。
我国目前也已研制出多种牌号的粉末高速钢,并逐步在各个领域推广应用。
金属粉末压制成型工艺是先在金属粉末中加入一定量的粘结剂,然后将所得混合粉末放入模具内,在高温、高压下直接压制成型。
金属粉末注射成型工艺的原理与塑料注射成型原理类似,其工艺设备条件也基本相同。
在注射成型过程中,粉末在注塑机料筒内被加热成具有流变性的塑性物料,并在适当的注射压力下注入模具中,使之成型为工件毛坯。
喷射成形GH742y合金晶粒长大规律的研究
第26卷 第3期2006年6月 航 空 材 料 学 报JOURNAL OF AERONAUTI CA L MATER I ALSVol .26,No .3June 2006喷射成形GH742y 合金晶粒长大规律的研究许文勇,李 周,张国庆,袁 华,李正栋,姚瑞平,田世藩,徐石斌(北京航空材料研究院,北京100095)摘要:研究了不同固溶温度热处理对氮气雾化喷射成形G H742y 合金相组成和晶粒尺寸的影响,并重点分析了第二相对晶粒长大的抑制作用。
结果表明:氮气雾化喷射成形G H742y 合金具有良好的高温抗晶粒长大特性,极限晶粒尺寸约为40μm;γ′相固溶温度约为1127℃;高于γ′相固溶温度热处理时,弥散分布MC 型碳氮化合物阻碍晶粒长大;Glad man 方程可以估计氮气雾化沉积坯的极限晶粒尺寸。
关键词:喷射成形;晶粒长大;G H742y;碳氮化合物中图分类号:T G132.3,TG 111.8 文献标识码:A 文章编号:100525053(2006)0320052204收稿日期:2006201220;修订日期:2006203221基金项目航空科学基金(3)作者简介许文勇(8),男,硕士,助理工程师,(2)x y @6。
喷射成形是用快速凝固方法直接制备整体致密并具有快速凝固组织特征的块状金属材料的新型材料制备技术。
喷射成形技术与传统的铸造、铸锭冶金、粉末冶金相比具有明显的技术和经济优势,近年来被广泛用于研制和开发高性能金属材料如铝合金、铜合金、特殊钢、高温合金、金属间化合物以及金属基复合材料等,在国内外得到快速发展[1]。
GH742y 合金是目前研制的合金化程度和高温热强性都非常高的涡轮盘合金,在我国现有工业条件下,采用传统的铸锭变形工艺很难生产出G H742y 合金的合格锻件。
喷射成形技术制备难变形G H742y 合金,可提高材料成分均匀性、细化组织,显著改善合金的热变形能力和力学性能[2]。
FRP的成形方法
FRP的成形方法!(1）手糊成形法（HLU）：是用人工所基体浸渍在增强材料上拉展重叠于模上，至所需厚度，在室温常压下使基体固化而成形。
（2）喷射成形法（SU可SPU）：把粗纱一边连续不断的切断一边同基体一同喷在模具上，直堆积到所需的厚度把他压紧整形，在室温常压下成型。
（3）树脂传递成型法（TRM）：在模内置入增强材料之后合模并夹紧，从规定的位置压入基体，并使其固化成型。
（4）冷压成形（CP）：主要是把预成型的增强材料（叫做预型件：PF或PM）放置于阴模，然后把加入固化剂、填料。
着色剂等混合搅拌之后的基体树脂注入其内，用压机在阳模上以比较低的压力压制，在几呼接近室温的温度下使其固化成型。
（5）金属对模模塑法（MMD）：用阴阳一对金属模具，加高压的同时加热，使其快速固化成型。
把采用预型件的方法叫做预成型法，把用片状成型材料（SMC）的方法叫做S MC法，把用块状成型材料（BMC）方法叫做BMC法。
（6）纤维缠绕成型（FW）：用粗纱或长纤维，一边连续是含浸基体，一边缠在回转体状的模具上成型的方法。
（7）拉挤成型法（PULT）：把含浸了基体的增强材料引入并通过已加热的一定断面的模具，使其快速化，连续地拉齐成型。
（8）真空袋法（VB）：把含浸基体的增强材料，叠置在模具上并用塑料薄膜将它密封，用真空把增强材料内部及周伟的空气和剩剩余的基体同时赶出并固化成型。
（9）热压法（AC）什么是挤拉玻璃钢!挤拉是一种生产玻璃钢线性型材的工艺，它所生产的高性能的空间时代的复合材料适合门窗制造业的使用。
连续玻璃纤维增强材料以无捻粗纱和毡片形式通过一树脂浸渍站从而在玻璃纤维外面被覆上特殊配方的热固性树脂混合物。
被覆了树脂的玻璃纤维材料组合起来经过成形导向装置并通过模具被拉出来，在模具中受到压力和热的作用，树脂固化，从而得到一种高强度的型材，在离开挤拉机后这种型材可以立即被使用。
3D打印三维印刷成型(3DP)
目前清华大学、西安交通大学、上海大学等国内高校和科研院所也在积 极研发此类设备。3DP技术在国外的家电、汽车、航空航天、船舶、工 业设计、医疗等领域已得到了较为广泛的应用，
03 3DP技术应用领域
PART THREE
1、SLS打印技术
3DP技术工作原理： 3DP成型技术是一种基于喷射技术，从喷嘴喷射出液态微滴或连续的熔融材料束，
按一定路径逐层堆积成型的增材制造技术。这个技术的原料也是粉末状，3DP不是将材 料熔融，而是通过喷头喷出黏结剂将材料结合在一起。
其工艺原理如图所示。喷头在计算机的控制下，按照截面轮廓的信息，在铺好的一 层粉末材料上，有选择性地喷射黏结剂，使部分粉末粘结，形成截面层。一层完成后， 工作台下降一个层厚，铺粉，喷黏结剂，再进行后一层的粘结，如此循环形成三维制 件。粘结得到的制件要置于加热炉中，作进一步的固化或烧结，以提高黏结强度。
1、SLS打印技术
3DP技术的特点：
优点： 1）无需激光器等高成本元器件。成本较低，且易操作易维护。 2）加工速度快，可以25毫米/小时的垂直构建速度打印模型。 3）可打印彩色原型。这是这项技术的最大优点，它打印彩色原型后，无需后 期上色，目前市面上的3D体验馆中3D打印人像基本采用此技术。 4）没有支撑结构。与SLS一样，粉末可以支撑悬空部分，而且打印完成后， 粉末可以回收利用，环保且节省开支。 5）耗材和成形材料的价格相对便宜，打印成本低。
3D打印技术 —立体印刷技术
授课内容
01 立体印刷技术介绍 02 立体印刷技术技术发展 03 立体印刷技术技术应用
01 PART ONE 立体印刷技术介绍
Hale Waihona Puke 1、SLS打印技术立体印刷技术概念： 三维印刷成型技术（Three-Dimension Printing，简称
喷射成形7475铝合金的显微组织与力学性能
ｒ ｌｔ ｅ ｄ ｎ ｉ ｆ ｈ ｓ ｄ ｐ ｓｔ ｄ ａｌｙｇ ｔ ｐｔ ７ ． ｅ ｉｉａ ｉｒ ｓｒ ｃｕ ｅ ａ ｄ ｔ ｅ ｅ ｃ ｆ ｅａ ｉ ｅ ｓｔ ｏ ｅ ａ — ｅ ｏ ｉ ｌ ｅ ｓ ｕ ｏ ９ ％ Ｔｈ ｎｔ Ｉ ｃ Ｏ ｔｕ ｔ ｒ ｎ ｈ 仟ｅ ｔｏ ｖ ｙ ｔ ｅ ｏ ｉ ｍ
ＺＨＵ Ｙｕ ｇ ｉＺＨ — ｕ， ＡＮＧ ｏ， Ｈａ ＺＨＡＮＧ ｉ， Ｌｎ ＳＨＩ ｉ— ｏ， ｎ ｂ ＺＨＡＮＧ Ｌ Ｄｉ
（ ｔｔ ｅ ａ ｏａｏｙｏ ｔ ｌ ｔｘｃ ｍｐ ｓ ｅ ， ｈ ｎ ｈ ｉ ｉｏｏ ｇＵｎ ｅ ｓ ｙ Ｓ ａｅＫ ｙＬ ｂ ｒｔｒ ｆ Ｍｅａ Ｍａｒ ｏ ｏ ｉ ｓ Ｓ ａ ｇ ａ Ｊ ｔｎ ｉ ｒｉ ， ｉ ｔ ａ ｖ ｔ Ｓ ａｇ ａ２０４ ， ｉ ） ｈ ｎ ｈ ｉ ０ ２ ０ Ｃｈｎ ａ
关键 词 ：７ ７ 铝合金 ；喷射 成形 ；热处理 ；显微组 织 ；力 学性能 ４５
中图分 类号 ：Ｔ ４ ． １ 文献标 识 码 ：Ａ 文 章编 号 ：１ ０ — ９ ７ （０ ０ ３ ０ ３ — ４ Ｇ１ ６ ２ ０ １４ ７ ２ １）０ — ２ ５ ０
Ｍ ｉｒ ｓｒ ｃｕ ｅ ａ ｄ Ｍｅ ｈ ｎｃ ｌ ｏｐ ｒｉｓｏ ４７ ｕ ｉｕ Ａｌ ｙ ｃ ｏ ｔｕ ｔ ｒ ｎ ｃ ａ ｉａ Ｐｒ ｅ ｔ ｆ ｅ ７ ５Ａｌｍ ｎ ｍ ｌ ｏ ｂ ｒ ｙ Ｆ ｒ ｉｇ ｙ Ｓｐ ａ Ｏ ｍ ｎ
ａ ｔ ｍａ ｉ ｃ ｎ ｒ ｌ ｄ ｅ ｉ ｒ ｃ ｔ ｇ ｐ ａ ｆ ｒ ｉ ｇ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ Ｔｈ ａ － ｅ ｏ ｉ ｄ ｉ ｔ ａ ａ ｕｏ ｔ ｃ ｏ ｔｏ ｌ ｒ ｃｐ ｏ ａ ｉ ｓ ｒ ｙ ｏ ｍ ｎ ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ． ｅ ｎ ｅ ｓ ｄ ｐ ｓｔ ｂ ｌ ｈ ｓ ｎ ｅ ｌ ｅ ｅ ｕ ａ ｅ ｎ ｏ ｏ ｅ ｅ ｕ ｔｕ ｔ ｒ ｔ ａ ｎ ｓｚ ｆ ０ ４ ｍ ｎ ｏ ｍ ａ ｒ — ｅ ｒ ｇ ｔ ｎ Ｔｈ ｑ ｉｘ ｄ ａ ｄ ｈ ｍ ｇ ｎ ｏ ｓ ｓ ｒ ｃ ｕ ｅ ｗｉ ａ ｇｒ ｉ ｉｅ ｏ — ０ ｕ ａ ｄ ｎ ｃ ｏ ｓ ｇ ｅ ａ ｉ ． ｅ ｈ ３ ｏ
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
专利
图1 传统装备
图2 运动控制、外强冷装置
制备大型沉积坯的多层喷射沉积方法
图3 制备大型管坯
图4 制备大型铸锭坯
离心雾化喷射沉积复合方法
图5 离心法制备环形坯
静电场约束喷射沉积方法
图6 静电场约束法制备坯料
平面往复运动喷射沉积多层复合材料方法
图7 平面往复运动法制备多层复合材料
3. 研究及应用
▪ 主要应用于钢铁材料、铝合金、高温合金、锌合金、铜合 金、镁合金、金属间化合物和金属基复合材料的研究。
▪ （1）钢铁材料的研究：章靖国教授首次采用喷射成形工 艺制备超高碳钢取得了良好的成果。经过这种热加工的喷 射成形超高碳钢在非调质条件下抗拉强度可达到约1300 MPa ,并具有约10%的伸长率。
表1 经热加工后喷射成形超高碳钢的室温拉伸性能
▪ （2）铝合金的研究：已经报道过的有2000系、7000系、 Al-Li系、Al-Si合金、Al-Ni及Al-Fe系耐热铝合金等。
表2 加工工艺对铝合金力学性能的影响
▪ 北京有色研究院的朱宝宏-原位自生TiC颗粒对Al8.5Fe1 4V1.7Si耐热铝合金的组织及性粒撞击基板时的状态。若为液态，与传统铸 造接近；若为固态，则无法形成工件。因此，要求在撞击 基板前的瞬间为半固态或过冷液态。
▪ （2）喷嘴的设计与制造。
▪ （3）控制技术。喷射成形是一个多变量输出与输入的非 线性过程，传统的控制技术已不适应，必须采用近年来发 展起来的材料智能控制。它基于专家系统、神经网络等人 工智能，并应用基于激光技术的光学传感系统，可对喷射 成形工艺实现逻辑控制。
图1 喷射沉积技术原理图
图2 喷射沉积过程示意图
▪ 特点：
▪ （1）喷射成形材料具有快速凝固组织特征。晶粒细小、 成分均匀、合金元素过饱和度高、无宏观偏析。
▪ （2）含氧量低。雾化熔滴处于液态的时间极短，且有惰 性气氛的保护。
▪ （3）合金性能改善。
▪ （4）成形工艺简单，产品生产工序大大简化。
▪ （5）喷射成形技术具有广泛的通用性及产品的多样性。
▪ 国外：美国的美国海军武器中心（NSWC）、（MIT）、 加州理工学院等，英国的牛津大学、剑桥大学、伯明翰大 学、等，德国PEAK公司，瑞典SANDVIK钢厂及日本住友 重工等。
▪ 国内：最早报道在1987年，1999年建成了国内目前最大 的喷射成形设备（雾化室体积3.2m×1m×2m）。北京有 色研究院、哈尔滨工业大学、北京科技大学、中南大学、 沈阳工业大学等。
4. 发展趋势
▪ （1）喷射成形过程的基础理论研究。 ▪ （2）喷射成形材料组织和性能的深入研究。 ▪ （3）喷射沉积工艺过程的自动控制研究。 ▪ （4）喷射成形制品的后续致密化研究。 ▪ （5）喷射成形技术产业化规模和范围的扩大。
谢谢大家
喷射沉积快速凝固技术
内容
▪ 喷射沉积技术背景、发展概况 ▪ 喷射沉积技术原理、特点、关键技术 ▪ 相关研究及应用 ▪ 发展趋势
1. 背景、概况
▪ 喷射成形的概念最早由英国Swansea大学Singer授于 1968年提出，于1972年获得专利。
▪ 经历了适用合金系统的实验研究（1975-1984年）、工 艺优化和雾化沉积机理研究（1984-1992年）、规模扩 大与产业化（1992-1998年）等阶段。
2. 原理、特点
▪ 原理：熔融金属或合金液被雾化成弥散分布的液态微滴雾化后的液
滴，在高压气体或离心力作用下喷射到具有不同运动方式的金属基底 表面,形成半固态薄层。经过雾化喷射过程中雾滴与气体的对流换热 及沉积坯与基底的热传导, 金属或合金液迅速冷却,从而凝固成具有不 同形状和较高致密度的喷射成形金属实体。