[发明专利]一种两级雾化喷射成形圆盘类零件的系统及成型方法

说明书

技术领域

本发明涉及应用两级雾化喷射成形技术制备圆盘、圆管及圆环等具有大口径轴对称中心孔零件的方法，特别涉及熔融金属的雾化方式以及金属熔滴的沉积方式。

背景技术

喷射成形技术是近30年发展起来的利用快速凝固方法直接制备金属材料坯料或半成品的一种先进的成形技术。其过程是将熔融金属雾化成微小的液态熔滴，然后在高速气流的带动下，微小熔滴直接喷射在较冷的接收器上，从而成形零件。采用喷射成形制备的材料具有如下优良特性：(1)晶粒细小、成分均匀、合金元素过饱和度高、无宏观偏析；(2)含氧量低，雾化熔滴处于液态的时间极短，且有惰性气氛的保护，因此沉积坯的增氧量很小，基本上与母合金同一水平；(3)成形工艺简单，产品生产工序大大简化。此外，它还是一种合金化、过程设计以及产品成形紧密结合，集成度很高的柔性制造过程。

以Osprey模式为代表的传统喷射成形工艺采用惰性气体雾化熔融金属，其气流速度较低小于音速，该成形方式有如下不足：(1)由于气体密度小、动量低，故雾化的效率很低，得到雾化熔滴的平均粒径较大，且雾化熔滴尺寸分布区间较宽；(2)由于传统喷射成形工艺本身的局限性，成形大口径轴对称中心孔零件难度很大；(3)喷射成形合金微观组织中不可避免存在孔隙，约为3％～6％。孔隙作为一种组织缺陷，割裂基体连续性，会降低材料的力学性能，而大口径薄壁管件的致密化及塑性加工工艺不易实现。

发明内容

为了避免现有技术的不足之处，本发明提供一种两级雾化喷射成形圆盘类零件的系统及成型方法，用于喷射成形圆盘、圆管及圆环等具有大口径轴对称中心孔零件。

本发明采用气体雾化与机械雾化相结合的混合雾化方法减小熔滴的平均粒径，同时采用离心方法，使沉积的半固态熔滴相互挤压以降低沉积坯的孔隙率。基于上述原理本发明提出了一种两级雾化喷射成形具有大口径轴对称中心孔类零件的方法。基本原理是：高速惰性气体由雾化喷嘴喷出对熔融金属进行雾化，形成雾化锥，该过程为第一级雾化，即高速气体雾化；雾化锥中金属熔滴在飞行过程中与甩出盘相撞。由于甩出盘本身做高速旋转，与熔滴的相对速度很大，经过碰撞及离心作用熔滴被进一步细化，这是第二级雾化，即机械雾化；经过两次雾化后，金属熔滴以很高速度飞向接收模具，并在该过程中发生快速凝固，最终在接收模具上沉积成形，由于环形模具做高速旋转，接收的半固态液滴由于离心力的作用会挤占之前沉积产生的孔隙，降低沉积坯的孔隙率。环形模具高速转动同时能够沿轴向上下运动，通过调节轴向的进给速度、总进给量可以控制成形件的壁厚及轴向长度。

一种两级雾化喷射成形圆盘类零件的系统，其特征在于包括真空室1，坩埚2，加热线圈3，机械甩出盘6，止通棒7，导液管8，高压气体雾化喷嘴9，冷却装置10，环形模具11以及储气瓶13；其中坩埚2，加热线圈3、止通棒7，导液管8以及雾化喷嘴9位于真空室1的上半部分，坩埚2位于真空罐1上半部分的中心位置，并通过其底部的螺纹通孔与导液管8相连，止通棒7与导液管8以及坩埚2底部的螺纹通孔共轴，且能够沿其轴线上下移动，通过控制其锥形端与坩埚2底部的螺纹通孔分离或贴合控制熔融金属的流下与否。所述坩埚2的外围设有加热线圈3，雾化喷嘴9包围在导液管8的外部且与置于真空罐1外部的储气瓶13通过管路相连；机械甩出盘6以及环形模具11置于真空室1的下半部分，机械出盘7通过旋转轴与旋转机构连接，能够沿其轴线做高速转动，且其上端设有对甩出盘的工作表面进行降温的冷却装置11，环形模具12置于机械甩出盘7外部，下端中心通过旋转轴与旋转机构连接，具有绕轴线转动及沿轴向上下运动两个自由度。

所述雾化喷嘴9出气口切线方向与竖直轴线呈15°～45°夹角，雾化喷嘴9的出气口形状为Laval形。雾化气体的压力优选为0.2～1.5Mpa。

一种用于权利要求1或2所述系统制备圆盘类零件的方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：将母体合金置入坩埚中，并将真空室抽真空至小于50Pa；

步骤2：接通加热线圈3加热母体合金至熔融态，并使其具有30℃～200℃过热度；