Содержание
- 2. Введение Аддитивные технологии (АТ) получения металлических изделий относятся к наиболее перспективным и активно развивающимся направлениям производства
- 3. Гидридно-кальциевая технология получения порошкового сплава. Метод гидридно-кальциевого синтеза заключается в следующем. Шихта, состоящая из порошков оксидов
- 4. Теоретическое обоснование В ходе процесса синтеза сплавов, состоящих из нескольких компонентов, протекает ряд элементарных превращений. При
- 5. Для оценки влияния температуры восстановления были получены экспериментальные партии порошков сплава Ti—50Al при t = 900÷1200
- 6. Выбор режимов обработки базового порошка сплава 4822. Введение модифицирующей добавки оксида иттрия осуществляли с использованием ПЦМ
- 7. Вследствие недопустимого прироста концентрации кислорода в процессе обработки базового порошка в ПЦМ данный режим был исключен,
- 8. Морфология частиц базового порошка и распределение в нем добавки ???? после смешивания. Важной задачей при создании
- 9. В табл. 2 представлены результаты полуколичественного ЭД-анализа смеси, на основании которых построена карта распределения химических элементов,
- 10. По оптимизированной технологии спекания, отработанной на экспериментальных образцах, был получен спеченный электрод длиной 600 мм и
- 11. 2. Методы диспергирования расплавов Центробежное распыление представляет собой один из основных видов диспергирования расплавов металлов, имеющих
- 12. При других схемах диспергирования плавление металла проводят автономно, вне зоны распыления. Струю расплава подают на вращающийся
- 13. Диспергирование расплавов потоками энергоносителей На практике при использовании газа используют три основные схемы подачи (направления на
- 14. Ограниченное распространение имеет схема с горизонтальным расположением форсуночного устройства инжекционного типа. Подобная схема предусматривает подачу расплава
- 15. Бесконтактные методы распыления расплавов Бесконтактные методы диспергирования расплава основаны на использовании мощных импульсов электрического тока, пропускаемых
- 16. Рис. 5 Схемы бесконтактных методов распыления расплава: а – пропускание тока по струе расплава: 1 –
- 17. 3. Аддитивные технологии Аддитивные технологии производства позволяют изготавливать любое изделие послойно на основе компьютерной 3D-модели. Такой
- 18. Схематично различия в традиционном и аддитивном производстве можно изобразить следующей схемой:
- 19. Первые аддитивные системы производства работали главным образом с полимерными материалами. Сегодня 3D-принтеры, олицетворяющие аддитивное производство, способны
- 20. Селективное лазерное спекание Здесь строительным (модельным) материалом являются сыпучие, порошкообразные материалы, а лазер является не источником
- 21. Развитие этого направления в аддитивной технологий стимулировало и развитие технологий получения порошков металлов. На сегодняшний день
- 22. Процесс селективного спекания Машина TrumaForm LF 250 (Рис. 7) включает в себя два идентичных, герметично отделенных
- 23. Рис. 7 - Прямая лазерная формирование: машина TrumaForm LF 250. Селективное лазерное спекание является генеративным лазерным
- 25. Получение материала в порошковой металлургией Образцы, полученные методом порошковой металлургии, характеризуются высокой пористостью (П), что определяет
- 26. Преимущества: Технология лазерного спекание обладает несколькими достоинствами по сравнению с традиционными производственными методами. Наиболее очевидным является
- 27. Недостатки: • требуются мощный лазер и герметичная камера, в которой создается среда с малым содержанием кислорода;
- 28. Выводы 1. Познакомились с аддитивными технологиями, в том числе с селективным лазерным спеканием. 2. Предложен новый
- 30. Скачать презентацию
Введение
Аддитивные технологии (АТ) получения металлических изделий относятся к наиболее перспективным и
Введение
Аддитивные технологии (АТ) получения металлических изделий относятся к наиболее перспективным и
Использование АТ в двигателестроении позволяет сократить время производства детали, уменьшить количество технологических операций и отходов, увеличить точность изделия, а также повысить надежность и эксплуатационные характеристики получаемых изделий за счет полного исключения объемной ликвации и структурных дефектов.
Технологии центробежного распыления весьма разнообразны, наиболее перспективно плазменное центробежное распыление с торца прутковой заготовки. Главным достоинством этого метода является полное исключение контакта расплава с тиглем или разливочными устройствами, что позволяет получать порошки реакционноспособных и тугоплавких металлов, представляющих наибольший интерес для современного двигателестроения. Благодаря данной технологии изготавливают качественные сферические гранулы современных жаропрочных никелевых и титановых сплавов, в том числе интерметаллидных, путем плазменного распыления торца цилиндрической заготовки (электрода) заданного состава, вращающейся со скоростью от 15 до 20 тыс. об./мин.
Гидридно-кальциевая технология получения порошкового сплава.
Метод гидридно-кальциевого синтеза заключается в следующем.
Гидридно-кальциевая технология получения порошкового сплава.
Метод гидридно-кальциевого синтеза заключается в следующем.
— ???2 марки Sumtitan ?2?2, (содержание ???2 ≥ 93,0 %);
— ??2?3, марки Г-0, ГОСТ 30558-98 (≥ 98,0 %);
— ??2?5 марки ТС, ТУ 1763-017-00545484-97 (99,5 %);
— ??2?3 марки ОПХ-1, ГОСТ 2912-79 (≥ 99 %);
— ???2, ТУ 14-1767-76 (≥ 93 %).
Процесс восстановления проводится при температурах t = 900÷1200 °С с изотермической выдержкой τ ≥ 2 ч. Удаление оксида кальция из продуктов реакции осуществляются в ходе обработки — сначала водой, а затем раствором соляной кислоты.
Теоретическое обоснование
В ходе процесса синтеза сплавов, состоящих из нескольких компонентов, протекает
Теоретическое обоснование
В ходе процесса синтеза сплавов, состоящих из нескольких компонентов, протекает
При нагреве шихты вначале происходит разложение ???2, на металлический кальций и атомарный водород, по достижении температуры ~830 °С кальций технической чистоты плавится с образованием расплава. С момента его появления активируется процесс восстановления исходных оксидов. Далее происходит растворение восстановленных металлов в жидком кальции, где начинается взаимодействие компонентов друг с другом с образованием твердых частичек требуемого сплава. Особенностью гидридно-кальциевой технологии является то, что синтез веществ происходит при t ≤ 1200 °C, что меньше температуры плавления синтезированного вещества. Определяющую роль при этом играет жидкий кальций, который является, с одной стороны, восстановителем оксидов, а с другой — средой, в которой происходит синтез сплавов.
Применительно к синтезу сплава Ti—47Al—2Nb—2Cr гидридно-кальциевую реакцию можно представить в виде:
???2 + ??2?3 + ??2?5+ ??2?3 + ???2 → (Ti—Al—Nb—Cr) + CaO + ?2↑
Для оценки влияния температуры восстановления были получены экспериментальные партии порошков сплава
Для оценки влияния температуры восстановления были получены экспериментальные партии порошков сплава
Результаты содержания кислорода в порошках сплава Ti—50Al представлены на рис. 1.1. Как видно из его данных, восстановление при t = 900÷1050 °C приводит к достаточно высокой остаточной концентрации кислорода в готовом порошке Ti—50Al, а при t = 1100÷1200 °C она находится на приемлемом уровне — около 0,2 мас.%.
Рис. 1 Влияние температуры восстановления
на концентрацию кислорода в порошке Ti–50ат.%Al
Выбор режимов обработки базового порошка сплава 4822.
Введение модифицирующей добавки оксида
Выбор режимов обработки базового порошка сплава 4822.
Введение модифицирующей добавки оксида
Из результатов газового анализа порошка 4822 видно, что обработка в ПЦМ приводит к увеличению концентрации кислорода на 0,2 мас.%, что недопустимо, в то время как использование ШВМ в течение 12 ч вносит менее 0,03 мас.% О. Содержание азота, независимо от режимов обработки, остается неизменным. Различие прироста концентрации кислорода в базовом порошке, обработанном в ШВМ и ПЦМ, связано с тем, что кинетическая энергия размольных тел, расходуемая на деформацию и нагрев материала при соударении размольных тел с частицами материала и стенками барабана, значительно выше в ПЦМ, где процесс окисления протекает интенсивнее.
Вследствие недопустимого прироста концентрации кислорода в процессе обработки базового порошка в
Вследствие недопустимого прироста концентрации кислорода в процессе обработки базового порошка в
Таблица 1 - Содержание газовых примесей в порошке сплава 4822 до и после обработки
Морфология частиц базового порошка и распределение в нем добавки ???? после
Морфология частиц базового порошка и распределение в нем добавки ???? после
Важной задачей при создании композитных материалов является достижение равномерности распределения упрочняющих частиц по объему изделия, так как от этого зависят однородность структуры и механические свойства готового изделия.
Обработка порошковых смесей в ШВМ при различных режимах может приводить к сильному наклепу материала, а также к натиранию железа. Наклеп порошка TiAl-сплава затруднит или сделает невозможным процесс компактирования смеси без добавления пластификатора, а примесь железа будет образовывать нежелательные интерметаллидные соединения, ухудшающие эксплуатационные свойства жаропрочного материала.
Поэтому необходимо определить оптимальный режим обработки порошковой смеси сплава 4822 с добавкой оксида иттрия в количестве 0; 1,0 и
1,5 об.%, позволяющий максимально равномерно распределить частицы ?2?3, а также исключить сильный наклеп материала и натирание примеси железа. Для этого был проведен микроструктурный и энергодисперсионный (ЭД) анализ нескольких смесей, содержащих 1 об.% ?2?3.
В табл. 2 представлены результаты полуколичественного ЭД-анализа смеси, на основании которых
В табл. 2 представлены результаты полуколичественного ЭД-анализа смеси, на основании которых
Таблица 2
Результаты, мас.%, полуколичественного ЭД-анализа смеси 4822 + 1% ?2?3
По оптимизированной технологии спекания, отработанной на экспериментальных образцах, был получен спеченный
По оптимизированной технологии спекания, отработанной на экспериментальных образцах, был получен спеченный
Рис. 2 Спеченный электрод из порошкового гидридно-кальциевого сплава 4822, полученный гидростатическим прессованием и вакуумным спеканием при 1470 °С
На сегодняшний день более 90 % всех порошков, применяемых в АТ, получают методами диспергирования расплава, которые условно можно разделить на три группы: газовое распыление, бесконтактное и центробежное.
2. Методы диспергирования расплавов
Центробежное распыление представляет собой один из основных видов
2. Методы диспергирования расплавов
Центробежное распыление представляет собой один из основных видов
способ быстровращающегося электрода;
способ вращающегося диск;
способ вращающегося перфорированного стакана.
По способу вращающегося электрода распыление расплава проводят с торца расходуемой быстровращающейся (со скоростью 2 000–20 000 об/мин) заготовки цилиндрической формы. Образование на торце заготовки тонкой пленки расплавленного металла (10–30 мкм) происходит за счет действия на нее электрической дуги, потока плазмы или мощного электроннолучевого зонда.
При других схемах диспергирования плавление металла проводят автономно, вне зоны распыления.
При других схемах диспергирования плавление металла проводят автономно, вне зоны распыления.
Толщина пленки расплава на торце вращающегося электрода определяется по выражению
Рис. 3 Схемы установок для центробежного распыления расплавов металлов: а – способ вращающегося электрода: 1 – противоэлектрод; 2 – быстровращающийся электрод;
3 – пленка расплавленного металла;
б – способ вращающегося диска: 1 – водоохлаждаемый диск; 2 – пленка металла;
3 – тигель с расплавом металла
Диспергирование расплавов потоками энергоносителей
На практике при использовании газа используют три основные
Диспергирование расплавов потоками энергоносителей
На практике при использовании газа используют три основные
Для распыления свободно истекающей струи металла или сплава с точкой ликвидуса до 1 600 °С используют схему с вертикальным расположением форсуночного устройства (рис. 2.3, а). Подобная схема обеспечивает высокую производительность процесса. Кроме того, эта схема позволяет применять различные энергоносители (воздух, азот, аргон, гелий, углекислый газ). В некоторых случаях газообразные энергоносители специально подогреваются.
Легкоплавкие металлы (с ликвидусом до 800 °С) могут распыляться путем подачи энергоносителя через горизонтальные, расположенные друг напротив друга трубы (рис. 2.3, б), с множеством отверстий для выхода газа. Расплав металла подается в зону распыления сразу из нескольких последовательно расположенных металлоприемников.
Ограниченное распространение имеет схема с горизонтальным расположением форсуночного устройства инжекционного типа.
Ограниченное распространение имеет схема с горизонтальным расположением форсуночного устройства инжекционного типа.
Рис. 4 Схемы распыления расплава воздействием струи газа:
а – схема с вертикальным расположением форсуночного устройства:
1 – металлоприемник; 2 – струя расплава; 3 – форсуночное устройство;
4 – кольцевое сопло Лаваля;
б – схема многоструйного форсуночного элемента трубчатого типа:
1 – металлоприемник; 2 – трубопроводы; 3 – отверстия для выхода газа;
4 – струя расплава; 5 – струи газа.
Бесконтактные методы распыления расплавов
Бесконтактные методы диспергирования расплава основаны на использовании
Бесконтактные методы распыления расплавов
Бесконтактные методы диспергирования расплава основаны на использовании
Рис. 5 Схемы бесконтактных методов распыления расплава:
а – пропускание тока
Рис. 5 Схемы бесконтактных методов распыления расплава:
а – пропускание тока
б, в – при наложении электромагнитного поля (б – на струю, в – на расплав): 1 – металлоприемник; 2 – электромагнитная катушка; 3 – струя раслава.
Если ток проходит по жидкому проводнику, то возникает магнитное давление, направленное по радиусу к центру струи расплава, приводящее к ее распаду на капли-частицы размером 10–500 мкм. При диспергировании жидкого металла с помощью электромагнитного поля силы, которые инициируются в индукционной катушке, действуют либо на струю, сжимая и разрушая ее, либо непосредственно на расплав, выдавливая его по каплям из отверстия в канале.
3. Аддитивные технологии
Аддитивные технологии производства позволяют изготавливать любое изделие послойно на
3. Аддитивные технологии
Аддитивные технологии производства позволяют изготавливать любое изделие послойно на
Общую схему аддитивного производства можно изобразить в виде следующей последовательности:
Схематично различия в традиционном и аддитивном производстве можно изобразить следующей схемой:
Схематично различия в традиционном и аддитивном производстве можно изобразить следующей схемой:
Первые аддитивные системы производства работали главным образом с полимерными материалами. Сегодня
Первые аддитивные системы производства работали главным образом с полимерными материалами. Сегодня
Селективное лазерное спекание
Здесь строительным (модельным) материалом являются сыпучие, порошкообразные материалы,
Селективное лазерное спекание
Здесь строительным (модельным) материалом являются сыпучие, порошкообразные материалы,
Развитие этого направления в аддитивной технологий стимулировало и развитие технологий получения
Развитие этого направления в аддитивной технологий стимулировало и развитие технологий получения
Рис. 6 Технология лазерного спекание.
Процесс селективного спекания
Машина TrumaForm LF 250 (Рис. 7) включает в себя
Процесс селективного спекания
Машина TrumaForm LF 250 (Рис. 7) включает в себя
Рис. 7 - Прямая лазерная формирование: машина TrumaForm LF 250.
Селективное
Рис. 7 - Прямая лазерная формирование: машина TrumaForm LF 250.
Селективное
Получение материала в порошковой металлургией
Образцы, полученные методом порошковой металлургии, характеризуются
Получение материала в порошковой металлургией
Образцы, полученные методом порошковой металлургии, характеризуются
Столь высокие значения пористости обусловлены в первую очередь тем, что спекание проходит в отсутствие жидкой фазы и усадка осуществляется только за счет медленных диффузионных процессов. Увеличение времени 33
спекания способно лишь гомогенизировать структуру материала, а повышение температуры будет приводить к его оплавлению. Кроме того, в многокомпонентных системах скорости диффузии атомов элементов, образующих сплав, различны, в результате чего при спекании таких композиций возможно проявление эффектов Киркендалла–Френкеля.
Преимущества:
Технология лазерного спекание обладает несколькими достоинствами по сравнению с традиционными
Преимущества:
Технология лазерного спекание обладает несколькими достоинствами по сравнению с традиционными
Детали с комплексной геометрией могут быть выполнены целиком, а не из составных частей, что благоприятно влияет на качество и стоимость изделий. Так как СЛС не требует специальных инструментов (например, литейных форм) и не производит большого количества отходов (как в случае с субтрактивными методами), производство мелкосерийных партий с помощью этой технологии намного выгодней, чем за счет традиционных методов.
Недостатки:
• требуются мощный лазер и герметичная камера, в которой создается
Недостатки:
• требуются мощный лазер и герметичная камера, в которой создается
• требуется долгий подготовит
• ельный этап для прогрева порошка, а затем нужно ждать остывания полученного образца, чтобы можно было удалить остатки порошка;
• в большинстве случаев требуется финишная обработка.
• высокие требования к атмосфере, в которой происходит процесс печати.
• пористая и шероховатая структура изделия;
• низкая скорость процесса
Выводы
1. Познакомились с аддитивными технологиями, в том числе с селективным
Выводы
1. Познакомились с аддитивными технологиями, в том числе с селективным
2. Предложен новый метод двух зон, который позволяет получать изделий с очень плотной структурой имеющий пористость на уровне 1% и ниже.
3. Показано, что благодаря центробежного распыления расплавов технологии изготавливают качественные сферические гранулы современных жаропрочных никелевых и титановых сплавов, в том числе интерметаллидных, путем плазменного распыления торца цилиндрической заготовки (электрода).
3. Оптимальный режим смешивания интерметаллидного гидридно кальциевого порошка сплава 4822 с модифицирующей добавкой ?2?3, позволяющий получить равномерную смесь без существенного роста содержания газовых примесей.
4. При давлении прессования ниже 1200 МПа брикеты из смеси с добавкой оксида иттрия 0—1,5 об.% имеют низкую механическую прочность и радиальные трещины. В интервале давлений 1200—1600 МПа относительная плотность линейно увеличивается и прессовки обладают достаточной прочностью для дальнейшей операции спекания.
5. С ростом содержания модифицирующей добавки ?2?3 уплотняемость порошковой смеси 4822 + х?2?3 в исследованном интервале давлений повышается.
6. Добавка ?2?3 приводит к модификации структуры спеченного сплава 4822 и ухудшению уплотняемости при спекании, в связи с чем данную добавку необходимо вводить в количестве, не превышающем 1 об.%.
7. Кинетика спекания порошковых смесей сплава 4822, модифицированных ?2?3. Спекание при температуре 1470 °C в течение 120 мин позволяет получить компактные образцы с остаточной пористостью на уровне 2 %.
8. Гидридно-кальциевым методом получен порошок сплава на основе интерметаллида TiAl, имеющий следующий химический состав, ат.%: Ti—47Al—2Nb—2Cr. Согласно результатам РФА материал состоит из соединений TiAl (60 мас.%) и ??3?? (40 мас.%).
9. На модельном сплаве Ti—50Al определен оптимальный режим синтеза сплава Ti—47Al—2Nb—2Cr: температура восстановления не менее 1100 °C и избыток восстановителя (CaH2) не менее 15 мас.%.
10. Изучены физико-химические и технологические свойства гидридно-кальциевого порошка сплава Ti—47Al—2Nb—2Cr: насыпная плотность, плотность утряски, текучесть, прессуемость и уплотняемость. Показано, что он имеет хорошие показатели уплотняемости и прессуемости, позволяющие получать плотные компакты при последующих процессах консолидации порошка.
11. Прочностные свойства СЛП-материалов значительно превысили результаты порошковой металлургии, что объясняется особенностями микроструктуры материала: увеличение фазы-упрочнителя приводит к наноструктурированию материала за счет образования множества центров кристаллизации при высоких скоростях охлаждения.