喷雾形成冶金结合的好处迅速冷却凝固过程中产生低偏析,精致的微观结构与形状的近净处理相关的成本优势。它可以提供特定的优势在制造业某些组件,戒指和外壳等效果。随着航空发动机直径增加提供更多的权力,制造所需的大直径环和外壳变得更加困难。喷雾形成提供了一个路线更容易制造这些大型组件,它还允许使用合金的可能性目前不能用于其他的制造方法。它提供了一个路线生产组件与增强属性,最终可能导致更大、更强大的飞机。 历史喷雾形成商业化了鱼鹰据下在1970年代的金属,因此通常被称为鱼鹰的过程。鱼鹰许可证持有者包括主要铝、铜、铁和镍合金制造商。生产设施在高峰,德国生产高硅含Al合金(3500吨/年)用作奔驰,气缸套和Sprayform技术国际(STI),美国制造大直径镍环(每年500吨每班)航空航天工业。 这个过程喷雾形成过程示意图见图1。第一步是基于“增大化现实”技术或N2熔体流产生的气体喷雾喷10 - 500μm滴。这些水滴沉积在不断喷预成型表面喷雾锥下翻译,在任何残余液体喷预成型冷却相对缓慢和凝固。
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图1所示。喷射成型过程的示意图。 |
Characteristics喷雾形成的材料欧洲杯足球竞彩钢坯、环和板几何图形可以制造,以及颗粒增强金属基复合材料(间)的共沉积固体陶瓷阶段,通常5-15μm SiC颗粒。喷洒预先形成的典型等轴颗粒15-50μm直径预成型位置,和低收入水平的micro-segregation macro-segregation。喷洒粗加工的微观结构是至关重要的是依赖于平均喷雾沉积固体部分,通常关键在于0.3到0.8范围。喷洒预先形成总是包含1-3vol %的残余孔隙度,并需要通过挤压下游加工,热等静压(hip)、滚动等完整的密度。 Sp的优点射线形成巩固喷雾形成材料显示持续等效或优越的拉伸,韧性、疲劳欧洲杯足球竞彩和蠕变行为相比,传统加工的等价物。附近净形状处理的经济效益喷雾形成组件敏感但是,例如,移除处理步骤的制造大直径镍超耐热不锈钢航空发动机环预计实现高达30%的储蓄相比,铸造和锻造方法或粉处理。 商业评估项目联合王国在英国,喷雾形成的商业可行性大直径镍超耐热不锈钢预先形成的航天探索了Allvac-SMP,谢菲尔德,会同鱼鹰和丹麦钢。1吨的预先形成直径400毫米,1200毫米的长度也被搬上了舞台。喷雾形成的可行性直径600毫米和2700毫米长预先形成与改进的可锻性原料供应过程中如环轧和/或臀部正在调查。 美国的美国在美国有两个主要项目开发喷雾形成镍超合金。项目的目标涉及通用电气(General Electric)和Teledyne Allvac是开发喷雾形成和伪造的压缩机和涡轮盘。因为这些关键部件疲劳敏感必须消除所有耐火包体。一个试验工厂所以委托相结合的电渣重熔真空感应熔化(VIM)原料,冷坩埚感应熔炼和感应指南底部浇注的融化。这种安排使得不需要陶瓷坩埚和喷嘴,和能产生280公斤预先形成高达每分钟20公斤。 Sprayform技术国际Sprayform技术国际项目(普惠和Howmet)的合资公司旨在制造大直径喷雾形成环和外壳。在这种情况下,VIM和喷洒到大直径钢心轴旋转相结合,和1400毫米直径环可以直接从制造2700公斤融化。PW4000发动机高压涡轮壳环,生产镍超耐热不锈钢IN718,喷雾形成和髋部和/或环滚,和一直引擎测试成功。 喷雾形成镍超合金特征倪高温合金微观结构形成的喷雾通常由细等轴颗粒、低化学分离,精制碳化物和减少形成脆化的拓扑密切包装(TCP)阶段。结果改进加工、热加工和加工有可能减少组件制造的时间和降低成本。例如,降低流压力和增加可锻性相比传统铸造和锻造材料允许减少超过50%的喷雾形成镍超耐热不锈钢戒指仅在两辊传递。欧洲杯足球竞彩加工的最终细节是最昂贵的阶段之一,在航空发动机制造戒指和外壳。喷雾形成镍超合金显示25 - 35%增加切削速度结合多为倪高温合金U720刀具寿命增加到了原来的4倍。 属性处理的改进没有达到机械性能为代价的。喷雾的极限抗拉和证据优势形成和巩固IN718 U720已被证明与铸造和锻造同行可比。此外,蠕变应力断裂和低周疲劳性能相当或略有改善。力学性能的改善也已意识到钢铁Jetehete M152,用于制造航空发动机外壳。强度、延性、蠕变应变和硬度都位于航空规范,甚至在熔射状态。因此,对于一些组件附近有潜力获得最大受益于净形状喷雾形成而不需要与下游热机的发展性质处理。 基于“增大化现实”技术对N2对雾化烧天然气技术和科学争论围绕的最佳喷雾形成镍超合金和使用Ar或N2雾化烧天然气。如果采用Ar,孔隙度封闭在髋关节合并可能会重新出现在焊接操作或在服务——这就是所谓的高温热诱导孔隙度(提示)。小费的反应是因为Ar在倪溶解度很低,可能严重影响力学性能。基于“增大化现实”技术也更昂贵的比N2。如果N2作为雾化烧天然气,然后提示反应是减少或消除因为N2与普通合金添加钛反应容易形成锡。然而,锡形成本身可能有害的力学性能,尤其是疲劳寿命,可以介绍一个在任何过喷粉的回收成本。 喷射成形铝合金开发期间提供的均匀的微观结构快速冷却喷雾形成一直追究Al机身应用程序由几个Al合金制造商。Cospray在英国和加拿大铝业国际研究喷雾形成Al合金在1980年代和1990年代早期使用300公斤坯试验工厂。最近一个铝坯直径300毫米和2.5米长已经由峰值。 铝锂合金发展在Cospray最初集中在传统的8090和8091铝锂合金。相比,直接冷却(DC)铸造合金,合金形成的喷雾有显著细化晶粒尺寸20-50μm和更均匀分布的第二相粒子和晶界沉淀。欧洲杯猜球平台坯料要么是臀部,伪造或挤压治愈as-sprayed孔隙度。类似于镍超合金、喷雾形成组织导致了优越的性能与传统相比加工材料。欧洲杯足球竞彩此外,污染物Na和H水平相对较低,进一步增加延性和断裂韧性。 Aluminium-Lithium-Zirconium合金新的包含李、锆合金添加之外,可以实现在DC铸造材料随后与洛克希德和GKN-Westland直升机。欧洲杯足球竞彩李高水平导致高强度,高模量、低密度、Zr水平较高而导致高分散体粒子的体积分数控制粮食和sub-grain结构。欧洲杯猜球平台重大潜在应用已确定在两个航天器和直升机,在重量储蓄是非常重要的。两个新的合金开发——UL30 (Al - 3.0 - 0.7 - 1.0 -铜-李- mg - 03 u],和UL40 (Al - 4. -奥利- 0.2 - zr)后者商用铝合金密度最低。 喷雾形成铝合金的属性挤压和峰值喷雾形成的纵向特性8090岁UL30和UL40比较表1。UL30合金是一种高强度合金设计实现其高强度工作不需要冷沉淀年代的过程2CuMg阶段,是必需的,例如,8090。消除冷加工是高强度锻件的生产优势,然后可以产生不需要冷压缩,从而导致成本节约。 表1。挤压高峰喷雾形成的纵向特性8090岁,UL30 UL40。
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0.2%耐力(MN.m2) |
512年 |
503年 |
459年 |
极限抗拉强度(MN.m2) |
550年 |
515年 |
528年 |
延伸率(%) |
5.1 |
4.9 |
4.7 |
K1 c(MN.m3/2) |
46.4 |
34.6 |
20.1 |
扬斯模量(GN.m2) |
79.0 |
81.5 |
83.4 |
密度(g.cm3) |
2.54 |
2.51 |
2.41 |
其他铝合金
类似的合金发展规划进行了高强度7 xxx和高温2 xxx系列合金。在7 xxx合金、商业DC铸造合金可以包含多达8 wt %锌(如7449年和7055年)。然而,喷雾形成的合金可以用锌生产内容11 - 12%,高于正常水平的Zr,如al - 11.5 -锌- 2.5 - 0.2毫克- 1.0 -铜- - Zr型。锻件这些合金显示出更高的强度和韧性的组合与传统相比7075年和7050年。2 xxx系列合金也被发达水平较高的铜、锰等和其他分散体形成元素锆、V和Ti获得改善提升属性与传统高温合金2618。UL40和高锌7 xxx系列合金,以及其他航空合金可从鱼鹰金属。 而一些新Al合金开发专门为喷雾成型,镍合金的不同的市场和工程要求对航空发动机应用喷雾形成发展关注减少制造成本为现有的合金。然而,随着喷射成型等利基市场的逐步建立,正在开发的STI,将追求镍超合金合金发展。 喷雾形式/臀部因为喷雾形式/时尚路线消除了传统的限制,大直径镍超耐热不锈钢外壳必须在形变合金成分适合大幅降低环轧,喷雾形成环更接近成分的铸造合金在高温应用程序可能使用。这些合金现在正在调查在最近安装了鱼鹰单元牛津中心先进材料和复合材料(OCAMAC),图2。欧洲杯足球竞彩本研究的目的是开发环和外壳与改进的操作温度和力学性能,以相对较低的额外成本。
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图2。合金发展OCAMAC高温合金喷射成形装置在安装。 |
经济可行性赋予的力学性能改善微观结构形成的精炼喷现在正在建立的航空材料。欧洲杯足球竞彩剩余挑战面对喷射成形工艺的实现是在生产环境中潜在的经济效益。经济可行性的核心是维护一个有效的转换液态金属原料喷雾形成产品。制程良率是被液滴轨迹控制不好(超范围的),过度液滴飞溅,或反弹,喷洒在预成型顶面,不可复制的形状和冶金质量差,如过度的孔隙度。所有这些方面及其操纵正在调查几家大学和公司的研究实验室。例如,Cospray合作OCAMAC在线视觉系统实现日常形状控制在Al合金的喷雾形成减少的直径300毫米直径的变化预成型从±10毫米到±1毫米。 工艺ng条件虽然形状控制已经成为标准在生产系统中,工艺条件良好的冶金质量通常预设而不是操纵在线。一些合金成分显示明显的敏感性变化喷雾形成条件,而其他人则更加宽容和喷雾形式总是与低孔隙度、小尺度微观结构。量化解释最佳喷雾条件之间的关系和合金成分尚未被开发。同样,理解,因此控制孔隙形成的另一个却没有得到足够关注。 相比之下,最近已取得重要进展在理解其他的一些关键进程发生在喷雾形成。的重要性,良好的固体颗粒在液体的喷作为形成核的大水滴已经证明欧洲杯猜球平台,和热条件从分层的微观结构的转变与喷涂料的晶粒结构量化。滴溅的重要性和反弹在减少制程良率也被显示通过使用先进的激光和高速成像技术。最后这个例子中一个突出的障碍,产生改善基本的了解,从而控制喷雾形成——有意义的在线测量的条件在喷雾形成往往是困难的,因为特别的恶意制造条件,而且经常需要专门的技术。 年代ummary喷雾形成已经从实验室到生产环境中对一些镍和半岛航空合金提高性能和降低成本可能会意识到。这一趋势可能会持续下去,但受益的将是最好意识到降低成本在哪里结合合金的发展旨在利用喷雾形成的不同寻常的固化条件。这一承诺的实现的核心是持续增长的基本理解的因素控制微观结构和收益,并可能多的帮助下使用数值模拟和先进的诊断技术。 |