铝合金半固态成形技术及设备

毛卫民

北京科技大学/先进制造与自动化

在国家“863”计划的支持下,我校和兄弟单位合作研制开发的铝合金半固态成形技术及设备已经成熟,研制的电磁搅拌制备铝合金半固态坯料连铸设备可以制造直径为50100mm的铝合金非枝晶半固态连铸棒料,研制的感应加热技术可以将铝合金非枝晶坯料快速加热到固液两相区,半固态坯料温度差可控制在12℃之内,研制的铝合金半固态成形技术可成形各种铝合金零件毛坯。目前,该项目已经通过国家“863”计划组织的专家委员会的验收。 目前制备铝合金半固态连铸坯料的最佳工艺是电磁搅拌方法,该工艺制备的半固态连铸坯料纯净,不易卷入气体,控制方便,产量大。铝合金半固态连铸坯料的最佳重熔加热工艺是电磁感应加热,该工艺加热速度快、效率高,组织均匀,坯料不易变形。非枝晶铝合金在半固态成形中不会喷溅,凝固收缩小,毛坯致密,能够热处理强化;毛坯不存在宏观偏析,性能更均匀;可以实现近终成形,大为减少机加工量,降低生产成本;易于实现机械化或自动化操作,生产效率高;减轻了模具的热冲击,提高了模具的寿命。 目前,铝合金半固态成形应用主要集中在汽车零件和耐压阀体零件毛坯,如汽车制动总泵壳、油道、轮毂等,也可以应用于其他要求较高的零件毛坯,如航空、摩托车用铝合金零件等。

加热炉用滑轨和不定形耐火材料

葛昌纯

北京科技大学/先进制造与自动化

水冷式轧钢加热炉因冷却水带走的热量损失>15%。因水冷滑轨温度低造成的钢坯“黑印”使轧出的钢材公差大,成材率低,轧辊消耗量大。 目前,国内有的无水冷轧钢加热炉采用的是140×140×460mm棕刚玉—碳化硅滑轨或浇注锆刚玉滑轨,轧钢加热炉出钢口平台采用的是高铝质捣打料或锆刚玉浇注块。棕刚玉—碳化硅和高铝质捣打料在加热钢坯的高温(约1300℃)都含有较多的二氧化硅。钢坯表面的氧化铁会和二氧化硅形成熔点低于炉温的铁橄榄石2FeOSiO2(熔点1205℃),造成这些耐火材料的高温耐磨性差,使用寿命低,加热炉内易结渣,难以清理。而浇注锆刚玉抗热震性较差,易开裂。 北京科技大学特种陶瓷研究室承担的国家“八五”攻关项目“无水冷轧钢加热炉用陶瓷滑块的研制”成功地研制开发了适用于轧钢加热炉的新型耐火材料。这种耐火材料高温抗氧化铁侵蚀性强,高温耐磨性和抗热震性好,使用寿命比棕刚玉—碳化硅滑轨提高50%以上,可制作烧结制品或不定形耐火材料。使用这种新型耐火材料能节约能源,消除钢坯“黑印”,提高轧钢成材率,减少轧辊消耗,加热炉内不结渣,减轻工人的劳动强度,可产生显著的经济效益和社会效益。 本项目产品的基本工艺为耐火材料生产工艺。生产滑轨需要大吨位压机和1450℃高温窑炉。

多孔碳化钛-钛金属陶瓷梯度材料

沈卫平

北京科技大学/先进制造与自动化

北京科技大学特种陶瓷研究室开发出一种多孔结构的碳化钛-钛金属陶瓷梯度材料,其应用前景极其广阔。 这种金属陶瓷是燃烧合成的多孔碳化钛-钛梯度材料,其多孔结构的孔隙率可达50%多。孔隙率和孔隙大小,分布还可以根据需要在一定范围内设计。由于在高温烧结过程其表面可形成氧化钛膜,使其耐高温的性能好,因此可作为耐高温材料。 碳化钛是一种导电材料,在通电发热时,即使温度升高到1000摄氏度以上,材料特性也不会发生任何变化。因此,此多层多孔碳化钛材料可以作为高温发热源,分解在焚化炉都难以分解的二氧吲哚。 由于这种多层多孔的碳化钛-钛材料空隙率可达50%多,其比重可比最轻的金属镁还要轻。因为这种多层多孔的碳化钛-钛是梯度材料,强度和刚度可以在一定范围内设计。而且碳化钛-钛材料与人体的相容性好,因此很适合用做人造骨骼。人的骨骼是多孔结构的,血管和神经通过骨骼的孔隙提供养分和控制骨骼的活动,因此,这种多孔的碳化钛-钛梯度材料是人造骨骼的极好材料。 由于这种碳化钛新材料的表面有一层氧化钛膜,它具有光催化的机能,同时多孔的碳化钛用来制作过滤器具有很强的吸附能力,可以有效地吸附浮游生物,它可以用来制造更好的水净化装置。 泡沫碳化钛做催化剂,用电催化方法可净化焦碳化学工业的含酚废水。酚对水域的污染仅次于石油产品和重金属,居第三位。 本项目产品的基本工艺为燃烧合成工艺。不用高温烧结炉。可制作复杂形状和较大尺寸的制品。

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