本書是一本重點介紹液態(tài)成形新技術(shù)的教材。全書分7章:第1章是緒論;第2章介紹單晶成形技術(shù);第3章介紹液態(tài)金屬短流程成形技術(shù),包括型(芯)無模成形技術(shù)、易溶芯設(shè)計與制備和高能束微區(qū)熔凝增材制造技術(shù);第4章介紹消失模鑄造技術(shù);第5章介紹真空密封鑄造技術(shù);第6章介紹高真空一體化壓鑄技術(shù);第7章介紹半固態(tài)壓鑄成形和半固態(tài)擠壓成形技術(shù)。 本書既可作為液態(tài)成形、鑄造工藝、增材制造和凝固加工相關(guān)課程的研究生教材,也可作為高等院校大學生了解液態(tài)成形新技術(shù)的參考書。
幾十年來,隨著航空航天、新能源交通等現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展,液態(tài)成形技術(shù)向綠色化、智能化和數(shù)字化方向快速發(fā)展,涌現(xiàn)出多種新技術(shù),如航空發(fā)動機中的單晶葉片成形、新能源汽車中的一體化壓鑄等。為此,編者整理大量相關(guān)資料編成本書,重點介紹幾種常見的液態(tài)成形新技術(shù)。
序言 金屬液態(tài)成形技術(shù)已有五千多年歷史,在推動人類文明進步發(fā)展中發(fā)揮著不可替代的作用。近百年來,人類開發(fā)了數(shù)以萬計的金屬牌號,鋼鐵、高溫合金、鈦合金、鋁合金、鎂合金等,其應用之廣、功能之多、發(fā)展之迅捷歷史罕見。伴隨著合金種類的增多,液態(tài)成形技術(shù)也得到了新的發(fā)展。近年來,深空探測、大飛機、航母、新能源汽車等先進工業(yè)的蓬勃發(fā)展,對液態(tài)成形技術(shù)也提出了新的要求,陸續(xù)發(fā)展出了多種新技術(shù)。金屬液態(tài)成形技術(shù)是一門知識面很廣的專業(yè)課,與熔化熱力學、凝固行為、相變原理均有較強的相關(guān)性。 《金屬液態(tài)成形新技術(shù)及應用》是基于時代的發(fā)展和新時代大學生的需求而編寫的,以介紹液態(tài)成形新技術(shù)為目的。該書主要介紹了單晶成形技術(shù)、液態(tài)金屬短流程成形技術(shù)、消失模鑄造技術(shù)、真空密封鑄造技術(shù)、高真空一體化壓鑄技術(shù)、半固態(tài)壓鑄成形和半固態(tài)擠壓成形技術(shù)等新技術(shù)。另外,本書不僅闡述了新技術(shù)的原理,還介紹了其典型應用,用理論與應用相結(jié)合的方式促進知識的掌握。在實際教學過程中,針對行業(yè)需求和學生培養(yǎng)要求,對課程進行教學改革,除理論教學外,開設(shè)實踐環(huán)節(jié),著重培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和實踐能力。傅恒志院士曾說:自古學者兩事,道德、文章。對知識分子來說,既要業(yè)務上精益求精,又要有先天下之憂而憂,后天下之樂而樂的情操,既應是業(yè)務上的專家,又應該做無產(chǎn)階級的革命戰(zhàn)士。第四次工業(yè)革命已來臨,要順應時代發(fā)展,就要讓大學生了解更多的新知識,如此才能培養(yǎng)出行業(yè)領(lǐng)軍人才。機緣巧合,很高興看到這本書恰逢其時地給學生講解這些前沿技術(shù)。郭景杰于哈爾濱工業(yè)大學前言 金屬液態(tài)成形技術(shù)在人類的發(fā)展歷程中,為推動人類文明和社會進步發(fā)揮了巨大的作用,同時也是現(xiàn)代先進制造技術(shù)的重要組成部分,是航空航天發(fā)動機、燃氣輪機、汽車發(fā)動機核心部件的主要成形技術(shù),具有舉足輕重的地位。雖然已有大量關(guān)于液態(tài)成形技術(shù)的書籍,但大部分的書籍主要偏重于基礎(chǔ)知識,或闡述與之相關(guān)的凝固行為,或介紹工藝原理。 近幾十年來,隨著航空航天、新能源交通等現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展,液態(tài)成形技術(shù)向綠色化、智能化和數(shù)字化方向快速發(fā)展,涌現(xiàn)出多種新技術(shù),如航空發(fā)動機中的單晶葉片成形、新能源汽車中的一體化壓鑄等。為此,編者整理大量相關(guān)資料編成本書,重點介紹幾種常見的液態(tài)成形新技術(shù)。 本書的主要特點是:重點介紹了六種常見的液態(tài)成形新技術(shù),而沒有過多關(guān)注砂型鑄造、造型材料等基礎(chǔ)知識;每種新技術(shù)的闡述既包含基本原理和工藝流程,又包括典型應用,保持了每一部分的獨立性。全書共7章,系統(tǒng)介紹了單晶成形技術(shù)、液態(tài)金屬短流程成形技術(shù)、消失模鑄造技術(shù)、真空密封鑄造技術(shù)、高真空一體化壓鑄技術(shù)、半固態(tài)壓鑄成形和半固態(tài)擠壓成形技術(shù)。 本書由華中科技大學劉鑫旺、董選普和吳樹森擔任主編,具體編寫分工為:劉鑫旺編寫第1章、第2章和第3章,董選普編寫第4章和第5章,吳樹森編寫第6章和第7章。本書由華中科技大學李遠才教授擔任主審。在本書編寫過程中,我們參考了大量的相關(guān)資料,在此,感謝液態(tài)成形技術(shù)的同行和協(xié)助整理的研究生(姚俊卿、王亞松、施洋、尹正豪、吳偉峰、藍晟寧、高妞、楊墨等)。 鑒于作者水平所限,書中難免存在紕漏,懇請讀者批評指正。編者2023年10月
2011/08至今,華中科技大學,材料科學與工程學院,講師/副教授/教授主要從事金屬液態(tài)成形技術(shù)、微觀組織調(diào)控和增材制造技術(shù)研究。主持國家自然科學基金、基礎(chǔ)加強計劃重點基礎(chǔ)研究項目(課題)等。發(fā)表論文100余篇,申報專利20項,主編專著1本。
第1章緒論(1)
1.1傳統(tǒng)的液態(tài)成形技術(shù)(1)
1.2液態(tài)成形技術(shù)的新發(fā)展(2)
1.3液態(tài)成形技術(shù)與中國制造2025(4)
1.3.1液態(tài)成形技術(shù)的現(xiàn)狀(4)
1.3.2中國制造2025中的液態(tài)成形技術(shù)(5)
1.4本教材的主要內(nèi)容(6)
練習與思考題(7)
第2章單晶成形技術(shù)(8)
2.1單晶的基本特點(8)
2.2單晶形成的理論基礎(chǔ)(9)
2.2.1定向凝固的基本原理(9)
2.2.2凝固過程中溶質(zhì)的分布規(guī)律(10)
2.2.3固液界面的形態(tài)(15)
2.3單晶成形技術(shù)(20)
2.3.1單晶生長方法(20)
2.3.2金屬單晶成形技術(shù)(22)
2.3.3單晶復雜構(gòu)件的成形(26)
2.4單晶成形技術(shù)的應用(29)
2.4.1航空發(fā)動機高溫合金單晶葉片(29)
2.4.2重型燃氣輪機高溫合金單晶葉片(34)
練習與思考題(36)
第3章液態(tài)金屬短流程成形技術(shù)(37)
3.1短流程液態(tài)成形的概念(37)
3.1.1傳統(tǒng)液態(tài)成形工藝流程(37)
3.1.2液態(tài)金屬短流程成形技術(shù)(40)
3.2型(芯)無模成形技術(shù)(42)
3.2.1噴射黏結(jié)成形技術(shù)(42)
3.2.2選擇性激光燒結(jié)成形技術(shù)(44)
3.2.3立體光刻成形技術(shù)(46)
3.2.4直寫成形技術(shù)(48)
3.3易溶芯設(shè)計與制備技術(shù)(50)
3.3.1水溶性鹽芯(50)
3.3.2水溶性陶瓷芯(51)
3.3.3水溶性砂芯(52)
3.3.4有機水溶芯(53)
3.4高能束微區(qū)熔凝增材制造技術(shù)(54)
3.4.1電弧微區(qū)熔凝增材制造技術(shù)(55)
3.4.2激光微區(qū)熔凝增材制造技術(shù)(58)
3.4.3電子束微區(qū)熔凝增材制造技術(shù)(62)
3.4.4復合微區(qū)熔凝增材制造技術(shù)(66)
3.5液態(tài)金屬短流程成形技術(shù)的典型應用(68)
3.5.1大型砂型(芯)的增材制造(68)
3.5.2復雜陶瓷芯的增材制造(70)
3.5.3鋁合金鑄件復雜可溶芯(71)
3.5.4高能束微區(qū)熔凝成形技術(shù)的典型應用(73)
練習與思考題(76)
第4章消失模鑄造技術(shù)(77)
4.1前言(77)
4.2消失模鑄造原理(78)
4.2.1消失模鑄造的工藝過程簡述(78)
4.2.2消失模鑄造的成形原理(79)
4.2.3金屬液流動前沿模樣熱解狀況(80)
4.2.4熱解產(chǎn)物對鑄件質(zhì)量的影響(84)
4.2.5消失模鑄造金屬液充型過程成形條件(85)
4.3消失模鑄造的關(guān)鍵技術(shù)(87)
4.3.1模樣預發(fā)及其成形(87)
4.3.2消失模鑄造工藝設(shè)計(103)
4.3.3消失模涂料及模樣浸涂(113)
4.3.4填砂與振動造型(116)
4.4消失模鑄件的成形特征(119)
4.4.1消失模鑄造的零件適應性(119)
4.4.2消失模鑄造零件的特點(121)
4.5消失模鑄造應用案例(127)
4.5.1消失模鋁合金案例(127)
4.5.2消失模精鑄型殼案例(136)
練習與思考題(137)
第5章真空密封鑄造技術(shù)(139)
5.1真空密封鑄造概述(139)
5.2V法鑄造原理及過程(141)
5.2.1模具準備(141)
5.2.2薄膜加熱(142)
5.2.3噴涂涂料(144)
5.2.4加砂振實(145)
5.2.5起模(146)
5.2.6澆注(146)
5.3V法鑄造的關(guān)鍵參數(shù)(147)
5.3.1振動(148)
5.3.2合金材料(149)
5.3.3薄膜(149)
5.3.4原砂(151)
5.3.5真空(151)
5.4V法鑄造的優(yōu)勢與不足(155)
5.4.1V法鑄造的優(yōu)勢(155)
5.4.2V法鑄造的不足(160)
5.5V法鑄造案例(161)
練習與思考題(169)
第6章高真空一體化壓鑄技術(shù)(170)
6.1壓鑄成形的特點和原理(170)
6.1.1壓鑄成形的特點(170)
6.1.2壓鑄過程及原理(171)
6.1.3壓鑄成形主要工藝參數(shù)及控制(175)
6.2高真空壓鑄工藝與裝備(181)
6.2.2高真空壓鑄裝備(184)
6.2.3高真空壓鑄的效果(185)
6.3一體化壓鑄成形新技術(shù)(190)
6.3.1一體化壓鑄的發(fā)展歷程(190)
6.3.2一體化壓鑄鋁合金材料免熱處理鋁合金(192)
6.3.3一體化壓鑄裝備(194)
6.3.4一體化壓鑄工藝與模具技術(shù)(197)
6.4案例分析(204)
6.4.1高真空壓鑄成形轎車后副車架(204)
6.4.2一體化壓鑄成形新能源轎車后底板(211)
練習與思考題(212)
第7章半固態(tài)壓鑄成形和半固態(tài)擠壓成形技術(shù)(214)
7.1半固態(tài)成形的基本原理(214)
7.1.1半固態(tài)成形的概念與特點(214)
7.1.2半固態(tài)成形的研究與發(fā)展(215)
7.1.3半固態(tài)金屬的流變行為、組織特征與形成機理(218)
7.2半固態(tài)漿料制備技術(shù)(224)
7.2.1振動制漿方法(225)
7.2.2攪拌制漿方法(241)
7.2.3半固態(tài)漿料的其他制備方法(247)
7.3半固態(tài)流變壓鑄成形技術(shù)(248)
7.3.1金屬半固態(tài)流變壓鑄工藝(248)
7.3.2金屬半固態(tài)流變壓鑄工藝參數(shù)的控制規(guī)律(248)
7.3.3半固態(tài)壓鑄成形的缺陷(251)
7.4半固態(tài)流變擠壓成形技術(shù)(253)
7.4.1流變擠壓成形的技術(shù)特點(253)
7.4.2流變擠壓成形工藝參數(shù)對成形性能的影響(254)
7.5案例分析(255)
7.5.1超聲振動鋁合金半固態(tài)流變壓鑄成形工藝技術(shù)(255)
7.5.2半固態(tài)鋁合金流變壓鑄通信設(shè)備殼體等零件(262)
7.5.3汽車空調(diào)機鋁合金斜盤的半固態(tài)流變擠壓成形(263)
7.5.4稀土鎂合金的半固態(tài)擠壓成形組織與性能(266)
練習與思考題(269)
參考文獻(270)