提高喷射沉积alfevsi耐热铝合金性能的若干理论问题和新工艺研究

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1、摘要快速凝固耐热铝合金是一种高比强、高比刚、热稳定性好的轻质结构材料，可在150一350℃(甚至更高的)范围内替代钛合金或钢材使用。在制各大规格构件上，与快速凝固制粉(平面流甩带一研磨制粉)一粉末冶金技术相比．喷射沉积技术集快速凝固和近终成形于一体，适用于研制快速凝固耐热铝合金大规格材料。本论文综合评述了快速凝固耐热铝合金、快速凝同一粉末冶金技术以及喷射沉积工艺的研究现状与进展。针对喷射沉积快速凝固AlFeVSi合金研究中发现的问题．以及研制喷射沉积AlFeVSi台金大规格管材所急需解决的问题，以A卜

2、8．5Fe一1．3V一1．7Si(wt％)为主要研究对象，开展了如下几个方面的研究工作：研究了Al一8．5Fe一1，3V一1．7Si熔体结构，探索该合金熔体结构与固态结构的内在关系。在800℃-900℃的温度区间内，由于形成成分类似Al，aFe。的原子团簇引起了熔体结构参数的突变，导致预峰的出现。在A卜8．5Fe—1．3V一1．7Si熔体中存在成分类似Al-。(Fe、v)。si结构的原子团簇，熔体温度(<1400℃)越高越有利于该原子团簇的形成。A卜8．5Fe—1．3V一1，7Si熔体的液态结构和固态

3、结构具有相关性。以A卜8．5Fe—I7Si一1．3V合金为主要研究对象。采用A卜8．5Fe、A卜8．5Fe—1．7Si作为对比研究对象，研究在不同冷却速度条件FA卜Fe—V—Si台金中相形成和相演变规律。结果表明．在Al-8．5Fe一1．3V一1，7Si合金中全部得到n—A1和Al，z(Fe、V)。sit冷却速度应大于101KS1；在温度区间1123～923K冷却速度在103KIS以上就能避免A113Fe4相的生成。一般喷射沉积工艺的冷却速度在102～10‘Ks1，其主要相组成为n—Al、A1·。(F

4、e、V)。Si、A1s(Fe、V)zSi和Al，，Fe·。提出了8009合金的熔炼工艺：熔体加热到1250～1300℃保温一定时间后，快速降温到1050℃左右准备喷射沉积。既保障了合金熔体成分的相对均匀性，有利于形成类似A1。：(Fe、V)。Si成分的原子团簇，又在凝固过程中尽量提高冷却速度抑制Al·，Fe-的形成·研究了耐热铝合金熔炼过程中挥发、氧化和吸气情况。以提高熔体质量为目的，研制一种适用于耐热铝合金高温熔炼的Na3AIF6+NaCI+KCI+CaF2系熔剂。与普通熔剂和工业N：保护相比，采用

5、研制的高温熔剂保护制备的试样具有很好的综合力学性能。设计改进了喷射沉积设备，将喷嘴部分由倾斜移动改成水平移动，使喷射距离稳定：重新设计了喷嘴结构。改善喷嘴堵嘴的现象；研究了运动系统的控制原理-制各出运动控制设备，保障了喷射沉积锭坯的成形。为了提高冷却速度，提出了喷射沉积过喷粉增冷技术．研究了喷射共沉积锭坯中过喷粉末的捕获机制、存在状态以及对喷射过程传热传导的影响。确定了过喷粉末的最佳添加鼍范围为5％～10％。不同粒度的过喷粉末对材料的性能影响是不同的．喷入一325M的过喷粉末(T艺II)制备的8009

6、合金的抗拉强度为433．3MPa，高丁：喷入200～325M的过喷粉末(1：艺III)的强度392．4MPa。采用本实验方法制备的FVSl212过喷粉末增强8009合金的强度为536．7MPa，比平流铸造8009合金的强度高出16．2％，靠近平流铸造FVSl212合金的强度，丽且该合金的塑性比平流铸造FVSl212合金的塑性高。研究了耐热铝合金挤压过程的边界润滑条件和高温变形的力学行为。通过DEFORM软件进行大规格耐热铝合金挤压过程的数值模拟．反映了挤压巾一380mm管材和挤压中^480mm管材变形

7、过程中致密度、应力场、应变场、应变速率场、温度场、速度场和挤压力的变化情况，数值模拟结果与实际变形情况相吻合。采用喷射沉积管坯一止挤压I．艺在西南铝加工厂12500吨挤压机上制备了快速凝固AlFeVSi合金中，}430mm和m”417mm管材：采用喷射沉积锭坯一镦粗一反挤压工艺在西南铝加工厂12500吨和30000n屯挤压机上制备了AlFeVSi合金中*520／中自460mm大规格管材，它们的性能均达到预期的技术指标。如此大规格快凝耐热铝合金挤压管国内外尚无报道。IIABSTRACTRapidlyso

8、lidifiedhightemperaturealuminumalloyisakindoflightweightstructurematerialswithhighspecificstrength，highspecificstiffnessandexcellentheat．resistance．ItisabletobeapplledtotheaerospaceandaircraftindustriesinsteadofsomeoftitaniumalIo