1、2022年7月2日星期六1第第4 4章章 金屬基復(fù)合材料的制造技術(shù)金屬基復(fù)合材料的制造技術(shù)2022年7月2日星期六24.1 4.1 概述概述 金屬基復(fù)合材料制造技術(shù)是影響金屬基復(fù)合材料迅速發(fā)展和金屬基復(fù)合材料制造技術(shù)是影響金屬基復(fù)合材料迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題。廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題。 金屬基復(fù)合材料的性能、應(yīng)用、成本等在很大程度上取決于金屬基復(fù)合材料的性能、應(yīng)用、成本等在很大程度上取決于金屬基復(fù)合材料的的制造方法和工藝。金屬基復(fù)合材料的的制造方法和工藝。 金屬基復(fù)合材料的制造相對(duì)比較復(fù)雜和困難金屬基復(fù)合材料的制造相對(duì)比較復(fù)雜和困難: :金屬熔點(diǎn)較高，金屬熔點(diǎn)較高，需要在高溫下操作；同時(shí)不少金

2、屬對(duì)增強(qiáng)體表面潤(rùn)濕性很差，需要在高溫下操作；同時(shí)不少金屬對(duì)增強(qiáng)體表面潤(rùn)濕性很差，甚至不潤(rùn)濕，加上金屬在高溫下很活潑，易與多種增強(qiáng)體發(fā)生甚至不潤(rùn)濕，加上金屬在高溫下很活潑，易與多種增強(qiáng)體發(fā)生反應(yīng)。反應(yīng)。 目前雖然已經(jīng)研制出不少制造方法和工藝，但仍存在一系列目前雖然已經(jīng)研制出不少制造方法和工藝，但仍存在一系列問(wèn)題。因此問(wèn)題。因此, ,研究發(fā)展有效的金屬基復(fù)合材料制造方法一直是金研究發(fā)展有效的金屬基復(fù)合材料制造方法一直是金屬基復(fù)合材料研究中最重要的問(wèn)題之一。屬基復(fù)合材料研究中最重要的問(wèn)題之一。 本章將涉及不同金屬基復(fù)合材料的制造方法、原理及特點(diǎn)等。本章將涉及不同金屬基復(fù)合材料的制造方法、原理及特點(diǎn)等

3、。2022年7月2日星期六3固態(tài)法是在基體金屬處于固態(tài)情況下，與固態(tài)法是在基體金屬處于固態(tài)情況下，與增強(qiáng)材料混合組成新的復(fù)合材料的方法。增強(qiáng)材料混合組成新的復(fù)合材料的方法。其中包括粉末冶金法、熱壓法、熱等靜壓其中包括粉末冶金法、熱壓法、熱等靜壓法、軋制法、擠壓和拉拔法、爆炸焊接法法、軋制法、擠壓和拉拔法、爆炸焊接法等。等。液態(tài)法是在基體金屬處于熔融狀態(tài)下，與增液態(tài)法是在基體金屬處于熔融狀態(tài)下，與增強(qiáng)材料混合組成新的復(fù)合材料的方法。其中強(qiáng)材料混合組成新的復(fù)合材料的方法。其中包括：真空壓力浸漬法。擠壓鑄造法、攪拌包括：真空壓力浸漬法。擠壓鑄造法、攪拌鑄造法、液態(tài)金屬浸漬法、共噴沉積法、熱鑄造法、液

4、態(tài)金屬浸漬法、共噴沉積法、熱噴涂法等。噴涂法等。新型制造方法包括：原位自生成法、物理新型制造方法包括：原位自生成法、物理氣相沉積法、化學(xué)氣相沉積法、化學(xué)鍍和氣相沉積法、化學(xué)氣相沉積法、化學(xué)鍍和電鍍法及復(fù)合鍍法等。電鍍法及復(fù)合鍍法等。4.1.1 4.1.1 金屬基復(fù)合材料制造方法的類型金屬基復(fù)合材料制造方法的類型固態(tài)制造技術(shù)固態(tài)制造技術(shù)液態(tài)制造技術(shù)液態(tài)制造技術(shù)新型制造技術(shù)新型制造技術(shù)2022年7月2日星期六44.1.2 4.1.2 制造技術(shù)應(yīng)具備的條件制造技術(shù)應(yīng)具備的條件(1) (1) 使增強(qiáng)材料均勻地分布金屬基體中，滿足復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度要求使增強(qiáng)材料均勻地分布金屬基體中，滿足復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和強(qiáng)

5、度要求; ;(2) (2) 能使復(fù)合材料界面效應(yīng)、混雜效應(yīng)或復(fù)合效應(yīng)充分發(fā)能使復(fù)合材料界面效應(yīng)、混雜效應(yīng)或復(fù)合效應(yīng)充分發(fā)揮揮;(3) (3) 能夠充分發(fā)揮增強(qiáng)材料對(duì)基休金屬的增強(qiáng)、增韌效果能夠充分發(fā)揮增強(qiáng)材料對(duì)基休金屬的增強(qiáng)、增韌效果; ; (4) (4) 設(shè)備投資少，工藝簡(jiǎn)單易行，可操作性強(qiáng)；便于實(shí)現(xiàn)批量或規(guī)模生產(chǎn)設(shè)備投資少，工藝簡(jiǎn)單易行，可操作性強(qiáng)；便于實(shí)現(xiàn)批量或規(guī)模生產(chǎn); ;(5) (5) 能制造出接近最終產(chǎn)品的形狀，尺寸和結(jié)構(gòu)，減少或避免后加工工序能制造出接近最終產(chǎn)品的形狀，尺寸和結(jié)構(gòu)，減少或避免后加工工序. . 2022年7月2日星期六54.1.3 4.1.3 金屬基復(fù)合材料制造的關(guān)

6、鍵性技術(shù)金屬基復(fù)合材料制造的關(guān)鍵性技術(shù)由于金屬所固有的物理和化學(xué)特性，其加工性能不如樹脂由于金屬所固有的物理和化學(xué)特性，其加工性能不如樹脂好，在制造金屬基復(fù)合材料中還需解決一些關(guān)鍵技術(shù)，其好，在制造金屬基復(fù)合材料中還需解決一些關(guān)鍵技術(shù)，其中主要表現(xiàn)于：中主要表現(xiàn)于： 加工溫度高，在高溫下易發(fā)生不利的化學(xué)反應(yīng)加工溫度高，在高溫下易發(fā)生不利的化學(xué)反應(yīng); ;增強(qiáng)材料與基體浸潤(rùn)性差增強(qiáng)材料與基體浸潤(rùn)性差; ;增強(qiáng)材料在基體中的分布。增強(qiáng)材料在基體中的分布。2022年7月2日星期六6在加工過(guò)程中，為了確?；w的浸潤(rùn)性和流動(dòng)性，需要采用很在加工過(guò)程中，為了確?；w的浸潤(rùn)性和流動(dòng)性，需要采用很高的加工溫度（

7、往往接近或高于基體的熔點(diǎn)）。在高溫下，基高的加工溫度（往往接近或高于基體的熔點(diǎn)）。在高溫下，基體與增強(qiáng)材料易發(fā)生界面反應(yīng)，有時(shí)會(huì)發(fā)生氧化生成有害的反體與增強(qiáng)材料易發(fā)生界面反應(yīng)，有時(shí)會(huì)發(fā)生氧化生成有害的反應(yīng)產(chǎn)物。這些反應(yīng)往往會(huì)對(duì)增強(qiáng)材料造成損害，形成過(guò)強(qiáng)結(jié)合應(yīng)產(chǎn)物。這些反應(yīng)往往會(huì)對(duì)增強(qiáng)材料造成損害，形成過(guò)強(qiáng)結(jié)合界面。過(guò)強(qiáng)結(jié)合界面會(huì)使材料產(chǎn)生早期低應(yīng)力破壞。高溫下反界面。過(guò)強(qiáng)結(jié)合界面會(huì)使材料產(chǎn)生早期低應(yīng)力破壞。高溫下反應(yīng)產(chǎn)物通常呈脆性，會(huì)成為復(fù)合材料整體破壞的裂紋源。因此應(yīng)產(chǎn)物通常呈脆性，會(huì)成為復(fù)合材料整體破壞的裂紋源。因此控制復(fù)合材料的加工溫度是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)?？刂茝?fù)合材料的加工溫度是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)

8、。解決的方法是：解決的方法是： 盡量縮短高溫加工時(shí)間，使增強(qiáng)材料與基體界面反應(yīng)時(shí)盡量縮短高溫加工時(shí)間，使增強(qiáng)材料與基體界面反應(yīng)時(shí) 間降低至最低程度；間降低至最低程度； 通過(guò)提高工作壓力使增強(qiáng)材料與基體浸潤(rùn)速度加快；通過(guò)提高工作壓力使增強(qiáng)材料與基體浸潤(rùn)速度加快； 采用擴(kuò)散粘接法可有效地控制溫度并縮短時(shí)間。采用擴(kuò)散粘接法可有效地控制溫度并縮短時(shí)間。2022年7月2日星期六7增強(qiáng)材料與基體浸潤(rùn)性差是金屬基復(fù)合材料制造的又一關(guān)鍵增強(qiáng)材料與基體浸潤(rùn)性差是金屬基復(fù)合材料制造的又一關(guān)鍵技術(shù)，絕大多數(shù)的金屬基復(fù)合材料如：碳技術(shù)，絕大多數(shù)的金屬基復(fù)合材料如：碳/ /鋁、碳鋁、碳/ /鎂、碳化鎂、碳化硅硅/ /鋁

9、、氧化鋁鋁、氧化鋁/ /銅等，基體對(duì)增強(qiáng)材料浸潤(rùn)性差，有時(shí)根本銅等，基體對(duì)增強(qiáng)材料浸潤(rùn)性差，有時(shí)根本不發(fā)生潤(rùn)濕現(xiàn)象。不發(fā)生潤(rùn)濕現(xiàn)象。解決的方法是：解決的方法是： 加入合金元素，優(yōu)化基體組分，改善基體對(duì)增強(qiáng)材料的加入合金元素，優(yōu)化基體組分，改善基體對(duì)增強(qiáng)材料的 浸浸 潤(rùn)性，常用的合金元素有：鈦、鋯，鈮、鈰等；潤(rùn)性，常用的合金元素有：鈦、鋯，鈮、鈰等； 對(duì)增強(qiáng)材料進(jìn)行表面處理，涂敷一層可抑制界面反應(yīng)的對(duì)增強(qiáng)材料進(jìn)行表面處理，涂敷一層可抑制界面反應(yīng)的 涂層，可有效改善其浸潤(rùn)性，涂層，可有效改善其浸潤(rùn)性， 表面涂層涂覆方法較多，表面涂層涂覆方法較多， 如化學(xué)氣相沉積，物理氣相沉積，溶膠凝膠和電鍍或如化

10、學(xué)氣相沉積，物理氣相沉積，溶膠凝膠和電鍍或 化學(xué)化學(xué) 鍍等。鍍等。 2022年7月2日星期六8按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需求，使增強(qiáng)材料按所需方向均勻地分布于基體中按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需求，使增強(qiáng)材料按所需方向均勻地分布于基體中也是金屬基復(fù)合材料制造中的關(guān)鍵技術(shù)之一。增強(qiáng)材料的種類也是金屬基復(fù)合材料制造中的關(guān)鍵技術(shù)之一。增強(qiáng)材料的種類較多，如短纖維、晶須、顆粒等，也有直徑較粗的單絲，直徑較多，如短纖維、晶須、顆粒等，也有直徑較粗的單絲，直徑較細(xì)的纖維束等。在尺寸形態(tài)、理化性能上也有很大差異，使較細(xì)的纖維束等。在尺寸形態(tài)、理化性能上也有很大差異，使其均勻地、或按設(shè)計(jì)強(qiáng)度的需要分布比較困難。其均勻地、或按設(shè)計(jì)強(qiáng)度的需要分布

11、比較困難。解決的方法是：解決的方法是： 對(duì)增強(qiáng)體進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚恚蛊浣n基體速度加快；對(duì)增強(qiáng)體進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚?，使其浸漬基體速度加快； 加入適當(dāng)?shù)暮辖鹪馗纳苹w的分散性；加入適當(dāng)?shù)暮辖鹪馗纳苹w的分散性； 施加適當(dāng)?shù)膲毫?，使其分散性增大。施加適當(dāng)?shù)膲毫?，使其分散性增大?施加外場(chǎng)施加外場(chǎng)( (磁場(chǎng)磁場(chǎng), ,超聲場(chǎng)等超聲場(chǎng)等) )2022年7月2日星期六94.2 4.2 固態(tài)制造技術(shù)固態(tài)制造技術(shù)固態(tài)制造技術(shù)主要包括：固態(tài)制造技術(shù)主要包括：粉末冶金粉末冶金熱壓熱壓熱等靜壓熱等靜壓熱軋熱軋熱擠壓熱擠壓熱拉熱拉爆炸焊接爆炸焊接2022年7月2日星期六10粉末冶金粉末冶金是制取金屬或用金屬粉末

12、（或金屬粉末與非金是制取金屬或用金屬粉末（或金屬粉末與非金屬粉末的混合物）作為原料，經(jīng)過(guò)成形和燒結(jié)，制造金屬粉末的混合物）作為原料，經(jīng)過(guò)成形和燒結(jié)，制造金屬材料、屬材料、復(fù)合材料復(fù)合材料以及各種類型制品的工藝技術(shù)。粉末以及各種類型制品的工藝技術(shù)。粉末冶金法與生產(chǎn)陶瓷有相似的地方，因此，一系列粉末冶冶金法與生產(chǎn)陶瓷有相似的地方，因此，一系列粉末冶金新技術(shù)也可用于陶瓷材料的制備。由于粉末冶金技術(shù)金新技術(shù)也可用于陶瓷材料的制備。由于粉末冶金技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，它已成為解決新材料問(wèn)題的鑰匙，在新材料的的優(yōu)點(diǎn)，它已成為解決新材料問(wèn)題的鑰匙，在新材料的發(fā)展中起著舉足輕重的作用。發(fā)展中起著舉足輕重的作用。2022年

13、7月2日星期六11粉末冶金工藝的基本工序是：粉末冶金工藝的基本工序是：1 1、原料粉末的制備。、原料粉末的制備?，F(xiàn)有的制粉方法大體可分為兩類：機(jī)械法和物理化學(xué)法。現(xiàn)有的制粉方法大體可分為兩類：機(jī)械法和物理化學(xué)法。而機(jī)械法可分為：機(jī)械粉碎及霧化法；物理化學(xué)法又分而機(jī)械法可分為：機(jī)械粉碎及霧化法；物理化學(xué)法又分為：電化腐蝕法、還原法、化合法、還原為：電化腐蝕法、還原法、化合法、還原- -化合法、氣相化合法、氣相沉積法、液相沉積法以及電解法。沉積法、液相沉積法以及電解法。2022年7月2日星期六12不銹鋼真空球磨罐不銹鋼真空球磨罐QM-QM-星行球磨機(jī)星行球磨機(jī)2022年7月2日星期六13球磨工藝球

14、磨時(shí)間球料比球磨轉(zhuǎn)速球磨氣氛（干磨、濕磨）2022年7月2日星期六14球磨工藝-球磨時(shí)間2022年7月2日星期六15球磨工藝-球料比球料比越大，硬質(zhì)粉體越細(xì)小。而塑性較好的金屬粉體如圖2022年7月2日星期六162022年7月2日星期六17 2 2、壓制成坯塊。、壓制成坯塊。成型的目的是制得一定形狀和尺寸的壓坯，并使其具成型的目的是制得一定形狀和尺寸的壓坯，并使其具有一定的密度和強(qiáng)度。成型的方法基本上分為加壓成有一定的密度和強(qiáng)度。成型的方法基本上分為加壓成型和無(wú)壓成型。加壓成型中應(yīng)用最多的是模壓成型。型和無(wú)壓成型。加壓成型中應(yīng)用最多的是模壓成型。2022年7月2日星期六18液壓式壓力機(jī)液壓式壓

15、力機(jī)壓力機(jī)壓力表壓力機(jī)壓力表壓力機(jī)壓力壓力機(jī)壓力調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥上模上模下模下模2022年7月2日星期六19液壓機(jī)原理圖液壓機(jī)原理圖2022年7月2日星期六202022年7月2日星期六21我國(guó)粉末冶金專家黃培云教授得出粉末體密度的變化與壓制壓力的關(guān)系式，即雙對(duì)數(shù)壓制方程： 式中dm致密合金的密度； d0壓坯原始密度； d壓坯密度； P壓制壓力； n常數(shù)，硬化指數(shù)的倒數(shù)； M常數(shù)，相當(dāng)于壓制模量。采用模壓成型壓制出的壓坯致密度可達(dá)58-62%。2022年7月2日星期六22lnln()()lnlnddddd dnPMmm00脫脂在試樣燒結(jié)前，必須將成形劑脫除掉。成形劑的揮發(fā)溫度通常是200-400，如

16、在此溫度未脫除干凈，爐內(nèi)溫度繼續(xù)上升時(shí)，成形劑將裂解而使燒結(jié)體增碳，同時(shí)產(chǎn)生大量的氣孔。脫脂在還原氣氛爐內(nèi)進(jìn)行。2022年7月2日星期六23在200 到400 之間升溫和保溫時(shí)間都很長(zhǎng)，其目的就是使成形劑充分揮發(fā)。加熱到800 并短時(shí)保溫的目的是提高壓坯的強(qiáng)度。2022年7月2日星期六242022年7月2日星期六25 燒結(jié)是粉末冶金工藝中的關(guān)鍵性工序。燒結(jié)是粉末冶金工藝中的關(guān)鍵性工序。成型后的壓坯通成型后的壓坯通過(guò)燒結(jié)使其得到所要求的最終物理機(jī)械性能。燒結(jié)又分為過(guò)燒結(jié)使其得到所要求的最終物理機(jī)械性能。燒結(jié)又分為單元系燒結(jié)和多元系燒結(jié)。對(duì)于單元系和多元系的固相燒單元系燒結(jié)和多元系燒結(jié)。對(duì)于單元系

17、和多元系的固相燒結(jié)，燒結(jié)溫度比所用的金屬及合金的熔點(diǎn)低；對(duì)于多元系結(jié)，燒結(jié)溫度比所用的金屬及合金的熔點(diǎn)低；對(duì)于多元系的液相燒結(jié)，燒結(jié)溫度一般比其中難熔成分的熔點(diǎn)低，而的液相燒結(jié)，燒結(jié)溫度一般比其中難熔成分的熔點(diǎn)低，而高于易熔成分的熔點(diǎn)。除普通燒結(jié)外，還有松裝燒結(jié)、熔高于易熔成分的熔點(diǎn)。除普通燒結(jié)外，還有松裝燒結(jié)、熔浸法、熱壓法等特殊的燒結(jié)工藝。浸法、熱壓法等特殊的燒結(jié)工藝。 溫度溫度, ,時(shí)間時(shí)間, ,氣氛氣氛. .3 3、坯塊的燒結(jié)、坯塊的燒結(jié)2022年7月2日星期六26箱式電阻爐箱式電阻爐2022年7月2日星期六27真空燒結(jié)爐真空燒結(jié)爐2022年7月2日星期六28燒結(jié)后的處理，可以根據(jù)產(chǎn)品

18、要求的不同，采取多種方燒結(jié)后的處理，可以根據(jù)產(chǎn)品要求的不同，采取多種方式。如精整、浸油、機(jī)加工、熱處理及電鍍。此外，近式。如精整、浸油、機(jī)加工、熱處理及電鍍。此外，近年來(lái)一些新工藝如軋制、鍛造也應(yīng)用于粉末冶金材料燒年來(lái)一些新工藝如軋制、鍛造也應(yīng)用于粉末冶金材料燒結(jié)后的加工，取得較理想的效果。結(jié)后的加工，取得較理想的效果。4 4、產(chǎn)品的后序處理、產(chǎn)品的后序處理2022年7月2日星期六29（2 2）可以制備非晶、微晶、準(zhǔn)晶、納米晶和超飽和固溶體）可以制備非晶、微晶、準(zhǔn)晶、納米晶和超飽和固溶體 等等一系列高性能一系列高性能非平衡材料，這些材料具有非平衡材料，這些材料具有優(yōu)異的電優(yōu)異的電 學(xué)、磁學(xué)、光

19、學(xué)和力學(xué)性能。學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)和力學(xué)性能。（1 1）粉末冶金技術(shù)可以最大限度地減少合金成分偏聚，）粉末冶金技術(shù)可以最大限度地減少合金成分偏聚，消除消除 粗大粗大、不、不均勻的均勻的鑄造組織。在制備高性能鑄造組織。在制備高性能稀土永磁材料、稀土永磁材料、 稀土稀土儲(chǔ)氫材料、稀土發(fā)光材料、稀土催化劑、儲(chǔ)氫材料、稀土發(fā)光材料、稀土催化劑、高溫超導(dǎo)高溫超導(dǎo) 材料材料、新型金屬材料（如、新型金屬材料（如Al-LiAl-Li合金、耐熱合金、耐熱AlAl合金、合金、 超合金超合金、粉末耐蝕不銹鋼、粉末高速鋼、粉末耐蝕不銹鋼、粉末高速鋼、金屬間化合物金屬間化合物 高溫結(jié)構(gòu)材料等）具有重要的作用。高溫結(jié)構(gòu)材料等）

20、具有重要的作用。粉末冶金具有以下特點(diǎn)粉末冶金具有以下特點(diǎn): :2022年7月2日星期六30（6 6）可以充分利用礦石、尾礦、煉鋼污泥、軋鋼鐵鱗、回收）可以充分利用礦石、尾礦、煉鋼污泥、軋鋼鐵鱗、回收 廢舊金屬作原料，是一種可有效進(jìn)行材料再生和廢舊金屬作原料，是一種可有效進(jìn)行材料再生和綜合綜合 利用的新技術(shù)。利用的新技術(shù)。（3 3）可以容易地實(shí)現(xiàn)多種類型的復(fù)合，充分發(fā)揮各組元材料）可以容易地實(shí)現(xiàn)多種類型的復(fù)合，充分發(fā)揮各組元材料 各自的特性，是一種低成本生產(chǎn)高性能金屬基和陶瓷復(fù)各自的特性，是一種低成本生產(chǎn)高性能金屬基和陶瓷復(fù) 合材料的工藝技術(shù)。合材料的工藝技術(shù)。（4 4）可以生產(chǎn)普通熔煉法無(wú)法生

21、產(chǎn)的具有特殊結(jié)構(gòu)和性能的）可以生產(chǎn)普通熔煉法無(wú)法生產(chǎn)的具有特殊結(jié)構(gòu)和性能的 材料和制品，如新型多孔生物材料，多孔分離膜材料、材料和制品，如新型多孔生物材料，多孔分離膜材料、 高性能結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷材料等。高性能結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷材料等。（5 5）可以實(shí)現(xiàn)凈近形成形和自動(dòng)化批量生產(chǎn)，從而，可以有）可以實(shí)現(xiàn)凈近形成形和自動(dòng)化批量生產(chǎn)，從而，可以有 效地降低生產(chǎn)的資源和能源消耗。效地降低生產(chǎn)的資源和能源消耗。2022年7月2日星期六31 粉末冶金是最早用來(lái)制造金屬基復(fù)合材料的方法，早在粉末冶金是最早用來(lái)制造金屬基復(fù)合材料的方法，早在19611961年年KopenaalKopenaal等人就利用粉末

22、冶金法制造纖維體積含量為等人就利用粉末冶金法制造纖維體積含量為20204040的碳鋁復(fù)合材料，但由于性能很低，也無(wú)有效的碳鋁復(fù)合材料，但由于性能很低，也無(wú)有效措施加以提高，這種方法已不用來(lái)制造長(zhǎng)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，措施加以提高，這種方法已不用來(lái)制造長(zhǎng)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，而主要用于制造顆?；蚓ы氃鰪?qiáng)金屬基復(fù)合材料。而主要用于制造顆?；蚓ы氃鰪?qiáng)金屬基復(fù)合材料。2022年7月2日星期六321 1、工藝過(guò)程及注意事項(xiàng)、工藝過(guò)程及注意事項(xiàng)美國(guó)的美國(guó)的DWADWA公司用此法制造了不同成分的鋁合金基體和公司用此法制造了不同成分的鋁合金基體和不同顆粒（晶須）含量的復(fù)合材料及各種零件、管材、不同顆粒（晶須）含量的復(fù)

23、合材料及各種零件、管材、型材和板材，它們具有很高的比強(qiáng)度、比模量和耐磨型材和板材，它們具有很高的比強(qiáng)度、比模量和耐磨性，已用于汽車、飛機(jī)、航天器等。性，已用于汽車、飛機(jī)、航天器等。2022年7月2日星期六33 粉末冶金法也被用來(lái)制造鈦基、金屬間化合物基復(fù)合材粉末冶金法也被用來(lái)制造鈦基、金屬間化合物基復(fù)合材料。例如，含料。例如，含TiCTiC顆粒顆粒1010的的TiC/TiTiC/Ti6Al6Al4V4V復(fù)合材料，其復(fù)合材料，其650650的高溫彈性模量提高于的高溫彈性模量提高于1515，使用溫度可提高，使用溫度可提高100100。 基體粉末和顆粒（晶須）增強(qiáng)材料的混合均勻以及基體基體粉末和顆粒

24、（晶須）增強(qiáng)材料的混合均勻以及基體粉末的防止氧化是整個(gè)工藝的關(guān)鍵，必須采取有效措施。粉末的防止氧化是整個(gè)工藝的關(guān)鍵，必須采取有效措施。 與攪拌鑄法相比，在粉末冶金法中顆粒（晶須）的含量與攪拌鑄法相比，在粉末冶金法中顆粒（晶須）的含量不受限制，尺寸也可以在較大范圍內(nèi)變化，但材料的成本較不受限制，尺寸也可以在較大范圍內(nèi)變化，但材料的成本較高，制造大尺寸的零件和坯料有一定困難。高，制造大尺寸的零件和坯料有一定困難。2022年7月2日星期六342 2、工藝適應(yīng)性、工藝適應(yīng)性 該工藝適于制造該工藝適于制造SiCSiCp p/Al/Al、SiCSiCW W/Al/Al、AlAl2 2O O3 3/Al/A

25、l、TiBTiB2 2/Ti/Ti等等金屬基復(fù)合材料零部件、板材或錠坯等。金屬基復(fù)合材料零部件、板材或錠坯等。 常用的增強(qiáng)材料有：常用的增強(qiáng)材料有：SiCSiCP P、AlAl2 2O O3 3、SiCSiC、W W、B B4 4C CP P等顆粒、等顆粒、晶須及短纖維等。晶須及短纖維等。 常用的基體金屬有：常用的基體金屬有：AlAl、CuCu、TiTi等。等。2022年7月2日星期六354.2.2 4.2.2 熱壓和熱等靜壓技術(shù)熱壓和熱等靜壓技術(shù)熱壓法和熱等靜壓法亦稱擴(kuò)散粘接法，是加壓焊接的一種，因熱壓法和熱等靜壓法亦稱擴(kuò)散粘接法，是加壓焊接的一種，因此有時(shí)也稱擴(kuò)散焊接法。它是在較長(zhǎng)時(shí)間的高

26、溫及不大的塑性此有時(shí)也稱擴(kuò)散焊接法。它是在較長(zhǎng)時(shí)間的高溫及不大的塑性變形作用下依靠接觸部位原子間的相互擴(kuò)散進(jìn)行的。變形作用下依靠接觸部位原子間的相互擴(kuò)散進(jìn)行的。擴(kuò)散粘接過(guò)程可分為三個(gè)階段擴(kuò)散粘接過(guò)程可分為三個(gè)階段： 粘接表面之間的最初接觸，由于加熱和加壓使表面發(fā)生變粘接表面之間的最初接觸，由于加熱和加壓使表面發(fā)生變 形、移動(dòng)、表面膜（通常是氧化膜）破壞；形、移動(dòng)、表面膜（通常是氧化膜）破壞； 隨著時(shí)間的進(jìn)行發(fā)生界面擴(kuò)散和體擴(kuò)散，使接觸面粘接；隨著時(shí)間的進(jìn)行發(fā)生界面擴(kuò)散和體擴(kuò)散，使接觸面粘接； 由于熱擴(kuò)散結(jié)合界面最終消失，粘接過(guò)程完成。由于熱擴(kuò)散結(jié)合界面最終消失，粘接過(guò)程完成。2022年7月2日

27、星期六36 在發(fā)動(dòng)機(jī)制造中，熱等靜壓機(jī)已用于粉末高溫合金在發(fā)動(dòng)機(jī)制造中，熱等靜壓機(jī)已用于粉末高溫合金渦輪渦輪盤和盤和壓氣盤的成型。壓氣盤的成型。 粉末高溫合金熱等靜壓或熱等靜壓加鍛造的盤件已在多種粉末高溫合金熱等靜壓或熱等靜壓加鍛造的盤件已在多種高推重比航空發(fā)動(dòng)機(jī)上應(yīng)用。同樣，熱等靜壓還用于制造粉高推重比航空發(fā)動(dòng)機(jī)上應(yīng)用。同樣，熱等靜壓還用于制造粉末鈦合金風(fēng)扇盤和飛機(jī)上的粉末鋁合金和粉末鈦合金承力構(gòu)末鈦合金風(fēng)扇盤和飛機(jī)上的粉末鋁合金和粉末鈦合金承力構(gòu)件。在航天器制造工業(yè)中，熱等靜壓主要用于制造致密的碳件。在航天器制造工業(yè)中，熱等靜壓主要用于制造致密的碳質(zhì)結(jié)構(gòu)件，如火箭的舵面和固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管

28、喉襯等。質(zhì)結(jié)構(gòu)件，如火箭的舵面和固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管喉襯等。 各種合金的精密鑄件，如高溫合金渦輪葉片和鑄鈦機(jī)匣等，各種合金的精密鑄件，如高溫合金渦輪葉片和鑄鈦機(jī)匣等，經(jīng)熱等靜壓致密化處理可消除內(nèi)部疏松和縮孔，提高性能、經(jīng)熱等靜壓致密化處理可消除內(nèi)部疏松和縮孔，提高性能、可靠性和使用壽命。熱等靜壓還是返修舊件以延長(zhǎng)使用壽命可靠性和使用壽命。熱等靜壓還是返修舊件以延長(zhǎng)使用壽命的一種有效方法。的一種有效方法。2022年7月2日星期六37 熱等靜壓設(shè)備的組成熱等靜壓設(shè)備的組成: :大多數(shù)生產(chǎn)型熱等靜壓機(jī)的最高使用溫度約大多數(shù)生產(chǎn)型熱等靜壓機(jī)的最高使用溫度約14001400C C，最大，最大壓力在壓力在1

29、00100200200兆帕兆帕(1000(100020002000大氣壓大氣壓) )之間?，F(xiàn)代最大的之間。現(xiàn)代最大的熱等靜壓機(jī)的總噸位熱等靜壓機(jī)的總噸位約約4040萬(wàn)千牛（萬(wàn)千牛（4 4萬(wàn)噸力）。萬(wàn)噸力）。 壓力容器壓力容器加熱爐加熱爐壓縮機(jī)壓縮機(jī)真空泵真空泵冷卻裝置冷卻裝置計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)影響擴(kuò)散粘接過(guò)程的主要參數(shù)是溫度、壓力和一定溫度及影響擴(kuò)散粘接過(guò)程的主要參數(shù)是溫度、壓力和一定溫度及壓力下維持的時(shí)間，其中溫度和氣氛最為重要壓力下維持的時(shí)間，其中溫度和氣氛最為重要. .2022年7月2日星期六38Bodycote IMT Inc. 公司的一臺(tái)大型公司的一臺(tái)大型 QUINTUS熱

30、等靜壓機(jī)熱等靜壓機(jī) , , 爐體熱區(qū)直徑爐體熱區(qū)直徑 1.68 1.68 米米 2022年7月2日星期六39在熱等靜壓機(jī)中生產(chǎn)從金屬粉末直接成型的接近凈形狀零件在熱等靜壓機(jī)中生產(chǎn)從金屬粉末直接成型的接近凈形狀零件 2022年7月2日星期六40在熱等靜壓機(jī)中處理的鈦合在熱等靜壓機(jī)中處理的鈦合金金鑄件鑄件, , 用于消除在鑄造過(guò)用于消除在鑄造過(guò)程中形成的內(nèi)部微空和缺陷程中形成的內(nèi)部微空和缺陷 2022年7月2日星期六41在熱等靜壓機(jī)中處理的人工在熱等靜壓機(jī)中處理的人工關(guān)節(jié)關(guān)節(jié), , 用于消除在鑄造過(guò)程用于消除在鑄造過(guò)程中形成的內(nèi)部微空和中形成的內(nèi)部微空和缺陷缺陷2022年7月2日星期六42工藝適用

31、性工藝適用性（1 1）熱壓技術(shù)）熱壓技術(shù) 熱壓技術(shù)適用于制造熱壓技術(shù)適用于制造B/AlB/Al、SiC/AlSiC/Al、SiC/TiC/AlSiC/TiC/Al、C/MgC/Mg等等. . 復(fù)合材料零部件，管材和板材等。復(fù)合材料零部件，管材和板材等。 常用的增強(qiáng)材料有：常用的增強(qiáng)材料有：B B、SiCSiC、C C和和W W等。等。 常用的基體金屬有：常用的基體金屬有：AlAl，TiTi、CuCu、耐熱合金等。、耐熱合金等。（2 2）熱等靜壓技術(shù)）熱等靜壓技術(shù) 此技術(shù)適用于制造此技術(shù)適用于制造B/AlB/Al、SiC/TiSiC/Ti管材。管材。 常用的增強(qiáng)材料有：常用的增強(qiáng)材料有：B B、

32、SiCSiC、W W等。等。 常用的基體金屬有：常用的基體金屬有：AlAl、TiTi和超合金等。和超合金等。2022年7月2日星期六434.2.3 4.2.3 熱軋、熱擠壓和熱拉技術(shù)熱軋、熱擠壓和熱拉技術(shù)金屬材料中成熟的成型加工工藝，在此用于制造復(fù)合材料。金屬材料中成熟的成型加工工藝，在此用于制造復(fù)合材料。熱軋法熱軋法熱擠壓法熱擠壓法熱拉法熱拉法2022年7月2日星期六44熱軋法主要用來(lái)將已復(fù)合好的顆粒、晶須、短纖維增強(qiáng)金屬基熱軋法主要用來(lái)將已復(fù)合好的顆粒、晶須、短纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料錠坯進(jìn)一步加工成板材。復(fù)合材料錠坯進(jìn)一步加工成板材。由金屬箔和連續(xù)纖維組成的預(yù)制片制成板材，如鋁箔與硼纖維、

33、由金屬箔和連續(xù)纖維組成的預(yù)制片制成板材，如鋁箔與硼纖維、鋁箔與鋼絲。鋁箔與鋼絲。為了提高粘接強(qiáng)度，常在纖維上涂銀、鎳、銅等涂層，為了提高粘接強(qiáng)度，常在纖維上涂銀、鎳、銅等涂層，軋制時(shí)軋制時(shí)為了為了防止氧化常用鋼板包覆。防止氧化常用鋼板包覆。與金屬材料的軋制相比，長(zhǎng)纖維金屬箔軋制時(shí)每次的變形量與金屬材料的軋制相比，長(zhǎng)纖維金屬箔軋制時(shí)每次的變形量小、軋制道次多。小、軋制道次多。對(duì)于顆?；蚓ы氃鰪?qiáng)金屬基復(fù)合材料板材，先經(jīng)粉末冶金或熱對(duì)于顆?；蚓ы氃鰪?qiáng)金屬基復(fù)合材料板材，先經(jīng)粉末冶金或熱壓成坯料，再經(jīng)熱軋成復(fù)合材料板材。壓成坯料，再經(jīng)熱軋成復(fù)合材料板材。適用的復(fù)合材料適用的復(fù)合材料: :SiCp-Al

34、、SiCW-Cu、Al2O3W-Al、Al2O3W-Cu等。等。2022年7月2日星期六45熱軋機(jī)工作原理示意圖熱軋機(jī)工作原理示意圖鋁錠鋁錠熔煉爐熔煉爐靜置爐靜置爐過(guò)濾過(guò)濾鑄嘴鑄嘴軋機(jī)軋機(jī)中間機(jī)組中間機(jī)組卷取機(jī)卷取機(jī)熱軋系統(tǒng)基本流程為：熱軋系統(tǒng)基本流程為：2022年7月2日星期六46熱軋區(qū)放大示意圖熱軋區(qū)放大示意圖厚度厚度: 0.3-12mm; 寬度寬度:600-1560mm; 剪切長(zhǎng)度剪切長(zhǎng)度: 500-4500mm; 機(jī)列速度機(jī)列速度: 90m/min. 產(chǎn)品指標(biāo)產(chǎn)品指標(biāo)2022年7月2日星期六47 熱擠壓和熱拉主要用于顆粒、晶須、短纖維增強(qiáng)金屬基熱擠壓和熱拉主要用于顆粒、晶須、短纖維增強(qiáng)

35、金屬基復(fù)合材料坯料的進(jìn)一步加工，制成各種形狀的管材、型材、復(fù)合材料坯料的進(jìn)一步加工，制成各種形狀的管材、型材、棒材等。經(jīng)擠壓，拉拔后復(fù)合材料的組織變得均勻、缺陷減棒材等。經(jīng)擠壓，拉拔后復(fù)合材料的組織變得均勻、缺陷減少或消除，性能明顯提高，短纖維和晶須還有一定的擇優(yōu)取少或消除，性能明顯提高，短纖維和晶須還有一定的擇優(yōu)取向，軸向拉伸強(qiáng)度提高很多。向，軸向拉伸強(qiáng)度提高很多。 熱擠壓和熱拉對(duì)制造金屬絲增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料是很有熱擠壓和熱拉對(duì)制造金屬絲增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料是很有效的方法，具體做法是在基體金屬坯料上鉆長(zhǎng)孔，將增強(qiáng)金效的方法，具體做法是在基體金屬坯料上鉆長(zhǎng)孔，將增強(qiáng)金屬制成棒放入基體金屬的孔中，

36、密封后進(jìn)行熱擠壓或熱拉，屬制成棒放入基體金屬的孔中，密封后進(jìn)行熱擠壓或熱拉，增強(qiáng)金屬棒變成絲。也有將顆粒或晶須與基體金屬粉末混勻增強(qiáng)金屬棒變成絲。也有將顆?；蚓ы毰c基體金屬粉末混勻后裝入金屬管中，密封后直接熱擠壓或熱拉成復(fù)合材料管材后裝入金屬管中，密封后直接熱擠壓或熱拉成復(fù)合材料管材或棒材的?；虬舨牡摹?工藝適用性工藝適用性: C/Al,Al2O3/Al復(fù)合材料棒材和管材復(fù)合材料棒材和管材.增強(qiáng)體增強(qiáng)體主要有主要有: B,SiC,W等等,基體主要為基體主要為Al. 按按流動(dòng)特性流動(dòng)特性和和擠壓力的變化規(guī)律擠壓力的變化規(guī)律，可將擠壓過(guò)程，可將擠壓過(guò)程分為：分為： 填充擠壓階段填充擠壓階段：金屬在

37、擠：金屬在擠壓桿（力）的作用下首先充滿擠壓桿（力）的作用下首先充滿擠壓筒和?？祝▔和埠湍？祝ń饘僦饕獜较蛄鹘饘僦饕獜较蛄鲃?dòng)動(dòng)），擠壓力急劇升高；），擠壓力急劇升高； 基本擠壓階段基本擠壓階段：又稱：又稱層流層流擠壓階段，金屬不發(fā)生紊亂流動(dòng)，擠壓階段，金屬不發(fā)生紊亂流動(dòng)，即錠外（內(nèi)）層金屬出模后仍在即錠外（內(nèi)）層金屬出模后仍在外（內(nèi)）層，擠壓力穩(wěn)中有降；外（內(nèi)）層，擠壓力穩(wěn)中有降；擠壓桿行程擠壓桿行程擠擠壓壓力力 填充階段填充階段基本階段基本階段終了階段終了階段 終了擠壓階段終了擠壓階段：又稱：又稱紊流紊流擠壓階段，金屬發(fā)生紊擠壓階段，金屬發(fā)生紊亂流動(dòng)，即外層進(jìn)入內(nèi)層，擠壓力上升。亂流動(dòng)，即外層

38、進(jìn)入內(nèi)層，擠壓力上升。（1 1）填充）填充擠壓階段擠壓階段 P 擠壓時(shí)，為便于將錠坯放擠壓時(shí)，為便于將錠坯放入筒中，常使錠坯外徑小于入筒中，常使錠坯外徑小于筒內(nèi)徑筒內(nèi)徑115mm，因此在擠，因此在擠壓力的作用下，錠坯首先壓力的作用下，錠坯首先徑徑向流動(dòng)向流動(dòng)充滿擠壓筒，同時(shí)有充滿擠壓筒，同時(shí)有少量金屬流入?？住Ｉ倭拷饘倭魅肽？住U、墊桿、墊片、錠坯開始接觸到錠坯充片、錠坯開始接觸到錠坯充滿擠壓筒的階段稱為填充擠滿擠壓筒的階段稱為填充擠壓階段壓階段。A 必要性必要性 a 操作要求；操作要求； b 實(shí)心錠擠管，實(shí)心錠擠管， 否則穿孔針彎曲導(dǎo)致管材偏心否則穿孔針彎曲導(dǎo)致管材偏心 ； c 制品要求橫向

39、性能，制品要求橫向性能， 如航空用型材必須有一定如航空用型材必須有一定的鐓粗變形（的鐓粗變形（2530） B 應(yīng)力分析應(yīng)力分析 TNNPTTT 作用于坯料上的作用于坯料上的外力外力： 擠壓力：擠壓力： P ； 模端面反力：模端面反力： N ； 摩擦力：摩擦力： T?；緫?yīng)力狀態(tài)基本應(yīng)力狀態(tài)類似于自由體鐓粗，類似于自由體鐓粗，為為三向壓應(yīng)力三向壓應(yīng)力，即即軸向應(yīng)力軸向應(yīng)力L、徑、徑向應(yīng)力向應(yīng)力r、周向應(yīng)力、周向應(yīng)力。且可看成。且可看成是主應(yīng)力，但由于?？椎拇嬖?，導(dǎo)是主應(yīng)力，但由于模孔的存在，導(dǎo)致致L分布不均勻，分布不均勻，體現(xiàn)在：體現(xiàn)在：徑向徑向： 中心小，兩邊大，差異由中心小，兩邊大，差異由前

40、向后逐漸減小。前向后逐漸減小。軸向軸向： 對(duì)著?？撞糠郑河汕跋蚝笤龃髮?duì)著?？撞糠郑河汕跋蚝笤龃?對(duì)著模壁部分：由前向后減小對(duì)著模壁部分：由前向后減小C 變形（應(yīng)變）分析變形（應(yīng)變）分析 應(yīng)變狀態(tài)應(yīng)變狀態(tài)：一向壓縮（軸向）、二向延伸（徑向、：一向壓縮（軸向）、二向延伸（徑向、周向）周向） 變形過(guò)程變形過(guò)程：開始出鼓形，：開始出鼓形， 中部首先中部首先充滿擠壓筒；充滿擠壓筒；繼續(xù)加力繼續(xù)加力，上部充滿，上部充滿擠壓筒；最后擠壓筒；最后，下部充滿，下部充滿擠壓筒。擠壓筒。 PPPD 坯料端面變形分析坯料端面變形分析 PNNL 填充擠壓時(shí)，部分金屬會(huì)填充擠壓時(shí)，部分金屬會(huì)流入模孔，但此部分金屬并不流入

41、?？祝瞬糠纸饘俨⒉皇前l(fā)生塑性變形后流入?？椎?，是發(fā)生塑性變形后流入模孔的，而是而是被剪出被剪出的，其的，其組織是鑄態(tài)組織是鑄態(tài)組織組織，必須切下（棒材頭）。，必須切下（棒材頭）。 原因原因：軸向應(yīng)力在徑向上的分布是不均勻的，且在：軸向應(yīng)力在徑向上的分布是不均勻的，且在模孔周圍最大，這種應(yīng)力突變會(huì)產(chǎn)生很大的切應(yīng)力，當(dāng)?？字車畲螅@種應(yīng)力突變會(huì)產(chǎn)生很大的切應(yīng)力，當(dāng)此切應(yīng)力達(dá)到材料的剪切極限時(shí)，對(duì)著?？撞糠值慕饘俅饲袘?yīng)力達(dá)到材料的剪切極限時(shí)，對(duì)著?？撞糠值慕饘俦阊啬？妆患舫?。便沿?？妆患舫觥?E 填充階段應(yīng)注意的問(wèn)題填充階段應(yīng)注意的問(wèn)題 a 盡量減小變形量盡量減小變形量（錠坯與擠壓筒的間隙），

42、（錠坯與擠壓筒的間隙），否則易造成：制品性能不均勻；棒材頭大，即切頭大；否則易造成：制品性能不均勻；棒材頭大，即切頭大；低塑性材料易出現(xiàn)表面裂紋。此階段的變形量用低塑性材料易出現(xiàn)表面裂紋。此階段的變形量用填充填充擠壓系數(shù)擠壓系數(shù)表征，定義填充擠壓系數(shù)為：表征，定義填充擠壓系數(shù)為：錠筒FFkt一般一般10. 105. 1tk b 錠坯的長(zhǎng)度與直徑比小于錠坯的長(zhǎng)度與直徑比小于34，即，即L/D|L| L0, r0, |r| L0, |r|III區(qū)為死區(qū)：三向等值壓應(yīng)力區(qū)為死區(qū)：三向等值壓應(yīng)力IV區(qū)為剪切變形區(qū)區(qū)為剪切變形區(qū)軸向應(yīng)力軸向應(yīng)力L分布分布： 軸向上：由前向后逐漸軸向上：由前向后逐漸增大；

43、增大； 徑向上：由中心向邊部逐漸增大。徑向上：由中心向邊部逐漸增大。PNNNT1 L2 2 C 變形（應(yīng)變）分析變形（應(yīng)變）分析 應(yīng)變狀態(tài)應(yīng)變狀態(tài)：二向壓縮（徑向、周向）、一向延伸：二向壓縮（徑向、周向）、一向延伸（軸向）（軸向） 變形規(guī)律（應(yīng)變分布）變形規(guī)律（應(yīng)變分布）：可由此階段坐標(biāo)：可由此階段坐標(biāo)網(wǎng)格網(wǎng)格變化變化分析，如下圖。分析，如下圖。nl1nlnl 1nlnn 1n1nnl1nlnl 1nlnn 1n1n a 縱向縱向（水平方向）網(wǎng)格在進(jìn)、出?？装l(fā)生（水平方向）網(wǎng)格在進(jìn)、出?？装l(fā)生方向相反的兩次彎曲，彎曲程度由內(nèi)向外逐漸增方向相反的兩次彎曲，彎曲程度由內(nèi)向外逐漸增大，說(shuō)明變形是不均

44、勻的。分別連接兩次彎曲的大，說(shuō)明變形是不均勻的。分別連接兩次彎曲的彎折點(diǎn)可得兩個(gè)曲面，一般將此兩曲面與?？族F彎折點(diǎn)可得兩個(gè)曲面，一般將此兩曲面與?？族F面或死區(qū)界面所圍成的區(qū)域叫變形區(qū)壓縮錐，或面或死區(qū)界面所圍成的區(qū)域叫變形區(qū)壓縮錐，或簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱變形區(qū)變形區(qū)。 nl1nlnl 1nlnn 1n1n b 在變形區(qū)中，在變形區(qū)中，橫向橫向（垂直方向）網(wǎng)格的中心（垂直方向）網(wǎng)格的中心朝前，且越接近模孔彎曲越大，說(shuō)明朝前，且越接近?？讖澢酱?，說(shuō)明中心質(zhì)點(diǎn)的流速中心質(zhì)點(diǎn)的流速大于外層質(zhì)點(diǎn)的流速大于外層質(zhì)點(diǎn)的流速，且差異越接近?？自酱?。這是，且差異越接近?？自酱?。這是因?yàn)椋阂驗(yàn)椋?外摩擦影響：外層大，中心小

45、；外摩擦影響：外層大，中心小； 斷面溫度分布：一般外層低，中心高；斷面溫度分布：一般外層低，中心高； ?？椎拇嬖谑怪行馁|(zhì)點(diǎn)的流動(dòng)阻力小于外層質(zhì)點(diǎn)。?？椎拇嬖谑怪行馁|(zhì)點(diǎn)的流動(dòng)阻力小于外層質(zhì)點(diǎn)。 nl1nlnl 1nlnn 1n1n c 制品的網(wǎng)格也有制品的網(wǎng)格也有畸變畸變，表現(xiàn)在：，表現(xiàn)在： 橫向線的彎曲程度以及彎曲頂點(diǎn)的間距由前向橫向線的彎曲程度以及彎曲頂點(diǎn)的間距由前向后逐漸增大，說(shuō)明后逐漸增大，說(shuō)明變形變形（延伸變形和剪切變形）（延伸變形和剪切變形）由前由前向后逐漸增大向后逐漸增大。 中心網(wǎng)格變成近似矩形，外層網(wǎng)格變成平行四中心網(wǎng)格變成近似矩形，外層網(wǎng)格變成平行四邊形，說(shuō)明外層質(zhì)點(diǎn)不僅承受了

46、縱向延伸，還承受了邊形，說(shuō)明外層質(zhì)點(diǎn)不僅承受了縱向延伸，還承受了附加的剪切變形，且附加的剪切變形，且剪切變形由中心向外層逐漸增大剪切變形由中心向外層逐漸增大。 變形規(guī)律總結(jié)變形規(guī)律總結(jié)： 徑向上：外層大，中心小；徑向上：外層大，中心?。?軸向上：后端大，前端小；軸向上：后端大，前端??； 變形差異：由前向后逐漸增加；變形差異：由前向后逐漸增加； 流動(dòng)速度：中心大，外層?。涣鲃?dòng)速度：中心大，外層小； 總體看流動(dòng)平穩(wěn)（層流）。總體看流動(dòng)平穩(wěn)（層流）。變變形形前前后后外層外層中心中心d 擠壓筒內(nèi)金屬分區(qū)擠壓筒內(nèi)金屬分區(qū) 死區(qū)（前端難變形區(qū)）死區(qū)（前端難變形區(qū)）變形區(qū)變形區(qū)后后端端難難變變形形區(qū)區(qū)劇烈滑

47、移區(qū)劇烈滑移區(qū) 前端難變形區(qū)前端難變形區(qū) 又稱又稱死區(qū)死區(qū)，位于筒、模交，位于筒、模交界處的環(huán)形區(qū)域，是由于筒、模的界處的環(huán)形區(qū)域，是由于筒、模的摩擦和冷卻摩擦和冷卻，使，使此部分金屬不易變形形成的。此部分金屬不易變形形成的。死區(qū)在基本擠壓階段死區(qū)在基本擠壓階段基本不參與流動(dòng)基本不參與流動(dòng)。死區(qū)（前端難變形區(qū)）死區(qū)（前端難變形區(qū)）變形區(qū)變形區(qū)后后端端難難變變形形區(qū)區(qū)劇烈滑移區(qū)劇烈滑移區(qū) 死區(qū)死區(qū)的頂部能阻礙錠坯的表面缺陷進(jìn)入變的頂部能阻礙錠坯的表面缺陷進(jìn)入變形區(qū)而流入制品，因此形區(qū)而流入制品，因此能提高制品的表面質(zhì)量能提高制品的表面質(zhì)量。 影響死區(qū)大小的因素：模角、摩擦、擠壓溫影響死區(qū)大小的因

48、素：模角、摩擦、擠壓溫度等，隨這些參數(shù)的增大，死區(qū)增大，如平模擠度等，隨這些參數(shù)的增大，死區(qū)增大，如平模擠壓時(shí)死區(qū)大。壓時(shí)死區(qū)大。 后端難變形區(qū)后端難變形區(qū) 位于墊片端面附近，是由于位于墊片端面附近，是由于筒、墊片的摩擦和冷卻，使此部分金屬不易變形形筒、墊片的摩擦和冷卻，使此部分金屬不易變形形成的，在基本擠壓末期，此區(qū)域逐漸變成一小楔形成的，在基本擠壓末期，此區(qū)域逐漸變成一小楔形區(qū)。區(qū)。死區(qū)（前端難變形區(qū)）死區(qū)（前端難變形區(qū)）變形區(qū)變形區(qū)后后端端難難變變形形區(qū)區(qū)劇烈滑移區(qū)劇烈滑移區(qū)死區(qū)（前端難變形區(qū)）死區(qū)（前端難變形區(qū)）變形區(qū)變形區(qū)后后端端難難變變形形區(qū)區(qū)劇烈滑移區(qū)劇烈滑移區(qū) 在變形區(qū)中，有一

49、個(gè)在變形區(qū)中，有一個(gè)劇烈滑移區(qū)劇烈滑移區(qū)，處于死，處于死區(qū)和快速流動(dòng)區(qū)之間。變形越不均勻，此區(qū)越大，區(qū)和快速流動(dòng)區(qū)之間。變形越不均勻，此區(qū)越大，因此隨擠壓過(guò)程的進(jìn)行，此區(qū)不斷擴(kuò)大。因此隨擠壓過(guò)程的進(jìn)行，此區(qū)不斷擴(kuò)大。 劇烈滑移會(huì)導(dǎo)致晶粒過(guò)渡破碎，易導(dǎo)致制品劇烈滑移會(huì)導(dǎo)致晶粒過(guò)渡破碎，易導(dǎo)致制品表面出現(xiàn)微裂紋和組織粗大（粗晶環(huán)），導(dǎo)致制表面出現(xiàn)微裂紋和組織粗大（粗晶環(huán)），導(dǎo)致制品性能下降。品性能下降。（3）終了）終了擠壓擠壓階段階段 筒內(nèi)筒內(nèi)錠坯長(zhǎng)度減小到接近變形區(qū)高度時(shí)的流動(dòng)階段錠坯長(zhǎng)度減小到接近變形區(qū)高度時(shí)的流動(dòng)階段。 nl1nlnl 1nlnn 1n1n主要特征主要特征： A 擠壓力升高；

50、（死區(qū)參與流動(dòng)、溫度低）擠壓力升高；（死區(qū)參與流動(dòng)、溫度低） B 金屬?gòu)较蛄魉僭黾樱饘購(gòu)较蛄魉僭黾?，金屬環(huán)流金屬環(huán)流（紊流）（維持（紊流）（維持體積不變規(guī)律）。體積不變規(guī)律）。 實(shí)際生產(chǎn)中，在此階段停止擠壓（留壓余）實(shí)際生產(chǎn)中，在此階段停止擠壓（留壓余）。2022年7月2日星期六682022年7月2日星期六69擠壓鑄造生產(chǎn)工藝過(guò)程：擠壓鑄造生產(chǎn)工藝過(guò)程：復(fù)合材料的熔化復(fù)合材料的熔化模具的準(zhǔn)備模具的準(zhǔn)備金屬的澆注金屬的澆注液態(tài)金屬的加壓液態(tài)金屬的加壓保壓和去壓保壓和去壓取樣品取樣品( (清理、預(yù)熱、噴涂潤(rùn)滑劑清理、預(yù)熱、噴涂潤(rùn)滑劑) )2022年7月2日星期六70合理選擇工藝參數(shù)合理選擇工藝參

51、數(shù) 壓力大小對(duì)鑄件的物理力學(xué)性能、鑄造缺陷、組織、偏壓力大小對(duì)鑄件的物理力學(xué)性能、鑄造缺陷、組織、偏析、熔點(diǎn)及相平衡等都有直接影響。所以確定成形必須的單析、熔點(diǎn)及相平衡等都有直接影響。所以確定成形必須的單位壓力是很重要的。如果比壓過(guò)小，鑄件表面與內(nèi)在質(zhì)量都位壓力是很重要的。如果比壓過(guò)小，鑄件表面與內(nèi)在質(zhì)量都不能達(dá)到技術(shù)指標(biāo)；比壓過(guò)大，對(duì)性能的提高不十分明顯，不能達(dá)到技術(shù)指標(biāo)；比壓過(guò)大，對(duì)性能的提高不十分明顯，還容易使模具損壞，且要求較大合模力的設(shè)備。擠壓鑄造試還容易使模具損壞，且要求較大合模力的設(shè)備。擠壓鑄造試驗(yàn)是在驗(yàn)是在2000kN2000kN油壓機(jī)上進(jìn)行的。試驗(yàn)證明，適合于鋁合金車油壓機(jī)上

52、進(jìn)行的。試驗(yàn)證明，適合于鋁合金車輪擠壓鑄造的比壓應(yīng)在輪擠壓鑄造的比壓應(yīng)在505060MPa60MPa范圍內(nèi)選取。范圍內(nèi)選取。 加壓開始時(shí)間加壓開始時(shí)間. . 在車輪擠壓過(guò)程中，其加壓開始時(shí)的間在車輪擠壓過(guò)程中，其加壓開始時(shí)的間隔時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，鑄件的強(qiáng)度及伸長(zhǎng)率降低。一般采用開始加壓隔時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，鑄件的強(qiáng)度及伸長(zhǎng)率降低。一般采用開始加壓時(shí)間是時(shí)間是3 35s5s，較為合適。，較為合適。2022年7月2日星期六71 加壓速度加壓速度. . 擠壓鑄造要求一定的加壓速度，在可能情況下，擠壓鑄造要求一定的加壓速度，在可能情況下，以加壓速度快一點(diǎn)為好。加壓速度快，則凸模能很快地將壓力以加壓速度快一點(diǎn)為好。加壓速

53、度快，則凸模能很快地將壓力施加于金屬上，便于成形、結(jié)晶和塑性變形。但也不宜過(guò)快，施加于金屬上，便于成形、結(jié)晶和塑性變形。但也不宜過(guò)快，否則會(huì)使部分合金熔液的表面產(chǎn)生飛濺及渦流，使鑄件產(chǎn)生缺否則會(huì)使部分合金熔液的表面產(chǎn)生飛濺及渦流，使鑄件產(chǎn)生缺陷，以及在凸、凹模之間的間隙中流出過(guò)多的合金熔液，形成陷，以及在凸、凹模之間的間隙中流出過(guò)多的合金熔液，形成難以去除的縱向毛刺。因此，必須使凸模緩慢地壓入液態(tài)金屬難以去除的縱向毛刺。因此，必須使凸模緩慢地壓入液態(tài)金屬中。由于使用的油壓機(jī)工作進(jìn)給速度較慢，故利用工作行程的中。由于使用的油壓機(jī)工作進(jìn)給速度較慢，故利用工作行程的速度進(jìn)行壓制。速度進(jìn)行壓制。 保壓

54、時(shí)間保壓時(shí)間. . 壓力保持時(shí)間主要取決于鑄件厚度，在保證成壓力保持時(shí)間主要取決于鑄件厚度，在保證成形和結(jié)晶凝固條件下，保壓時(shí)間以短為好。但是保壓時(shí)間過(guò)短，形和結(jié)晶凝固條件下，保壓時(shí)間以短為好。但是保壓時(shí)間過(guò)短，則鑄件內(nèi)部容易產(chǎn)生縮孔，如果保壓時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則會(huì)延長(zhǎng)生產(chǎn)則鑄件內(nèi)部容易產(chǎn)生縮孔，如果保壓時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則會(huì)延長(zhǎng)生產(chǎn)周期，增加變形抗力，降低模具使用壽命。周期，增加變形抗力，降低模具使用壽命?？紤]車輪的壁厚情況，擠壓鑄造的保壓時(shí)間選用考慮車輪的壁厚情況，擠壓鑄造的保壓時(shí)間選用12 s12 s左右。左右。2022年7月2日星期六72 模具預(yù)熱溫度模具預(yù)熱溫度. .模具若不預(yù)熱，合金熔液注入型腔后

55、會(huì)很快模具若不預(yù)熱，合金熔液注入型腔后會(huì)很快凝固，導(dǎo)致來(lái)不及加壓；但預(yù)熱溫度也不能過(guò)高，否則會(huì)延長(zhǎng)凝固，導(dǎo)致來(lái)不及加壓；但預(yù)熱溫度也不能過(guò)高，否則會(huì)延長(zhǎng)保壓時(shí)間，降低生產(chǎn)率，同時(shí)也不利于噴涂潤(rùn)滑劑。對(duì)本車輪保壓時(shí)間，降低生產(chǎn)率，同時(shí)也不利于噴涂潤(rùn)滑劑。對(duì)本車輪擠壓鑄造模具的預(yù)熱溫度為擠壓鑄造模具的預(yù)熱溫度為200200300300，通常是用煤油噴燈進(jìn)，通常是用煤油噴燈進(jìn)行加熱。行加熱。 合金澆注溫度合金澆注溫度. .澆注溫度過(guò)高或過(guò)低都對(duì)合金成形有明顯澆注溫度過(guò)高或過(guò)低都對(duì)合金成形有明顯影響。過(guò)低，合金極易凝固，所需單位壓力大；過(guò)高，易產(chǎn)生影響。過(guò)低，合金極易凝固，所需單位壓力大；過(guò)高，易產(chǎn)生

56、縮孔。必須指出，擠壓鑄造合金的澆注溫度要比砂型澆注溫度縮孔。必須指出，擠壓鑄造合金的澆注溫度要比砂型澆注溫度高。一般希望把澆注溫度控制在比較低的數(shù)值，因?yàn)閿D壓鑄造高。一般希望把澆注溫度控制在比較低的數(shù)值，因?yàn)閿D壓鑄造時(shí)希望消除氣孔、縮孔和疏松。在澆注溫度低時(shí)，氣體易于從時(shí)希望消除氣孔、縮孔和疏松。在澆注溫度低時(shí)，氣體易于從合金熔液內(nèi)部逸出，極少留在金屬中，易于消除氣孔。此外，合金熔液內(nèi)部逸出，極少留在金屬中，易于消除氣孔。此外，也可減少縮孔形成機(jī)會(huì)，同時(shí)由于澆注溫度較低，金屬溢出較也可減少縮孔形成機(jī)會(huì)，同時(shí)由于澆注溫度較低，金屬溢出較少，可減少毛刺。對(duì)本車輪擠壓鑄造的澆注溫度選用少，可減少毛刺

57、。對(duì)本車輪擠壓鑄造的澆注溫度選用720720740740為最合適。為最合適。2022年7月2日星期六73 冷卻冷卻. .擠壓鑄造卸壓后，一般應(yīng)立即脫模，故鑄件擠壓鑄造卸壓后，一般應(yīng)立即脫模，故鑄件的出模溫度較高。為了防止高溫的鑄件空冷時(shí)在薄壁與厚壁的出模溫度較高。為了防止高溫的鑄件空冷時(shí)在薄壁與厚壁的交界處產(chǎn)生裂紋，應(yīng)將出模后的鑄件立即放砂堆中，待冷的交界處產(chǎn)生裂紋，應(yīng)將出模后的鑄件立即放砂堆中，待冷卻到卻到150150以下時(shí)再取出空冷。以下時(shí)再取出空冷。 潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑劑. .潤(rùn)滑劑的作用是保護(hù)模具，提高鑄件表面潤(rùn)滑劑的作用是保護(hù)模具，提高鑄件表面質(zhì)量和便于從模具內(nèi)取出鑄件。采用機(jī)油石墨潤(rùn)滑劑，

58、即質(zhì)量和便于從模具內(nèi)取出鑄件。采用機(jī)油石墨潤(rùn)滑劑，即5%5%的的200200300300目的石墨粉加入到目的石墨粉加入到95%95%機(jī)油中，攪拌均勻即機(jī)油中，攪拌均勻即可。用噴槍噴涂在模具型腔表面上，其厚度為可。用噴槍噴涂在模具型腔表面上，其厚度為0.050.050.1 0.1 mmmm，過(guò)厚會(huì)影響鑄件表面質(zhì)量。，過(guò)厚會(huì)影響鑄件表面質(zhì)量。2022年7月2日星期六744.2.4 4.2.4 爆炸焊接技術(shù)爆炸焊接技術(shù)金屬爆炸焊接是介于金屬物理學(xué)、爆炸物理學(xué)和焊接工藝金屬爆炸焊接是介于金屬物理學(xué)、爆炸物理學(xué)和焊接工藝學(xué)之間的一門邊緣學(xué)科，爆炸焊接又是用炸藥作能源進(jìn)行學(xué)之間的一門邊緣學(xué)科，爆炸焊接又是

59、用炸藥作能源進(jìn)行金屬間焊接和生產(chǎn)金屬?gòu)?fù)合材料的一種很有實(shí)用價(jià)值的高金屬間焊接和生產(chǎn)金屬?gòu)?fù)合材料的一種很有實(shí)用價(jià)值的高新技術(shù)。它的最大特點(diǎn)是在一瞬間能將相同的、特別是不新技術(shù)。它的最大特點(diǎn)是在一瞬間能將相同的、特別是不同的和任意的金屬組合，簡(jiǎn)單、迅速和強(qiáng)固地焊接在一起。同的和任意的金屬組合，簡(jiǎn)單、迅速和強(qiáng)固地焊接在一起。它的最大用途是制造大面積的各種組合、各種形狀、各種它的最大用途是制造大面積的各種組合、各種形狀、各種尺寸和各種用途的雙金屬及多金屬?gòu)?fù)合材料。這種技術(shù)還尺寸和各種用途的雙金屬及多金屬?gòu)?fù)合材料。這種技術(shù)還是一種先進(jìn)的表面工程技術(shù)，這類材料也是一類應(yīng)用廣泛是一種先進(jìn)的表面工程技術(shù)，這類

60、材料也是一類應(yīng)用廣泛的表面工程材料。的表面工程材料。2022年7月2日星期六75 爆炸焊接法是利用炸藥爆炸產(chǎn)生的強(qiáng)大脈沖應(yīng)力，通過(guò)爆炸焊接法是利用炸藥爆炸產(chǎn)生的強(qiáng)大脈沖應(yīng)力，通過(guò)使碰撞的材料發(fā)生塑性變形、粘接處金屬的局部擾動(dòng)以及熱使碰撞的材料發(fā)生塑性變形、粘接處金屬的局部擾動(dòng)以及熱過(guò)程使材料焊接起來(lái)。如果用金屬絲作增強(qiáng)材料，應(yīng)將其固過(guò)程使材料焊接起來(lái)。如果用金屬絲作增強(qiáng)材料，應(yīng)將其固定或編織好以防其移位或卷曲?；w和金屬絲在焊前必須除定或編織好以防其移位或卷曲?；w和金屬絲在焊前必須除去表面的氧化膜和污物。去表面的氧化膜和污物。 爆炸焊接用底座對(duì)材料質(zhì)量的優(yōu)劣起著重要作用，底座爆炸焊接用底座對(duì)